Brennstoffzellenheizung Vitovalor PT2 von Viessmann
© Viessmann

Modernisieren | Info-Guide

Brennstoffzellenheizung: Wie sie funktioniert, was sie kostet, was sie bringt

Andreas Förstel

Level: Für Fortgeschrittene

Eine Brennstoffzellenheizung erzeugt Strom und Wärme. Die Anschaffung ist ziemlich teuer, kann sich aber dank üppiger Förderung durchaus lohnen.

Eine Brennstoffzellenheizung gilt als besonders effizienter Energieerzeuger. Sie erreicht durch die kombinierte Produktion von Strom und Wärme einen Wirkungsgrad von rund 90 Prozent. Aber für wen lohnt sich eine Investition in diese Technik? Wie funktionieren Brennstoffzellen, was kosten sie, welche Fördermittel könnt ihr einstreichen? Wir geben einen Überblick.

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Brennstoffzellen und Blockheizkraftwerke: Die Unterschiede

Die Idee, mit der Heizung Strom zu erzeugen, ist nicht neu. Kleine Blockheizkraftwerke (BHKW) kommen seit Längerem auch in Privathäusern zum Einsatz. Auch die relativ neuen Brennstoffzellengeräte gehören – ebenso wie BHKW – zu den Strom erzeugenden Heizungen.

Brennstoffzellen unterscheiden sich von Blockheizkraftwerken aber vor allem in zwei Punkten:

  • Zum einen wird der Energieträger nicht in einer Flamme verbrannt, sondern elektrochemisch umgewandelt. In der Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff miteinander und erzeugen Strom und Wärme. Da Wasserstoff in der Natur nur in chemischen Verbindungen vorkommt, wird er in der Anlage aus Erd- oder Biogas gewonnen.
  • Zum anderen haben Brennstoffzellen-Heizgeräte eine deutlich kleinere thermische Leistung als die mit einem Motor betriebenen Mikro-Blockheizkraftwerke; das erweitert ihr Einsatzspektrum, denn sie kommen auch in modernen Energiesparhäusern mit geringem Wärmebedarf auf die Laufzeiten, die für eine ausreichende Stromproduktion notwendig sind.

So funktioniert eine Brennstoffzellenheizung

Ein Brennstoffzellen-Heizgerät ist eine Strom erzeugende Heizung, die kaum größer als ein Kühlschrank ist. Das technische Prinzip ist so einfach wie genial: Brennstoffzellen nutzen die chemische Energie von Wasserstoff, um Wärme und Strom zu erzeugen. Dafür wird zunächst in einer Vorstufe innerhalb des Geräts Wasserstoff aus Erdgas gewonnen.

Das funktioniert, da Erdgas größtenteils aus Kohlenwasserstoffverbindungen besteht (Hauptbestandteil ist zum Beispiel CH4, also Methan). Der elementare Wasserstoff besitzt die natürliche Eigenschaft, sich schnellstens mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft zu gewöhnlichem Wasser (H2O) verbinden zu wollen.

Dieser chemische Prozess läuft in der Brennstoffzelle auf kontrollierte Weise ab: Sie besteht aus zwei Elektroden (dem Plus- und dem Minuspol), nur getrennt durch eine Membran. Aus Wasserstoff und Sauerstoff entstehen in mehreren Reaktionsschritten Wasser, Wärme und Strom. Da der Wasserstoff immer nur in kleinen, bedarfsgerechten Mengen aus dem Erdgas erzeugt und direkt im Anschluss von der Brennstoffzelle in Wasser umgewandelt wird, muss er nicht wie in einem Fahrzeug in speziellen Tanks gespeichert werden.

Brennstoffzellenheizgeräte sind eine effiziente und umweltfreundliche Technologie

Brennstoffzellen-Heizgeräte sind daher eine innovative Technologie für Hausbesitzer, die ein effizientes, umweltfreundliches Heizsystem suchen und sich mit der Produktion von eigenem Strom gleichzeitig unabhängiger von externen Energieversorgern machen wollen. Auch mit dem Strom aus Photovoltaikanlagen lässt sich Wasserstoff gewinnen und für die spätere Nutzung in einer Brennstoffzelle speichern.

Marktreife Brennstoffzellengeräte sind seit 2015 verfügbar. Seitdem haben mehrere Hersteller die modernen Geräte in ihr Sortiment aufgenommen. Sie können sowohl im Gebäudebestand als auch im Neubau zum Einsatz kommen.

Für nahezu jede Immobilie und jeden Wärmebedarf gibt es passende Geräte: Viele Anlagen können den gesamten Energiebedarf des Hauses abdecken. Beistellgeräte werden hingegen in das bestehende Heizsystem eingebunden und ergänzen dieses.

Die Geräte für Einfamilienhäuser produzieren in der Regel etwa 15 Kilowattstunden Strom am Tag; das deckt den Großteil des Bedarfs eines durchschnittlichen deutschen Einfamilienhauses ab. Brennstoffzellen-Heizgeräte erreichen die Effizienzklasse A++ und zählen damit zu den effizientesten Erdgastechnologien.

Voraussetzungen für die Installation einer Brennstoffzellenheizung

Aufbau einer Brennstoffzellenheizung

Der Installationsaufwand für eine Brennstoffzellenheizung richtet sich nach den örtlichen Gegebenheiten und ist vergleichbar mit dem bei Standardheizungen. Der Aufstellort muss mindestens zwei Meter hoch und 1,20 Meter breit sein. Voraussetzung ist ein Erdgasanschluss. Unter Umständen müsst ihr zudem die Abgasabführung durch ein preiswertes Kunststoffrohr, das in den bestehenden Kamin eingelassen wird, anpassen. Dies ist bei einer Heizungsmodernisierung mit Gas-Brennwerttechnik ohnehin notwendig.

Um die produzierte Wärme zu speichern, benötigt ihr zudem einen Pufferspeicher, der die Wärme für die Warmwasserbereitung und die Heizung bevorratet. Dieser ist entweder in ein Kompaktgerät integriert oder wird extern aufgestellt.

Gleiches gilt für das zusätzliche Brennwertgerät, das entweder im Kompaktgehäuse montiert ist oder damit kombiniert wird. Es dient dazu, Bedarfsspitzen abzudecken und den möglichst effektiven, gleichbleibenden Betrieb der Strom erzeugenden Brennstoffzelle zu ermöglichen.

Kosten und Fördermittel

Dass Brennstoffzellenheizungen trotz ihrer Vorteile noch relativ wenig verbreitet sind, liegt vor allem an den hohen Anschaffungskosten. Ein Förderprogramm der KfW verspricht aber attraktive Zuschüsse. Mehr als 2.000 Brennstoffzellenheizungen wurden damit seit dem Programmstart 2016 bereits gefördert. Diese Zahl dürfte in den nächsten Jahren weiter anwachsen. Vorreiter bei der Brennstoffzellentechnik ist Japan: Dort sind bereits mehr als 200.000 Brennstoffzellenheizungen in Betrieb.

  • Einsparung: 30 bis 50 Prozent CO2-Einsparung sind direkt umsetzbar, mit dem Einsatz von Biomethan deutlich mehr.
  • Investition: Ab 30.000 Euro für ein komplettes Brennstoffzellen-Heizsystem inklusive Zubehör.
  • Förderung: KfW-Programm für Brennstoffzellen-Heizgeräte: 5.700 Euro Grundförderung plus 450 Euro je angefangene 100 Watt elektrische Leistung. Zusätzlich sind Zuschlagszahlungen aus dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz möglich. Bei Anlagen mit einer elektrischen Leistung unter zwei Kilowatt können dies beispielsweise 1.800 Euro sein.

Fazit: Für wen lohnt sich die Installation einer Brennstoffzellenheizung?

Brennstoffzellenheizung Logapower FC10 von Buderus
Die Heiztechnik mit Brennstoffzellen ist noch relativ jung. Buderus war mit dem Modell Logapower FC10 einer der ersten Anbieter von Brennstoffzellenheizungen auf dem Markt. © Buderus

Lohnt sich eine Brennstoffzellenheizung für mich? Kommt drauf an. Wer zum Beispiel schon einen Gasanschluss plus zentrale Heizungsanlage hat, ist im Vorteil. Wenn jetzt noch der Platz für den Wärmespeicher da ist, wird es interessant. Wichtig sind aber auch solche Faktoren wie der energetische Zustand des Gebäudes, das eigene Heizverhalten und vor allem die Frage: Wie hoch ist die Menge des selbst genutzten Stroms?

Ihr seht, es spielen viele Punkte eine Rolle. Ob sich der Einbau bei euch rentiert? Für eine seriöse Bewertung empfehlen wir unbedingt den Kontakt zu einem Energieberater.

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