Laut Experten kommt den Brennstoffzellen-Heizgeräten eine Schlüsselrolle in der künftigen dezentralen Energieversorgung zu. Moderne Brennstoffzellen haben bei der Stromerzeugung bis zu 50 Prozent bessere Wirkungsgrade als Großkraftwerke. Eine Brennstoffzellen Heizung versorgt Ihr Ein- oder Zweifamilienhaus gleichzeitig mit Raumwärme, Warmwasser und Strom. Lernen Sie die neue Technik bei Effizienzhaus-online besser kennen.

 

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. Damit sind sie eine effiziente und umweltfreundliche Alternative. Sie nutzen die im Gas enthaltene Energie gleich doppelt 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.
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.
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.

 

Vergleich SOFC und PEMFC Brennstoffzellen

 

Brennstoffzellentyp PEMFC (Niedertemperatur-Brennstoffzelle) SOFC (Hochtemperatur-Brennstoffzelle)
Arbeitstemperatur ca. 80 Grad Celsius ca. 800 Grad Celsius
elektrische Leistung ab 0,3 kW ab 0,7 kW
thermische Leistung ab 0,7 kW ab 0,6 kW
Voraussetzungen für Brennstoff Erdgas mit besonderer Reinheit erforderlich geringe Anforderungen an Gasreinheit, auch Biogas möglich
Katalysator teuer, da Platin enthalten ist günstiges Nickel
Regelbarkeit unter Teillast gut regelbar schwieriger zu regeln
Startzeit niedrige Startzeit Längere Start- und Abschaltzeiten
elektrischer Wirkungsgrad 32 - 37 % 33 - 60 %

 

 

Interessant zu wissen  

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Kosten und Förderung einer Brennstoffzelle

Eine Energiezentrale mit hocheffizienter Brennstoffzellen-Technologie kann die Energiekosten um bis zu 1.300 Euro pro Jahr senken. Die Anschaffungskosten liegen allerdings in etwa 2,5 bis 3 mal so hoch wie für ein Gasbrennwertgerät.
Die Brennstoffzellen-Heizung ist eine Technologie mit großem Potenzial, die schon heute die höchsten Kriterien in puncto Energieeffizienz erfüllt. Deswegen unterstützen Bund und Länder den Einbau der effizienten Brennstoffzellen-Heizung sehr stark. Durch massive Fördergelder lassen sich die Kosten um bis 50 Prozent senken. So kommen die Investitionskosten dem Niveau anderer moderner Heizanlagen schon deutlich näher. Das KfW-Programm 433 "Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle" macht die Anschaffung einer Brennstoffzelle zur Hausenergieversorgung immer attraktiver. Weitere Infos finden Sie in unserer Fördermittelauskunft.

 

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Weitere Informationen zu Brennstoffzellen

 

Quelle: Bosch Thermotechnik
Foto: Buderus

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