Nach einhelliger Expertenmeinung kommt den Brennstoffzellen-Heizgeräten eine Schlüsselrolle in der künftigen dezentralen Energieversorgung zu. Lassen sich doch so bei der Stromerzeugung bis zu 50 Prozent bessere Wirkungsgrade als in Großkraftwerken erzielen. Nach langjährigen Praxistests und Erfahrungen in anderen Ländern stehen nun marktreife Heizgeräte für Ein- und Zweifamilienhäuser zur Verfügung, die gleichzeitig Raumwärme, Warmwasser und Strom erzeugen.

 

Was ist eine Brennstoffzelle?

Brennstoffzellen-Heizgeräte arbeiten nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Sie nutzen Erdgas als Energieträger und wandeln den im Erdgas gebundenen Wasserstoff in elektrische Energie um. Diese wird entweder im Haus direkt genutzt, gespeichert oder ins Netz eingespeist. Zugleich wird die entstehende Abwärme aus der Stromerzeugung in einem Pufferspeicher gespeichert und bei Bedarf für Heizung und Warmwasserbereitung genutzt. So lassen sich, verglichen mit einer sehr effizienten Gas-Brennwertheizung und Strombezug aus dem Netz, nochmals weitere Energieeinsparungen von über 30 Prozent erzielen. Verglichen mit der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme stoßen Brennstoffzellen-Heizgeräte nur halb so viel Kohlendioxid aus.

 

Brennstoffzelle Wärme und Strom

In einer Brennstoffzelle reagiert der im Erdgas enthaltene Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft. Bei der Reaktion entstehen Strom und Wärme.

Foto: Buderus

 

Funktion der Brennstoffzelle

Eine einzelne Brennstoffzelle erreicht nur etwa ein Volt Spannung. Deshalb werden Brennstoffzellen in Stapeln, sogenannten Stacks, zusammengeschaltet. Im Zellstapel reagiert zunächst der Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft. Dabei wird Wärme frei gesetzt. Bei der Reaktion entsteht neben Wärme zusätzlich Strom. Bis zu 60 Prozent des im Erdgas enthaltenen Wasserstoffs werden von den Zellen in Gleichstrom umgewandelt, den ein sogenannter Inverter dann in nutzbaren Wechselstrom umwandelt. In der Brennstoffzellen-Technologie hat sich die keramische Festoxid-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuell Cell, SOFC) etabliert. Als Hochtemperatur-Brennstoffzelle kann sie den als Brennstoff nötigen Wasserstoff mit Betriebstemperaturen von 700 Grad Celsius und mehr direkt aus Erdgas erzeugen. Sie erreichen dadurch deutlich höhere elektrische Wirkungsgrade als Polymer-Membran-Brennstoffzellen (Polymer Electrolyte Membran Fuell Cell, PEMFC). Die Brennstoffzellen auf Polymerbasis arbeiten bei Temperaturen von etwa 90 Grad Celsius und benötigen deshalb einen vorgeschalteten Reformer zur Gasaufbereitung.

 

Spitzen im Wärmebedarf, wenn beispielsweise kurzfristig eine größere Menge an warmem Wasser benötigt wird, deckt immer ein zusätzlicher Gasbrennwertkessel ab, der in die neue Heizzentrale bereits integriert ist. Natürlich kann diese Funktion auch durch einen schon vorhandenen Gasbrennwertkessel übernommen werden.

 

Kosten und Förderung einer Brennstoffzelle

Eine Energiezentrale mit hocheffizienter Brennstoffzellen-Technologie kann die Energiekosten um bis zu 1.300 Euro pro Jahr senken, hat aber noch ihren Preis. Die Anschaffungskosten liegen noch in etwa 2,5 bis 3 x so hoch wie für eine Gas-Brennwertheizung. Die Brennstoffzellen-Heizung ist eine Technologie mit großem Potenzial, die schon heute die höchsten Kriterien in puncto Energieeffizienz erfüllt. Deshalb ist eine bundesweite Förderung für das Kraftwerk zur Erzeugung von Strom und Wärme im eigenen Keller für 2016 in Planung. Mit einer Zuschussförderung aus dem “Anreizprogramm Energieeffizienz“ will die Bundesregierung Brennstoffzellen für die Hausenergieversorgung zu einem Markterfolg machen.

 

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Quelle: Bosch Thermotechnik
Foto: Buderus

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