Brennstoffzellenheizungen – erfolgt der Durchbruch noch?

Die Energiepreise steigen weiter. Sowohl Öl, Gas als auch Elektrizität werden sich in den nächsten Jahren verteuern, wenngleich etwas langsamer als zum Zeitpunkt des Überfalls von Russland auf die Ukraine und dem Höhepunkt der Inflation. Mittelfristig werden die Energiekosten zum Treiber einer hohen Teuerungsrate und für viele Haushalte zur finanzieller Dauerbelastung. Allein der Strompreis ist in den letzten 20 Jahren saison- und konjunkturbereinigt um mehr als 130 Prozent gestiegen. Viele Haushalte zahlen inzwischen mehr als 40 Cent pro Kilowattstunde. Damit gehört Deutschland weltweit bereits jetzt zur Spitzengruppe hoher Elektrititätskosten. Es liegt nahe, sowohl die Kosten für Strom als auch für die Beheizung auf den Prüfstand zu stellen. So geraten Brennstoffzellenheizungen automatisch ins Visier: Die Brennstoffzellenheizung hat weit mehr zu bieten als herkömmliche Warmwasserbereitung und Beheizung von Gebäuden. Sie ist auch in der Lage, den eigenen Strombedarf zu decken - dank der bewährten Methode der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Im Unterschied zu anderen KWK-Technologien wie Blockheizkraftwerken (BHKW) oder Heizungen mit Stirling-Motor setzt die Brennstoffzellenheizung jedoch nicht auf die konventionelle Verbrennung, sondern auf einen innovativen chemischen Prozess.

 Eine effiziente Alternative zu herkömmlichen Heizkesseln

Grundlegend anders als die gewohnten Gas- oder Ölheizkessel funktioniert die Brennstoffzellenheizung. Mit Hilfe der sogenannten kalten Verbrennung erzeugt sie gleichzeitig Wärme und Strom. Diese elektrochemische Technologie ist keineswegs neu - sie ist bereits seit über 180 Jahren bekannt. Doch erst in den letzten Jahren hat sie vermehrt Aufmerksamkeit erlangt und erweist sich als vielversprechende Alternative für die Energieversorgung von Gebäuden.

Die Brennstoffzelle ist ein äußerst effizienter Energieerzeuger, der auf dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung basiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen stromerzeugenden Heizungen erreicht die Brennstoffzelle einen hohen elektrischen Wirkungsgrad und erzeugt Strom und Wärme nahezu im gleichen Verhältnis. Insgesamt liegt der Wirkungsgrad bei beeindruckenden 90 Prozent. Dieses herausragende Ergebnis ist möglich, da die Brennstoffzelle die chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff nutzt und dabei sowohl Strom als auch Wärme erzeugt. Diese Reaktion wird als kalte Verbrennung bezeichnet.

 Die Funktionsweise der Brennstoffzellenheizung im Detail

Die Brennstoffzellenheizung arbeitet nach dem Prinzip der kalten Verbrennung, bei der Strom, Wärme und Wasser erzeugt werden. In einer Brennstoffzelle befinden sich zwei Elektroden, die durch eine bedingt durchlässige Membran oder ein Elektrolyt voneinander getrennt sind. Wenn Wasserstoff auf die negativ geladene Anode trifft, spalten sich Elektronen und Protonen durch einen Katalysator. Die freien Elektronen wandern über den elektrischen Leiter zur positiv geladenen Kathode und erzeugen dabei Strom. Gleichzeitig durchdringen die Protonen die durchlässige Trennschicht und verbinden sich auf der anderen Seite mit Elektronen und Sauerstoff aus der Luft zu Wasser. Die bei diesem Vorgang entstehende Wärme kann abgeführt und dem Heizsystem zugeführt werden.

 Obwohl Brennstoffzellenheizungen noch relativ neu sind, gibt es bereits eine wachsende Anzahl von Herstellern, die diese Technologie anbieten. Die Preise für Brennstoffzellenheizungen sind jedoch noch relativ hoch, was sie für viele Verbraucher unerschwinglich macht. Es ist jedoch zu erwarten, dass die Preise in Zukunft sinken werden, da die Technologie weiterentwickelt wird und die Nachfrage steigt.

Insgesamt sind Brennstoffzellenheizungen eine vielversprechende Technologie, die eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Heizsystemen darstellt. Obwohl sie noch relativ teuer sind, sind sie sehr effizient und können dazu beitragen, die Klimaziele der Bundesregierung und der Europäischen Union zu erreichen.

 Brennstoffzellenheizungen bieten im Vergleich zu anderen Heizsystemen einige Vorteile

• Effiziente Energiegewinnung: Brennstoffzellenheizungen erzeugen nicht nur Wärme zum Heizen und für die Warmwasserbereitung, sondern auch Strom
• Umweltfreundlich: Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizsystemen, die fossile Brennstoffe wie Öl oder Gas verbrennen, erzeugen Brennstoffzellenheizungen keine schädlichen Emissionen wie Kohlenstoffdioxid oder Stickoxide
• Hoher Wirkungsgrad: Brennstoffzellenheizungen können einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent erreichen, was bedeutet, dass sie fast die gesamte Energie aus dem Wasserstoff nutzen können
• Unabhängigkeit von Energieversorgern: Mit einer Brennstoffzellenheizung können Hausbesitzer ihren Strom beim Heizen selbst erzeugen und gewinnen so mehr Unabhängigkeit von Energieversorgern
• Wartungsarm: Brennstoffzellenheizungen sind im Vergleich zu anderen Heizsystemen wartungsarm und verursachen keine störende Geräuschentwicklung
• Förderung senkt Anschaffungskosten: Es gibt staatliche Förderungen für Brennstoffzellenheizungen, die die Anschaffungskosten senken können

 Obwohl Brennstoffzellenheizungen viele Vorteile bieten, sind sie im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen noch relativ teuer. Weitere Nachteile sind:

• Brennstoffzellenheizungen sind im Vergleich zu anderen Heizsystemen noch relativ teuer
• Brennstoffzellenheizungen benötigen einen Gasanschluss
• Brennstoffzellenheizungen benötigen für Spitzenlast einen zusätzlichen Gasbrennwertkessel
  

Brennstoffzellenheizungen setzen einen Gasanschluss voraus, da ihr Hauptbetriebsstoff überwiegend aus Gas besteht. Durch einen Reformer wird das Gas in Wasserstoff umgewandelt, welcher wiederum von der Brennstoffzelle benötigt wird. Der Wechsel von einer herkömmlichen Gas-Brennwertheizung auf eine Brennstoffzellenheizung gestaltet sich in der Regel unkompliziert, da beide Systeme über dieselbe Gasleitung versorgt werden können und sich sogar ein Abgassystem teilen können. Komplizierter wird es jedoch, wenn das Haus weder über einen Gasanschluss noch über entsprechende Leitungen verfügt, weil bisher beispielsweise mit Holz oder Öl geheizt wurde. In solchen Fällen ist es ratsam, im Voraus zu prüfen, ob eine problemlose Anbindung an das örtliche Gasnetz möglich ist und mit welchen zusätzlichen Kosten dabei zu rechnen ist. Es gibt jedoch auch Brennstoffzellenheizungen, die ohne einen Gasanschluss auskommen und den Einsatz von Flüssiggas vorsehen.

Es ist jedoch wichtig anzumerken, dass Brennstoffzellenheizungen nicht mit herkömmlichen Verbrennungsheizungen zu verwechseln sind, die ebenfalls einen Gasanschluss benötigen. Brennstoffzellenheizungen nutzen eine elektrochemische Reaktion, um Strom und Wärme zu erzeugen, während Verbrennungsheizungen den Brennstoff durch Verbrennung nutzen und damit Wärme erzeugen. Brennstoffzellenheizungen gelten als umweltfreundlichere Option, da bei ihrem Betrieb nur Wasser und Wärme entstehen, während bei Verbrennungsheizungen zusätzlich CO2 und andere Emissionen freigesetzt werden.

Arten von Brennstoffzellenheizungen und Voraussetzungen für den Einsatz

Zwei Arten von Brennstoffzellen für Gebäude lassen sich deutlich unterscheiden. Die Unterscheidung basiert auf der Betriebstemperatur, bei der die katalytische Reaktion stattfindet. Es gibt Hochtemperatur-Brennstoffzellen mit Betriebstemperaturen von 500 bis 1.100 Grad Celsius und Niedertemperatur-Brennstoffzellen mit einer Temperatur unter 100 Grad Celsius für den chemischen Prozess. Bei letzterer Variante ist jedoch ein zusätzlicher externer Reformer erforderlich.

Die Niedertemperatur-Version der Brennstoffzelle wird auch als PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) oder Polymembran-Brennstoffzelle bezeichnet. Die Hochtemperatur-Variante findet man unter den Begriffen SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) oder Festoxid-Brennstoffzelle.

Um ein Brennstoffzellensystem effizient betreiben zu können, müssen einige Voraussetzungen erfüllt sein.

 Wenn man das Prinzip der Brennstoffzelle zur Beheizung nutzen möchte, sollte man vor dem Kauf folgende Punkte beachten:

• Ein Gasanschluss muss vorhanden sein.
• Eine zentrale Heizungsanlage (für Warmwasser und Raumwärme) muss im Haus vorhanden sein oder zumindest in Planung sein.
• Ein Wärmespeicher muss in das System integriert werden.
• Eine Zusatzheizung sollte installiert werden.

Der Gasanschluss ist für den Betrieb einer Brennstoffzellenheizung von entscheidender Bedeutung, da die Beheizung mit Wasserstoff erfolgt. Dieser wird direkt aus dem Erdgas im sogenannten Reformer des Brennstoffzellen-Heizgeräts mithilfe von Wasserdampf gewonnen.

Eine zentrale Anlage ist ebenfalls erforderlich, da eine Brennstoffzellenheizung nur dann arbeitet, wenn Wärme und Strom auch genutzt werden. Während die erzeugte elektrische Energie ins öffentliche Netz eingespeist werden kann, muss die erzeugte Wärme im Haus selbst genutzt werden, beispielsweise für die Warmwasserbereitung und die zentrale Wärmeverteilung an die Heizflächen. Eine sorgfältige Planung der gesamten Anlage ist besonders wichtig. Es wird empfohlen, eine Komplettlösung für das Gebäude zu planen, um die Unabhängigkeit von Energiepreisen und Versorgern zu erhöhen.

Der Wärmespeicher (auch Pufferspeicher genannt) und die Zusatzheizung (Spitzenlastkessel) gewährleisten eine lange und gleichmäßige Laufzeit der Heiztechnik. Denn eine Brennstoffzelle ist auf einen Grundlast-Wärmebedarf ausgelegt. Wenn der Bedarf in den Wintermonaten überschritten wird, schaltet sich der Spitzenlastkessel ein. Viele Hersteller haben diesen bereits als Brennwertmodul integriert, wodurch die gesamte Anlage sehr kompakt wird.

Kosten von Brennstoffzellenheizungen

Die exakten Kosten einer Brennstoffzellenheizung zu beziffern, ist fast unmöglich: Zu unterschiedlich sind die verschiedenen Modelle der einzelnen Hersteller, und auch die individuelle Lebens- und Wohnsituation der Betreiber spielt eine wichtige Rolle. Grundsätzlich sollten folgende Kosten in die Kalkulation einbezogen werden:

• Anschaffungskosten: Die Preise für Brennstoffzellenheizungen variieren je nach Modell und ändern sich im Laufe der Zeit.
• Kosten für den Einbau der Brennstoffzellenheizung: Die Kosten für den Einbau hängen von der vorhandenen Bausubstanz, den Anschlüssen im Haus und der technischen Ausstattung ab. Es empfiehlt sich, einen spezialisierten Fachbetrieb mit der Montage zu beauftragen, was zusätzliche Kosten verursachen kann.
  
• Die Brennstoffzellenheizung erfordert regelmäßige Wartung und gegebenenfalls Reparaturen.
  

 Die Kosten für eine Brennstoffzelle setzen sich aus verschiedenen Komponenten zusammen:

• Die Brennstoffzelle selbst: Der Preis für eine Brennstoffzelle liegt zwischen 21.500 und 41.000 Euro.
• Heizungsanlage: Die Kosten für die Heizungsanlage variieren zwischen 13.000 und 26.000 Euro.
  
• Zubehör und Installationsmaterial: Für Zubehör und Installationsmaterial werden etwa 3.000 bis 6.000 Euro veranschlagt.
  
• Warmwasser- bzw. Pufferspeicher: Der Preis für einen Speicher liegt zwischen 2.000 und 4.500 Euro.
  
• Gasanschluss: Der Gasanschluss schlägt mit ungefähr 1.500 Euro zu Buche.
  
• Abgassystem: Das Abgassystem kostet etwa 1.500 Euro.
  
• Hydraulischer Abgleich: Der hydraulische Abgleich beläuft sich auf 500 bis 1.500 Euro.
  

Zusätzlich fallen Kosten für die Installation durch einen Fachbetrieb an, die je nach Region, Anlagengröße und baulichen Voraussetzungen variieren können. Im Vergleich zu anderen Heizungsarten gehören Brennstoffzellenheizungen zu den teuersten am Markt. Die Anschaffungskosten allein liegen bereits bei über 20.000 Euro.

Es gibt also einige Variablen, die bei der Berechnung der Kosten für eine Brennstoffzellenheizung berücksichtigt werden müssen. Als Faustregel gilt: Je höher der Strombedarf, desto eher rechnet sich das System. Leistungsfähige Modelle können einen Großteil des Strombedarfs eines Einfamilienhaushalts decken, und unter Umständen kann überschüssiger Strom ins öffentliche Netz eingespeist werden. Staatliche Förderungen können die Kosten weiter reduzieren.

Was die laufenden Kosten betrifft, sollte man die Kosten für Wartungen und Reparaturen auch im Hinterkopf behalten. Unter gewissen Voraussetzungen kann sich die Brennstoffzellenheizung jedoch schon nach einigen Jahren amortisieren. Neben staatlicher Förderung sind die eingesparten Stromkosten ein wichtiger Faktor, da Brennstoffzellenheizungen mit einem Wirkungsgrad von rund 90 Prozent sehr effizient sind. Die Amortisierung einer modernen Anlage kann jedoch 15 bis 20 Jahre dauern.

Die laufenden Kosten einer Brennstoffzellenheizung werden hauptsächlich durch Wartung und Erdgaskosten bestimmt; ein typischer Wartungsvertrag schlägt mit etwa 500 bis 800 Euro pro Jahr zu Buche.

 Förderung von Brennstoffzellenheizungen

Die derzeitige Förderhöhe für Brennstoffzellenheizungen beträgt 25 Prozent der anrechenbaren Kosten. Wenn man gleichzeitig eine funktionierende Heizung austauscht und in Zukunft auf fossile Brennstoffe verzichtet, erhält man zusätzlich einen Heizungs-Tausch-Bonus in Höhe von zehn Prozent. Dieser Bonus kann für den Austausch alter Gas-, Öl-, Kohle- oder Nachtstromspeicherheizungen beantragt werden, wobei die Gaszentralheizungen nicht älter als 20 Jahre sein dürfen. Diese Anforderungen gelten nicht für Gasetagenheizungen und andere Kessel oder Einzelöfen.

Für Wohngebäude werden maximal 60.000 Euro pro Kalenderjahr und Wohneinheit angerechnet, während im Bereich der Nichtwohngebäude 1.000 Euro pro Quadratmeter Nutzfläche berücksichtigt werden. Die Gesamtfördersumme ist auf 600.000 Euro für Wohngebäude bzw. fünf Millionen Euro für Nichtwohngebäude begrenzt. Wichtig zu beachten ist außerdem, dass seit 2023 die Zuschussförderung für Brennstoffzellenheizungen ausschließlich über die BEG-EM erhältlich ist. Brennstoffzellen werden demnach  seit 1. Januar 2023 in der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) als BEG-Einzelmaßnahme beim Einbau in Bestandsgebäuden gefördert, wenn sie mit grünem Wasserstoff oder mit Biogas betrieben werden.

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