Veröffentlicht: 18. März 2021

Gegenwärtig scheint es, durch die Installation von Brennstoffzellen-Heizungen im Haus, dass es als moderne Alternative zum Wärme- und Stromerzeugung gilt. Ab einer gewissen Leistung kann sich diese Heizmethode als sehr rentabel ausweisen. Durch Brennstoffzellen Wärme und Strom zu erzeugen ist schon  ein bekanntes Verfahren zur Energiegewinnung, dennoch eignen sich nicht alle chemischen Verbindungen zum häuslichen Gebrauch.

Abhängig vom Leistungsergebnis sind gewisse Merkmale zu beachten, welche Heizung sich für Dich am besten eignet. Brennstoffzellen-Heizungen arbeiten komplett schadstofffrei und werden, aufgrund dieser umweltbewussten Leistung vom Staat unterstützt. Natürlich gibt es nicht nur Brennstoffzellen als Heizmöglichkeit, auch die Alternativen Heizmöglichkeiten werden in diesem Artikel aufgefasst.




Das Wichtigste in Kürze

  • Die Funktionsweise von Brennstoffzellen Heizungen im Haus ergibt sich aus einer chemischen Reaktion, die durch das Einführen von Erdgas und Wasserstoff bewusst erzeugt wird. Das Ergebnis der Reaktion ist Strom und Wärme, welche über die installierten Heizkörper abgegeben wird.
  • Brennstoffzellen bzw. die dazugehörigen Anlagen weisen unterschiedliche technische Grundvoraussetzungen auf. Vor allem solltest Du bei einer Anschaffung  die Merkmale: Verbrauch, Pufferspeicher und Leistung beachten.
  • Es gibt zahlreiche Alternativen zum Heizen innerhalb des Hauses.

Heizen mit Brennstoffzellen im Haus: Was du wissen solltest

Brennstoffzellen-Heizungen sind heutzutage, in der Anschaffung, nicht die günstigste häusliche Heizmöglichkeit, jedoch gilt sie mittlerweile als sehr effiziente und umweltfreundliche Methode, Dein Haus mit Energie zu versorgen. Vorausgesetzt wird eine, für Dein Haus und Deinen Verbrauch, geeignete Kraft-Wärme-Koppelungs-Anlage, die nach Bedarf auch mit einer Photovoltaik-Anlage kombiniert eingesetzt werden kann.

Die Installation einer Brennstoffzellen-Heizung ist sehr kostenintensiv, wohingegen die Installation oder die Instandsetzung bei einigen Heizungen meist unkomplizierter und kostengünstiger ist.

Mittlerweile sind die umweltbewussten Heizungen technologisch ausgearbeitet, da durch die langjährigen Einsatzgebiete, wie z.B. in der Automobil- oder Raumfahrtindustrie, die Brennstoffe als Treibstoff genutzt werden und entsprechende Erfahrungswerte generiert wurden.

Vorgesehen waren die Heizungen anfangs für große Anlagen mit einem hohen Stromerzeugnis. Ein immer wiederkehrendes und nicht mehr weg zu denkendes Thema ist die Minderung des CO2-Ausstoßes in der Umwelt. Brennstoffzellen-Heizungen arbeiten komplett emissionsfrei und versprechen somit eine nachhaltige Heizmethode in Häusern.

Was ist eine Brennstoffzellen-Heizung im Haus und wie funktioniert diese?

Eine Brennstoffzellen-Heizung ist eine separat zu installierende Kraft-Wärme-Kopplungsanlage. Anders als bei gängigen Heizkörpern entsteht die Energie nicht durch Verbrennung des Heizmaterials. Der Anlage müssen Erdgas und Wasserstoff zugeführt werden.

Die Beigabe von chemischen Elementen löst eine Reaktion aus und produziert Energie bzw. Strom und Heizwärme. Das Material, welches hierbei verwendet wird, sind die Brennstoffzellen, die unter der Zuführung von Erdgas und Wasserstoff stehen.

Bei einer Brennstoffzellen-Heizung wird kein Heizmaterial verbrannt. (Bildquelle: pixabay / Tama66)

Der Brennstoff wandelt sich unmittelbar in der KWK-Anlage in Strom um. Bei diesem Verfahren wird die erzeugte Wärme in der Anlage in ihrem Pufferspeicher gehalten oder durch Heizkörper abgegeben. Zusätzlich wird die Wärme auch zur Warmwasseraufbereitung genutzt.

Ist es sinnvoll eine Brennstoffzellen-Heizung in Deinem Haus zu installieren?

Die durch Brennstoffzellen betriebene Heizung liefert dem Verbraucher nicht nur Wärme, sondern auch Strom. Wenn Du die Anschaffungskosten einer Brennstoffzellen-Heizung aufwenden kannst, ist es demnach langfristig effizienter, da Du auch Deinen eigenen Strom herstellen und auch verbrauchen kannst.

Die Amortisationskosten einer Brennstoffzellen-Heizung begleichen sich durch den zusätzlichen Stromausgleich, welcher bei der Energieproduktion geliefert wird. Ebenso kannst Du spezifische umweltfördernde Maßnahmen für die Installation Deiner Brennstoffzellen-Heizung beantragen.

In welcher Preiskategorie befinden sich Brennstoffzellen Heizungen für häusliche Einrichtungen?

Brennstoffzellen-Heizungen sind ab ca. 20.000 €, von verschiedenen Herstellern, auf dem Markt erhältlich. Die Anschaffungskosten sind allerdings nicht alles. Weiterführend musst Du nach der Anschaffung die Installation und der Anschluss an das öffentliche Strom- und Gasnetz einkalkulieren.

Eine Kalkulation ist vor einer Anschaffung hilfreich und verschafft einen groben Überblick der Kosten.

Eine Photovoltaik-Anlage, als zusätzlichen Stromgenerator zu installieren, ist keine Pflicht bei der Installation einer Brennstoffzellen-Heizung. Solltest Du mit dem Gedanken spielen trotzdem eine PV-Anlage zu installieren, um langfristig mehr Energie umsetzen zu können, musst Du diese dann natürlich in deiner Kostenaufstellung berücksichtigen.

Wie hoch ist das Energieerzeugnis einer Brennstoffzelle im Haus?

Eine 750 Watt Brennstoffzelle erzeugt um die 5.500 kWh Strom.

Grundsätzlich gilt, dass eine Brennstoffzellen-Heizung im Haus erst rentabel ist, wenn der eigene Energieverbrauch in Deinem Haushalt gedeckt ist. Das bedeutet, dass der Strombedarf aus dem öffentlich Stromnetz bis zu 50% gesenkt werden kann. Eine Kilowatt-Stunde Strom kostet gegenwärtig fast 32 Cent.

Da oftmals der ganze Strom, den eine Anlage das Jahr über produziert, nicht komplett ausgenutzt werden kann, darf der Strom  in Rechnung gestellt werden. So kannst Du nach deiner Inbetriebnahme davon ausgehen, maximal 50% Strom aus dem öffentlichen Netz zu beziehen.

Gibt es innerhalb der Brennstoffzellen im Haus unterschiedliche Arten?

Insgesamt verwendet man bis zu drei verschiedene Brennstoffzellentypen in Heizungsanlagen für Häuser. Jede Brennstoffzelle hat eine eigene Membran- und Zellstruktur und arbeitet unter unterschiedlichen Temperaturen.

Der Hauptunterschied zwischen den Brennstoffzellen ist, ab welcher Temperatur und mit welchen Elementen die Brennstoffzellen gebunden werden um Energie zu erzeugen.

Die nachfolgende Tabelle fasst die wesentlichen Unterschiede der Brennstoffzellen, welche sich für die häusliche Einrichtung eignen, zusammen.

Brennstoffzellen Art Wirkungsgrad Reagiert in Verbindung mit:
PEMFC(2) Zur Zeit erforscht man zwei Arten von PEM-Brennstoffzellen. Hierbei handelt es sich um die Niedertemperaturzellen und Hochtemperaturzellen. Die Niedertemperaturzellen sind anfällig für Kohlenmonoxid (CO) und reagieren bei Zugabe von CO mit einem Leistungsabfall. Trotzdem gelten die PEMFC als sehr dynamisch regulierbare Brennstoffzellen. Sauerstoff (O), Wasserstoff (H)
PAFC(3) Die Phosphoric Acid Fuel Cell ist eine sehr robuste Brennstoffzelle, welche schon seit den 60er Jahren als Treibstoff für Raumfahrtkapseln eingesetzt wird. Ebenfalls ist PAFC nicht sehr schadensanfällig und kommt mit einer Arbeitstemperatur von 110 – 220 Grad zurecht. Methan (CH4), Wasserstoff (H)
SOFC(4) Auch die Solid Oxide Fuel Cell gehört zu den Brennstoffzellen, welche unter sehr hohen Temperaturen Wärme und Energie erzeugt. Die Betriebstemperatur liegt hier bei 650 – 1000 Grad. Methan (CH4), Wasserstoff (H)

Zur häuslichen Energieversorgung werden standardgemäß die Brennstoffzellen PEMFC, PAFC und SOFC verwendet.

Welche Merkmale weist eine gute Brennstoffzellen-Heizung für Häuser auf?

Mit einer Kraft-Wärme-Koppelungsanlage kann nicht nur Wärme sondern ebenfalls Strom erzeugt werden. Je nach Hersteller besitzt jede KWK-Anlage unterschiedliche Merkmale. Dein Bedarf der Anlage gib entscheidet darüber, welche Merkmale wichtiger bzw. weniger berücksichtigt werden müssen.

Die Merkmale kann man nicht ausschließen, eher die richtige Kombination aller Merkmale ergibt die passende Anlage für Dich. Es gibt drei wesentliche Merkmale, die Brennstoffzellen-Heizungen bewerten.

  • Verbrauch: Zu einem solltest Du beachten, wie viel Energie Du mit Deiner Anlage erzeugen möchtest.
  • Pufferspeicher: Die KWK-Anlagen, zum Erzeugnis von Strom und Wärme, haben je nach Größe einen unterschiedlich großen Wärmespeicher, der bei Bedarf überschüssige Wärme speichern und wiedergeben kann.
  • Leistung: Zuletzt musst Du ebenfalls die Leistung einer Anlage in Betracht ziehen, da sich Brennstoffzellen-Heizungen erst ab einer gewissen Größe und ab einem gewissen Verbrauch rentieren.

Wie umweltbewusst ist die Nutzung einer Brennstoffzellen Heizung im Haus?

Da beim Heizen keine Verbrennung zur Herstellung von Strom und Wärme notwendig ist, entstehen keine schädlichen Umweltabgase. Bei der chemischen Energieerzeugung von Strom und Wärme, entsteht deshalb nur reiner Wasserdampf als Abgas.

Brennstoffzelle Haus

Eine schadstofffreie Umwelt trägt dazu bei den Lebenszyklus der Natur langfristig aufrecht zu erhalten. Die Natur kann sich durch umweltfreundliches Handeln regenerieren und aufleben. (Bildquelle: Grant Ritchie/ Unsplash)

Durch die Installation und Erweiterung von Brennstoffzellen-Heizungen können die Energiekosten und der grundsätzliche CO²-Ausstoß in der Umwelt gemindert werden. In Deutschland ergibt sich die Regel, dass sechs von zehn Heizungen, mit einer KWK-Anlage, effizienter arbeiten würden(1).

Gibt es staatliche Förderung bei der Installation von Brennstoffzellen-Heizungen im Haus?

Je nach Heizungsgröße und -arten gibt es verschiedene unterschiedliche staatliche Förderungen Brennstoffzellen-Heizungen. Der Hersteller berät Dich, welche Förderung gegenüber dem Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle eingefordert werden kann.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie schätzt die Herstellung der Brennstoffzellen-Heizungen als hocheffizient und langfristig umweltschonend ein. Mithilfe des Zuschuss soll die kostenintensive Installation für Interessenten geschmälert und die Umwelt verbessert werden.

Das Recht auf eine Förderung haben: natürliche Personen, Selbstständige (freiberuflich tätig), Contracting-Geber, In- und ausländische Unternehmen in Deutschland, Kommunen sowie kommunale Unternehmen und gemeinnützige Institutionen, unter anderem auch Kirchen.

Welche Alternativen Heizmöglichkeiten zu Brennstoffzellen in häuslichen Bereichen gibt es?

Alternativ zu Brennstoffzellen ist es ebenso üblich mit anderen Rohstoffen innerhalb eines Hauses zu heizen. Beispielsweise ist die Inbetriebnahme eines Kamins sehr einfach und die dann abgegebene Wärmezufuhr, im Verhältnis zu anderen Heizmethoden ähnlich bis gleich.

Nachfolgend werden die bekanntesten Heizmethoden aufgelistet und kurz erläutert:

  • Gas: Bei Gasheizungen wird Gas in die Heizkörper gefüllt. Bei Inbetriebnahme der Heizung wird das flüssige Gas verbrannt und Wärme wird erzeugt.
  • Öl: Bei einer Ölheizung wird das eingeführte Öl durchgehend gewärmt. Durch ein Ventil gelangt das Öl  in den Verbrennungsraum, wo es dann verbrannt wird und die erzeugte Wärme zum Heizen genutzt wird.
  • Elektro: Auch Elektroheizungen haben sich in kleineren Räumlichkeiten etabliert. Die Wärme wird durch Elektrizität erzeugt und von einem Wärmeleiter im Heizkörper ausgegeben.
  • Solar: Solarheizungen nehmen ihre Wärmezufuhr durch die Sonnenenergie auf, welche durch die installierten Solar Panels, meist auf einem Dach montiert, generiert wird. Ähnlich wie Brennstoffzellen Heizungen, sind Solarheizungen mit Pufferspeicher ausgestattet, die überschüssige Energie speichern.
  • Pellets: Die befüllten Pellets werden bei Bedarf im Brennraum der Heizung verbrannt und die Wärme wird nach außen abgegeben. Auch Pelletheizungen verfügen über einen leistungsabhängigen Pufferspeicher.
  • Wärmepumpe: Bei dieser Heizalternative wird die Umgebungsluft durch die Lüftungsanlage aufgenommen, gefiltert und als warme Luft durch die Frischluftzufuhr wieder abgegeben.
  • Kamin/Ofen: Meist wird ein, schon im Haus vorhandener, Ofen oder Kamin zum Verbrennen von Holz verwendet. Öfen, in denen Holz verbrannt werden kann, bieten eine rustikale Möglichkeit zu heizen, jedoch ist diese Methode immer noch sehr effektiv und etabliert.

Jede Alternative bietet ihre eigenen Vor- und Nachteile und ist meist kostengünstiger als die Installation einer Brennstoffzellen-Heizung mit zusätzlicher KWK-Anlage.

Brennstoffzelle Haus

Selbst das Verbrennen von Holz erweist sich, durch die freigesetzten Schadstoffe, als umwelt- und gesundheitsschädlich. Die Atmosphäre eines Kamins ist trotzdem in vielen Haushalten willkommen und bietet an kalten Tagen eine warme Atmosphäre. (Bildquelle: Matt Seymour/ Unsplash)

Lediglich die solarbetriebene Heizung ist ähnlich umweltbewusst wie Brennstoffzellen-Heizungen, da bei der Energieproduktion ebenfalls keine Abgase abgegeben werden. Jedes Heizmaterial, das verbrannt werden muss, gibt Kohlenstoffdioxid ab und schädigt damit der Umwelt.

Fazit

Brennstoffzellen-Heizungen generieren ihre Wärme durch emissionsfreie chemische Verbindungen. Die Wärme kann in einem Pufferspeicher gehalten, oder direkt ausgestrahlt werden. Idealerweise deckelt die installierte Brennstoffzellen-Heizung den eigenen Bedarf an Strom- und Wärmeerzeugnis. Umso größer der zu versorgende Haushalt ist, desto rentabler ist die Anschaffung einer Brennstoffzellen-Heizung.

Die umweltschonende Heizmethode wird vom Staat subventioniert, bestenfalls hilft der Verkäufer bei der Ermittlung der passenden Förderung. Natürlich gibt es noch zahlreiche weitere Alternativen, welche zum Heizen genutzt werden können. Je nach Preiskategorie, musst Du individuell entscheiden, welche Heizung sich für Deinen Haushalt rentiert.

Bildquelle: Goergl / Pixabay

Einzelnachweise (4)

1. Tuvsud.com: PEM-Brennstoffzelle
Quelle

2. Erdgas.info: PAFC-Brennstoffzelle: Heiztechnik aus der Raumfahrt
Quelle

3. Erdgas.info: Festoxid-Brennstoffzelle: ein ganz heißes Gerät
Quelle

4. Brennstoffzellen Heizungen: ein Game Changer zu Energiewende? (Geplant)
Quelle

Warum kannst du mir vertrauen?

PEM-Brennstoffzelle
Tuvsud.com: PEM-Brennstoffzelle
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PAFC-Brennstoffzelle: Heiztechnik aus der Raumfahrt
Erdgas.info: PAFC-Brennstoffzelle: Heiztechnik aus der Raumfahrt
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Festoxid-Brennstoffzelle: ein ganz heißes Gerät
Erdgas.info: Festoxid-Brennstoffzelle: ein ganz heißes Gerät
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Wissenschaftliche Studie
Brennstoffzellen Heizungen: ein Game Changer zu Energiewende? (Geplant)
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