Die Brennstoffzellenheizung: Alles, was du wissen musst

Als moderne Heizungsanlage erzeugt die Brennstoffzellenheizung nicht nur Wärme zum Heizen und für die Warmwasseraufbereitung. Sie generiert gleichzeitig auch Strom für den eigenen Bedarf. Dabei nutzt sie die sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung. Wie das genau funktioniert, wann sich der Einbau einer Brennstoffzellenheizung lohnt und welche Vor- und Nachteile sie mit sich bringt, erfährst du hier.

Was ist eine Brennstoffzellenheizung?

Die Brennstoffzellenheizung erzeugt in gleichem Maße Wärme und Strom. Dabei nutzt sie ein Verfahren, das „kalte Verbrennung“ genannt wird. Im Gegensatz zur regulären Verbrennung － beispielsweise der Verbrennung von fossilen Brennstoffen － macht sich die Brennstoffzelle einen elektrochemischen Prozess zunutze, bei dem Sauerstoff und Wasserstoff kontrolliert miteinander reagieren. Diese kalte Verbrennung sorgt sowohl für die Erzeugung von Strom als auch von Wärme und bleibt gleichzeitig emissionsfrei. Dabei erreicht sie einen sehr hohen Wirkungsgrad von etwa 90 Prozent.

Unterschieden werden Brennstoffzellenheizungen nach ihrer Betriebstemperatur. Hochtemperatur-Brennstoffzellen besitzen eine Betriebstemperatur von 500 bis 1.100 Grad Celsius, wobei Niedertemperatur-Brennstoffzellen nur Temperaturen von knapp unter 100 Grad Celsius erreichen. Solche Niedertemperatur-Brennstoffzellen benötigen für den Prozess einen externen Reformer, um Wasserstoff aus dem gelieferten Erdgas zu gewinnen. Der Wirkungsgrad verringert sich dabei aber nicht.

Voraussetzungen für die Installation einer Brennstoffzellenheizung

Damit du eine Brennstoffzellenheizung in deinem Haus installieren kannst, müssen diese drei Voraussetzungen erfüllt sein:

• Gasanschluss: Den Wasserstoff bezieht die Brennstoffzellenheizung aus Erdgas. Im Reformer des Kessels wird es mithilfe von Wasserdampf aus dem Gas gewonnen.
  
  
• Zentrale Heizungsanlage: Egal, ob für Warmwasser oder Heizwärme － damit die Wärme im Haus direkt verteilt werden kann, braucht es ein Heizungssystem.
  
  
• Wärmespeicher: Er sorgt dafür, dass die Heizung auch lange läuft. Eine Zusatzheizung sollte sich zudem selbst einschalten, wenn die Heizlast einmal überschritten wird. Dann greift die Heizung auf eine andere Wärmequelle zurück.

Auch die Kosten einer Brennstoffzellenheizung sollten berücksichtigt werden. Ist kein Gasanschluss vorhanden, kann das Verlegen der Rohrleitungen zum Haus sowie innerhalb des Gebäudes Kosten von etwa 4.500 Euro bedeuten. Für die Heizung selbst muss ebenfalls mit etwa 25.000 Euro Anschaffungspreis gerechnet werden, wobei die Preise hier je nach Anlage, Hersteller und Region stark variieren.

Wie funktioniert die Brennstoffzellenheizung

Eine Brennstoffzellenheizung produziert Strom, Wärme und Wasser über den Prozess der kalten Verbrennung. Dafür ist die Brennstoffzelle mit zwei Elektroden ausgestattet, die durch eine halbdurchlässige Membran oder ein Elektrolyt voneinander getrennt sind.

Gelangt der Wasserstoff aus dem Gas auf die negativ geladene Elektrode, teilen sich durch einen Katalysator die Elektronen und Protonen voneinander. Die freien Elektronen wandern über einen Leiter zur positiv geladenen Elektrode und erzeugen dabei einen Stromfluss. Die Protonen hingegen wandern durch die Membran oder den Elektrolyt und verbinden sich anschließend mit Elektronen und Sauerstoff aus der Umgebung zu Wasser. Diese Reaktion lässt Wärme entstehen, die abgeführt und im Heizsystem verwendet werden kann.

Generell ist die Energiegewinnung aus einer einzelnen Zelle extrem niedrig. Deshalb werden in einer Brennstoffzellenheizung mehrere dieser Zellen zu sogenannten Stacks verbunden und in Reihe geschaltet. So kombinieren sich die Spannungswerte der einzelnen Zellen und es kann eine ausreichende Menge an Strom und Wärme erzeugt werden.

Tipp: Möchtest du komplett auf fossile Brennstoffe verzichten, lässt sich die Wasserstoffgewinnung in der Brennstoffzelle mit einer Photovoltaikanlage und einem Elektrolyseur ersetzen. Hierbei wird der Strom der Photovoltaikanlage genutzt, um deinen eigenen Wasserstoff im Elektrolyseur herzustellen. Dieser kann anschließend für die kalte Verbrennung genutzt werden, ohne dass deine Brennstoffzellenheizung auf Erdgas zurückgreifen muss.

Für wen lohnt sich eine Brennstoffzellenheizung?

Eine Brennstoffzellenheizung lohnt sich vor allem in Wohnhäusern mit guter Dämmung und einem relativ niedrigen Energiebedarf. Das liegt daran, dass die Brennstoffzelle Wärme und Strom in gleichem Umfang produziert. Vor allem, wenn der Strom direkt im Haus genutzt wird, lohnt sich die Brennstoffzelle wirtschaftlich. Doch auch die erzeugte Wärme muss einen gewissen Wärmebedarf abdecken können. In Einfamilienhäusern, gut gedämmten Wohnhäusern oder sanierten Altbauten kann sich eine Brennstoffzelle so zur effektiven Kosteneinsparung lohnen.

Da sich die individuellen Voraussetzungen von Gebäude zu Gebäude stark unterscheiden, sollte eine Fachfirma die Wirtschaftlichkeit einer Brennstoffzellenheizung bei jedem Bauprojekt individuell beurteilen.

Vor- und Nachteile der Brennstoffzellenheizung im Überblick

Hier findest du die wichtigsten Vor- und Nachteile einer Brennstoffzellenheizung auf einen Blick:

Vorteile	Nachteile
Strom- und Wärmeerzeugung mit hohem Wirkungsgrad	Abhängigkeit vom Gasversorger
Möglichkeit der vollständigen Energieunabhängigkeit	Hohe Anschaffungskosten
geringere Energiekosten	Regelmäßig nötige Wartungsarbeiten
Unabhängigkeit von der Strompreisentwicklung	Staatliche Förderung nur bei Nutzung von grünem Wasserstoff oder Biomethan
Umweltfreundlichkeit und Verringerung deines ökologischen Fußabdrucks

Übrigens: Wenn du eine ganz neue Heizung brauchst, dann kannst du bei eBay auch Heizungskörper kaufen.

*Quellen:

Heizung.de, https://www.heizung.de/brennstoffzellenheizung.html (Abgerufen am 6.11.2023)

Heizung.de, https://www.heizung.de/brennstoffzellenheizung/wissen/rentabilitaet-der-brennstoffzellenheizung-wann-lohnt-sie-sich.html#rentabel (Abgerufen am 6.11.2023)

Haus.de, https://www.haus.de/smart-home/brennstoffzellenheizung-funktion-und-kosten-28912 (Abgerufen am 06.11.2023)