Die Brennstoffzellenheizung im Überblick

Inhalt:

▷ Brennstoffzellenheizung: Auf einen Blick

▷ Kosten einer Brennstoffzellenheizung

▷ Brennstoffzelle: Fördermöglichkeiten

▷ Aufbau & Funktion: Was ist eine Brennstoffzellenheizung

▷ Fazit: Wann lohnt sich eine Brennstoffzellenheizung?

Eine Brennstoffzellenheizung nutzt Wasserstoff um mittels „kalter Verbrennung“ Strom und Wärme für Ihr Haus zu produzieren. | Foto © malp, Adobe Stock

Brennstoffzellenheizung: Auf einen Blick

• Durch einen elektrochemischen Prozess („kalte Verbrennung“) erzeugt die Brennstoffzelle im Haus Wärme und Strom
• Die Kosten für eine Brennstoffzellenheizung belaufen sich im Schnitt auf etwa 30.000 bis 35.000 Euro
• Durch Förderangebote lassen sich bis zu 40 Prozent der förderfähigen Anschaffungskosten sparen
• Der Betrieb einer Heizung mit Brennstoffzelle kann Energiekosten um bis zu 40 Prozent senken
• Da Brennstoffzellenheizungen in Deutschland überwiegend mit Gas arbeiten, benötigen Sie einen Gasanschluss
• Dieses System rentiert sich speziell bei einem hohen Wärme- sowie Stromverbrauch und bei langen Laufzeiten

Kosten einer Brennstoffzellenheizung

Die Kosten einer Brennstoffzellenheizung belaufen sich bei der Anschaffung im Durchschnitt auf etwa 30.000 bis 35.000 Euro. Damit zählt diese Technologie derzeit noch zu den teuersten Heizsystemen.

Die Kosten setzen sich im Einzelnen zusammen aus:

• Brennstoffzelle
• Gasbrennwertgerät
• Pumpen, Wechselrichter, etc.
• Wärmespeicher
• Montage & Installation
• hydraulischer Abgleich
• ggf. zusätzlicher Stromspeicher

Besitzen Sie bereits einen funktionstüchtigen Gaskessel und einen Wärmespeicher nutzen Sie diese weiter und sparen die Kosten für eine Neuanschaffung.

Handelt es sich bei der Installation um einen Austausch einer alten Heizung, kommen oftmals zusätzliche Kosten auf Sie zu:

• Demontage & Entsorgung der alten Heizung
• Brennwerttauglicher Schornstein / Abgassystem
• ggf. Anbindung an das Gasnetz

Bei einer Brennstoffzellenheizung im Altbau kann dadurch der Preis mitunter auf über 40.000 Euro steigen.

Zu den laufenden Kosten einer Brennstoffzellenheizung zählen zum einen die regelmäßige Wartung, zum anderen die Brennstoffkosten:

Die Wartung Ihrer Brennstoffzelle findet einmal im Jahr statt. Die Kosten belaufen sich auf durchschnittlich 400 bis 650 Euro. Der Fachmann stellt sicher, dass alles störungsfrei funktioniert. Sie haben die Option, einen Wartungsvertrag abzuschließen. Dieser läuft oftmals über zehn Jahre. Wichtig: Bei Inanspruchnahme von Fördermitteln ist der Abschluss über einen Wartungsvertrag oftmals Voraussetzung.

Brennstoffzellenheizungen arbeiten überwiegend mit Erdgas. Sie sind somit von den steigenden Gaspreisen abhängig. Ein direkter Vergleich zu herkömmlichen Gasheizungen ist jedoch schwierig, da die Brennstoffzelle neben Wärme gleichzeitig Strom produziert. Während sowohl Gas- als auch Strompreise steigen (Gas-Arbeitspreis: 40,25 Cent pro Kilowattstunde; Strom-Arbeitspreis: 35,47 Cent pro Kilowattstunde; Stand: August 2022; Anbieter anonymisiert) wägen Sie die Vor- und Nachteile einer Brennstoffzellenheizung bereits im Vorfeld gründlich gegeneinander ab.

Dennoch ist eine Senkung der Stromkosten um bis zu 80 Prozent ist möglich.

Beispielrechnung Stromersparnis

Folgender Tabelle entnehmen Sie eine mögliche Kostenersparnis in Bezug auf Ihren Stromverbrauch. Wir gehen dabei von einem durchschnittlichen Jahresverbrauch von 4.000 Kilowattstunden eines vierköpfigen Haushalts aus.

* Arbeitspreis für Strom: 35,47 Cent pro Kilowattstunde (Stand: August 2022; anonymisierter Anbieter)

Brennstoffzelle: Fördermöglichkeiten

Förderungen für Brennstoffzellenheizungen erhalten Sie beispielsweise über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) oder vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA):

• KfW-Programm 433
• Finanzierung mit KfW 261
• KWK-Zuschlag
• Steuerrückerstattung

Je nach Dimensionierung Ihrer Brennstoffzellenheizung erhalten Sie mit dem KfW-Programm 433 den lohnendsten Zuschuss für die innovative Energiegewinnung. Die KfW-Förderung setzt sich aus einem Festbetrag von 6.800 Euro sowie einem leistungsabhängigen Betrag – 550 Euro je angefangener 100 Watt elektrische Leistung – zusammen:

Förderfähig sind stationäre Brennstoffzellensysteme mit einer elektrischen Leistung zwischen 0,25 und 5,0 Kilowatt. Die abgebildete Tabelle zeigt Beispielwerte. Die vollständige Zuschusstabelle finden Sie bei der KfW.

Eine Zuschusshöhe von 40 Prozent der förderfähigen Gesamtkosten ist möglich. Maximal erhalten Sie 34.300 Euro. Voraussetzungen sind die Einbindung eines Energie-Effizienz-Experten sowie der Abschluss über einen Vollwartungsvertrag über zehn Jahre.

Eine mögliche Förderung könnte wie folgt ausfallen:

Bedenken Sie: Beanspruchen Sie die Förderung der KfW ist eine Kombination mit anderen Fördermitteln nicht mehr möglich. So etwa Zuschüsse nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz. Diese alternativen Förderungen fallen jedoch im Vergleich zum KfW 433 Programm niedriger aus.

Aufbau & Funktion: Was ist eine Brennstoffzellenheizung?

Der Prozess der Elektrolyse ist bereits seit dem neunzehnten Jahrhundert bekannt. Bei diesem zerlegt ein elektrischer Strom Wasser in seine Bestandteile – Wasserstoff und Sauerstoff. Die Funktion der Brennstoffzelle besteht darin, diesen elektrochemischen Prozess umzukehren. Aus Wasserstoff und Sauerstoff entsteht Wasser. Während dieser „kalten Verbrennung“ entstehen darüber hinaus Wärme und Strom als Nebenprodukte, die Sie zum Heizen und für Ihre Elektrogeräte nutzen.

Dies ähnelt dem Prinzip eines BHKWs. Ein Unterschied zwischen Brennstoffzelle und Blockheizkraftwerk liegt jedoch darin, dass das BHKW im Gegensatz zur Brennstoffzelle einen zusätzlichen Generator zur Stromerzeugung benötigt.

Eine Brennstoffzelle besteht aus einer negativ geladenen Anode und einer positiv geladenen Kathode. Eine Membran sorgt für die räumliche Trennung. Das gewährleistet einen kontrollierten Ablauf des chemischen Prozesses. Ein elektrisch leitender Draht verbindet die Elektroden miteinander.

Der schematische Aufbau am Beispiel einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle. | By derivative work: Matt, Fuel_cell_PEMFC.svg:Nécropotame at fr.wikipedia (Fuel_cell_PEMFC.svg) [FAL], from Wikimedia Commons

Durch Wasserstoff und Sauerstoff entstehen Wärme, Strom und Wasser. Diese chemische Reaktion, die im Innern der Brennstoffzelle abläuft, nennt sich Redoxreaktion:

2 H₂ → 4 H⁺ + 4 e^- (Oxidation: Wasserstoff gibt Elektronen ab)
O₂ + 4 H⁺ + 4 e^- → 2 H₂O (Reduktion: Elektronenaufnahme)

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O (Beide Komponenten bilden die Redoxreaktion)

Es gibt unterschiedliche Typen von Brennstoffzellen. Allen ist jedoch gleich, dass bei diesem Prozess sowohl Wärme als auch Strom entstehen.

Die Brennstoffzellenheizung benötigt einen konstanten Verbrauch und möglichst hohe Laufzeiten, um eine Taktung des Systems zu vermeiden. Oftmaliges kurzes Ein- und Ausschalten der Anlage schadet nicht nur der Wirtschaftlichkeit, sondern zudem der Lebensdauer der Brennstoffzelle.

Voraussetzungen für eine Heizung mit Brennstoffzelle

Entscheiden Sie sich dafür, Ihr Gebäude mit einer Brennstoffzelle zu heizen, sollten Sie einige Voraussetzungen bedenken:

• Hoher Strom- & Wärmebedarf
• Gasanschluss
• Spitzenlastgerät zum Abdecken von Bedarfsspitzen
• Geeigneter Schornstein / Abgassystem
• Separater Stromzähler für Netzeinspeisung

Hoher Strom- & Wärmebedarf

Brennstoffzellen im Altbau sind eine sinnvolle Lösung bei einem konstant hohen Verbrauch. So eignen sich Brennstoffzellen zudem in Mehrfamilienhäusern als bewährte Heizmethode.

Energetisch sanierte Gebäude sowie Neubauten verfügen hingegen oftmals über einen zu geringen Verbrauch. Die thermische Leistung der Anlage ist zu hoch und Ihr Wärmebedarf zu schnell gedeckt. Durch die daraus resultierende Taktung der Anlage leidet die Wirtschaftlichkeit und die Lebensdauer der Brennstoffzelle.

Vorteil der Brennstoffzellenheizung ist, dass sie neben Wärme auch Strom produziert. Sie machen sich somit von steigenden Strompreisen unabhängiger. Speziell im Sommer, wenn der Heizbedarf geringer ausfällt als im Winter, haben Sie oftmals einen weiterhin hohen Strombedarf. Damit die Wirtschaftlichkeit der Brennstoffzelle für Ihr Haus gewährleistet bleibt, sollten Strom- und Wärmebedarf ähnlich hoch sein.

Anschluss ans Gasnetz

Brennstoffzellenheizungen arbeiten überwiegend mit Gas. Ein Reformer wandelt dieses in Wasserstoff um, welchen die Brennstoffzelle benötigt. Daher ist ein Gasanschluss für die Anlage zwingend erforderlich. Steigen Sie von einem nicht mit Gas betriebenen Heizsystem um, müssen Sie einen Zugang zum öffentlichen Gasnetz beantragen.

Informieren Sie sich rechtzeitig! Je nach Lage Ihrer Immobilie ist nicht überall eine Versorgungsleitung vorhanden. In solch einem Fall ist der Bezug von Gas nicht möglich.

Spitzenlastgerät zum Abdecken von Bedarfsspitzen

Die Brennstoffzellenheizung deckt die Grundlast Ihres Wärmebedarfes ab. Wichtig: Damit Sie bei Bedarfsspitzen über genügend Wärme in Ihrem Haus verfügen, benötigen Sie zusätzlich ein Spitzenlastgerät. Der Gasbrennwertkessel erzeugt Wärme mittels herkömmlicher Verbrennung und stellt eine ausreichende Wärmeproduktion an besonders kalten Tagen sicher.

Hier haben Sie zwei Möglichkeiten:

• Verfügen Sie bereits über eine Gasheizung, die noch intakt und nicht zu alt ist, können Sie Ihren Gaskessel mit der neuen Brennstoffzellenheizung kombinieren.

• Steigen Sie von einem anderen Heizsystem um, bieten einige Brennstoffzellenhersteller Kombinationsangebote an. Diese Sets enthalten neben der Brennstoffzelle für Ihr Haus zudem ein passendes Spitzenlastgerät sowie einen geeigneten Warmwasserspeicher.

Geeigneter Schornstein / Abgassystem

Sowohl bei der herkömmlichen Verbrennung von Gas als auch bei der Umwandlung von Gas in Wasserstoff mittels Reformer entstehen schädliche Abgase. Dafür benötigen Sie ein geeignetes Abgassystem und einen brennwerttauglichen Schornstein.

Separater Stromzähler für Netzeinspeisung

Neben Wärme produziert Ihre Brennstoffzellenheizung zusätzlich Strom. Damit decken Sie einen Großteil Ihres Strombedarfs über die Brennstoffzelle ab. Um einen jederzeit verfügbaren Strombezug zu gewährleisten, benötigen Sie jedoch einen Zugang zum öffentlichen Stromnetz. Dieser stellt nicht nur sicher, dass Sie zu jeder Zeit über Strom verfügen, sondern dient zudem der Stromeinspeisung.

Hierfür ist zudem ein separater Stromzähler notwendig. Dieser zählt den im Überschuss produzierten Strom, welchen Sie gegen eine Einspeisevergütung für Brennstoffzellen ins Stromnetz einspeisen.

Zukunftsvision: Wasserstoff macht’s möglich

Die Brennstoffzelle benötigt Wasserstoff, um Wärme und Strom zu produzieren. Aufgrund der in Deutschland noch ungenügend ausgebauten Wasserstoffinfrastruktur arbeiten die Systeme überwiegend mit Gas.

Hier gibt es Alternativen und Aussichten, die die Brennstoffzellenheizung trotz Gasknappheit und stark steigenden Preisen attraktiv machen:

• Biogas statt Erdgas
• Photovoltaik & Elektrolyse
• Zukunftsausblick: Grüner Wasserstoff aus Kanada

Biogas statt Erdgas

Speziell zu Zeiten von Klimakrise und Gasknappheit sind nachhaltige und langfristige Alternativen zu Erdgas wichtig. Biogas bietet hier die Möglichkeit, als regionales Erzeugnis Abhilfe zu schaffen. Es ist umweltfreundlich in der Herstellung und dient gleichzeitig der Unabhängigkeit von Gasimporten.

Biogas entsteht unter Ausschluss von Sauerstoff. In luftdichten Tanks vergärt Biomasse mithilfe von Mikroorganismen. Bei dieser Fermentation entstehen Gase, die anschließend als Ökostrom oder nachhaltige Wärme dienen. Die Herstellung erfolgt oftmals regional und der Transport erfolgt über das öffentliche Gasnetz.

Photovoltaik & Elektrolyse

Elektrolyse ist der Prozess, bei dem Wasser mithilfe von elektrischem Strom in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wird. Eine eigene Photovoltaikanlage produziert bei Sonneneinstrahlung den benötigten Strom, der Ihnen anschließend dazu dient, Wasserstoff für die Brennstoffzellenheizung herzustellen.

Ein Brennstoffzellenhersteller, der ein solches Komplettsystem anbietet, ist Home Power Solutions. Das picea-System beinhaltet neben der Brennstoffzellenheizung eine PV-Anlage sowie einen geeigneten Wasserstoffspeicher. Mit seiner Hilfe verfügen Sie auch im Winter bei geringerer Sonneneinstrahlung über ausreichend grünen Wasserstoff, um mit Ihrer Brennstoffzelle zu heizen.

Zukunftsausblick: Grüner Wasserstoff aus Kanada & Ausbau des H₂-Netzes

Im August 2022 unterzeichnen Deutschland und Kanada ein Wasserstoffabkommen, das Deutschland energieunabhängiger machen soll. Erste Importe von grünem Wasserstoff sollen bereits ab 2025 stattfinden. Dieses Vorhaben wird laut Bundeskanzler Olaf Scholz „eine wichtige Rolle bei der künftigen Energieversorgung sein.“

Die Politik gibt damit einen Schritt in die Richtung zur energetischen Nutzung von Wasserstoff vor. Dadurch könnten Wasserstoffheizungen in Zukunft eine weitaus größere Rolle bei der Wärmeerzeugung spielen. Auch ein Ausbau der deutschen Wasserstoffinfrastruktur wäre ein Schritt in die Richtung unabhängiger von Erdgas zu werden. Erdgasleitungen können umgestellt werden und die Planung von Gas-Fernleitungsnetzbetreibern sieht bis 2030 ein rund 5.100 Kilometer langes H₂-Netz vor.

Fazit: Wann lohnt sich eine Brennstoffzellenheizung?

Eine Heizung mit Brennstoffzelle eignet sich speziell bei einem hohen und gleichzeitig konstanten Verbrauch. Speziell für den Altbau oder Mehrfamilienhäuser kann dieses System eine wirtschaftliche Alternative zur Gasheizung darstellen. Insbesondere, da sie neben der Wärmeerzeugung gleichzeitig einen großen Teil der Stromversorgung abdeckt.

Bedenken Sie: Mit Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur kann dieses System in Zukunft einen wichtigen Aspekt in der Wärmeerzeugung einnehmen. Dadurch kann die Unabhängigkeit von Gasimporten gefördert werden.

Tipp: Bei der Anschaffung einer Brennstoffzellenheizung ziehen Sie bereits während der Planung Fachbetriebe und Energieexperten zurate. Diese gehen fachgerecht bei Ihnen vor Ort auf Ihre individuellen Voraussetzungen, Wünsche und Vorstellungen ein.