Brennstoffzellen-Heizung
Ein zuverlässiges, hocheffizientes und sehr innovatives Heizungssystem
Brennstoffzellen-Heizgeräte (BZH) gelten als die Zukunft der Kraft-Wärme-Kopplung, da sie mit sehr hohen Wirkungsgraden nahezu geräuschlos Strom und Wärme für das Haus erzeugen.
Für Hausbesitzer lohnt sich eine Brennstoffzelle besonders dann, wenn der selbst erzeugte Strom auch im eigenen Zuhause verbraucht wird. Dadurch ist die Stromabnahme vom öffentlichen Versorger geringer und eventuell nicht benötigter Strom wird ins Netz eingespeist und vom Versorger vergütet.
Funktionsweise einer Brennstoffzellen-Heizung
Brennstoffzellen sind besonders effiziente Energieerzeuger, die durch die kombinierte Produktion von Strom und Wärme einen sehr hohen Wirkungsgrad von etwa 90% erreichen. Zum Vergleich: Ein konventionelles Kraftwerk erzielt in der Regel nicht mehr als 40%.
Systemtechnisch zählt die Brennstoffzellen-Heizung zu den Kraft-Wärme-Kopplung-Anlagen (KWK-Anlagen). Im Gegensatz zu anderen KWK-Technologien, wie dem Blockheizkraftwerk (BHKW), das mit einem Verbrennungsmotor betrieben wird, funktioniert die Energiegewinnung bei einer Brennstoffzellen-Heizung über einen chemischen Prozess, bei dem Wasserstoff in seine Einzelteile aufgespalten wird.
Schematische Darstellung der Brennstoffzellen-Technologie
(Quelle: BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.)
Details zur Energiegewinnung
Eine Brennstoffzelle produziert Strom und Wärme über eine sogenannte kalte Verbrennung – ein elektrochemisches Verfahren, bei dem Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert.
Der gesamte Prozess zur Strom- und Wärmegewinnung beginnt mit einem sogenannten Reformer, der über den Gasanschluss Wasserstoff aus Erdgas gewinnt. In diesem Prozess bleibt CO2 übrig, das nach draußen abgeleitet wird. Im Inneren der Brennstoffzelle befinden sich zwei Kammern (Anode und Kathode), die durch eine hauchdünne Folie getrennt sind, die nur für die Protonen durchlässig ist.
In die erste Kammer wird der gewonnene Wasserstoff eingeführt, in die andere Kammer normaler Sauerstoff aus der Umgebungsluft. Da beide Stoffe miteinander zu Wasser reagieren möchten, aufgrund der Trennfolie dies aber nicht können, spaltet sich der Wasserstoff in der Anode in Protonen und Elektronen auf. Die Protonen können durch die Trennfolie dringen, während die Elektronen über ein außenliegendes Kabel in die Kathode zum Sauerstoff wandern und dabei Strom erzeugen. In der Kathode reagieren die einzelnen Teilchen zu Wasser, das als „Abfallprodukt“ übrig bleibt. Während dieser Reaktion entsteht ebenfalls Wärme, die zum Heizen genutzt wird.
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Mit welchen Brennstoffen kann eine Brennstoffzellen-Heizung betrieben werden?
Da der Wasserstoff, der für den Betrieb der Brennstoffzelle benötigt wird, nicht im Haus verfügbar ist, wird er über einen Reformer im Heizgerät hergestellt. Ausgangsstoff ist dabei der Brennstoff Gas in Form von Erdgas, Biogas oder Flüssiggas.
Vorteile der Brennstoffzellen-Heizung
Die Brennstoffzelle für die stationäre Energieversorgung weist wesentliche Vorteile gegenüber konventionellen KWK-Anlagen auf. Durch die direkte Umwandlung des Brennstoffs in elektrische und thermische Energie lassen sich sehr viel höhere Wirkungsgrade als bei konventionellen KWK-Anlagen erzielen. Je nach Betriebstemperatur können hier Wirkungsgrade von 70 bis 80% erzielt werden, während der Wirkungsgrad bei motorischen Blockheizkraftwerken meist unter 30% liegt.
Ein weiterer entscheidender Vorteil sind die äußerst geringen Schadstoffemissionen: Im Vergleich zu konventionellen Energieumwandlungsaggregaten auf Basis fossiler Brennstoffe sind die Emissionswerte für Kohlenwasserstoffe und Schwefeldioxid ebenso wie die Ruß- und Staubemissionen bei der Brennstoffzellen-Heizung praktisch zu vernachlässigen. Brennstoffzellen-Anlagen zeichnen sich zudem durch einen geringen Schallpegel aus, so dass sie verbrauchernah ohne weiteren Lärmschutz in Wohngebäuden installiert werden können. Ein zusätzliches Plus dieser innovativen Heizungstechnik: Brennstoffzellen-Heizungen erfordern einen relativ geringen Wartungsaufwand.
Die Vorteile im Überblick
- hohe Effizienz mit Wirkungsgraden von 70% bis 80%
- sehr geringe Schadstoffemissionen
- kaum Lärmbelästigung
- sehr niedriger Wartungsaufwand
Kosten einer Brennstoffzellen-Heizung
Den äußerst niedrigen Energieverbrauchskosten einer Brennstoffzellen-Heizung geht eine relativ hohe Anfangsinvestition voraus: Für eine Brennstoffzellenheizung muss bei einem Einfamilienhaus mit einer Investition zwischen 20.000 und 30.000 Euro gerechnet werden. Bei der Kalkulation sollten jedoch neben den äußerst niedrigen Verbrauchswerten für Strom und Gas auch eventuelle Rückvergütungen bei Stromüberschüssen und die staatlichen Förderungen berücksichtigt werden. Zudem bedarf eine Brennstoffzellen-Anlage kaum einer Wartungsinvestition und ist darüber hinaus extrem langlebig. Der CO2-Ausstoß der Anlage geht gegen Null. Als Schornstein kann jeder brennwerttaugliche Schornstein verwendet werden.