Brennstoffzellentypen im Vergleich

1. März 2021
Die Brennstoffzelle gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen, doch im Einsatz in einer Brennstoffzellenheizung haben sich zwei Typen von Brennstoffzelle besonders hervorgetan: die PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle) und die SOFC (Solid Oxide Fuel Cell - Festoxidbrennstoffzelle).
Dieser Artikel wurde von
Thorben Frahm für www.Heizungsfinder.de verfasst.
Jetzt Fachbetriebe für Ihr Projekt finden
  • Fachbetriebe vor Ort finden
  • Mit einer Anfrage bis zu 5 Angebote erhalten
  • Garantiert einfach, kostenlos und unverbindlich!
HeizungenBrennstoffzelleDie BrennstoffzellenheizungBrennstoffzellentypen

PEMFC und SOFC Brennstoffzellen

In beiden Brennstoffzellentypen findet eine kontrollierte, räumlich getrennte Redoxreaktion von Wasserstoff (gewonnen aus dem Erdgas des Hausanschlusses) und Sauerstoff zu Wasser unter Umgehung der Knallgasreaktion statt, bei der Strom und auch gewisse Mengen an Wärme anfallen, nur die Details weichen baubedingt voneinander ab. Die Grundlagen zur Brennstoffzelle können Sie in unserem Artikel Funktion der Brennstoffzelle nachlesen.

Brennstoffzellentypen für Brennstoffzellenheizgeräte im direkten Vergleich

Brennstoffzellentyp PEMFC - Niedertemperatur - Brennstoffzelle SOFC - Hochtemperatur - Brennstoffzelle
Arbeitstemperatur um 80 Grad Celsius um 800 Grad Celsius
Leistung elektrisch ab 0,3 kW ab 0,7 kW
Leistung thermisch ab 0,7 kW ab 0,6 kW
Brennstoff Erdgasbetrieb, besondere Reinheit erforderlich Erdgasbetrieb, geringere Anforderungen an Gasreinheit
Katalysator Platin, teilweise Platin-Nickel oder Platin-Cobalt Nickel
Elektrolyt Polymermembran keramischer Werkstoff
Regelbarkeit Gut regelbar unter Teillast Schwieriger zu regeln
Startzeit niedrige Startzeit Längere Start- und Abschaltzeiten
Wirkungsgrad elektrisch: 32 - 37 % elektrisch: 33 - 60 %


Eigenschaften der Niedertemperatur-Brennstoffzelle / PEMFC / Polymerelektrolytbrennstoffzelle

Die PEMFC hat anstelle eines flüssigen Elektrolyten eine sehr dünne Kunststoffmembran, welche die beiden Reaktionspartner Wasserstoff und Sauerstoff voneinander trennt. Sie lässt nur Protonen passieren. Die Polymermembran ist auf beiden Seiten mit Platin beschichtet. Die Arbeitstemperatur liegt unter 100 Grad Celsius und im Schnitt bei circa 80 Grad Celsius.

Der Ladungsträger bei dieser Niedertemperatur-Brennstoffzelle ist Wasserstoff.

By derivative work: Matt, Fuel_cell_PEMFC.svg:Nécropotame at fr.wikipedia (Fuel_cell_PEMFC.svg) [FAL], from Wikimedia Commons


An der Anode findet eine Oxidation statt: 2 H2 ⟶ 4 H+ + 4 e-

An der Kathode findet eine Reduktion statt: O2 + 4 H+ + 4 e- ⟶ 2 H2O

Die gesamte Redoxreaktion in der Brennstoffzelle: 2 H2 + O2 ⟶ 2 H2O


Sie arbeitet mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen von meist unter 100 Grad Celsius. Aufgrund ihrer geringen Arbeitstemperatur ist die Niedertemperatur-Brennstoffzelle recht langlebig und vergleichsweise preiswert in der Herstellung. Auch der Wartungsaufwand ist relativ gering. Sie startet schnell und ist im Teillastbetrieb leichter regelbar als die SOFC. Allerdings ist auch der elektrische Wirkungsgrad geringer und die PEMFC Brennstoffzelle benötigt besonders reinen Wasserstoff. Die Reformation des Erdgases, um Wasserstoff zu gewinnen, ist aufwändiger als bei der SOFC. Die Kohlenmonoxidtoleranz der PEMFC ist durch die niedrigeren Temperaturen bedingt gering: Bereits geringe Mengen von Kohlenmonoxid beeinträchtigen die Brennstoffzelle massiv, da die CO-Moleküle die Membranoberfläche blockieren und auch in geringer Konzentration die Membran schneller altern lassen.

Eigenschaften der Hochtemperatur-Brennstoffzelle / SOFC / Festoxidbrennstoffzelle

Auch die SOFC besitzt einen festen Elektrolyten aus keramischen Materialien. Der Ladungsträger ist in dieser Brennstoffzelle der Sauerstoff.

R.Dervisoglu derivative work: Sunspeanzler [GFDL or CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons


An der Anode findet die Oxidation statt: H2 + O2- ⟶ H20 + 2 e-

An der Kathode die Reduktion: 1/2 O2 + 2 e- ⟶ O2-

Die Redoxreaktion insgesamt ist auch hier 2 H2 + O2 ⟶ 2 H2O


Sie arbeitet mit deutlichen höheren Temperaturen von 800 bis zu 1.000 Grad Celsius. Diese Brennstoffzelle kommt temperaturbedingt mit preisgünstigeren (weniger edlen) Baustoffen aus. Allerdings kommt es zu höheren Belastungen durch Temperatur und Druck. Insgesamt hat die SOFC einen höheren Wirkungsgrad als die PEMFC und ist allerdings eher für einen längeren Dauerbetrieb unter stabilen Lastbedingungen als einen Betrieb unter häufigen Starts- und Stopps geeignet.

Weiterführende Informationen zu Brennstoffzellen

Welche Hersteller welchen Brennstoffzellentyp in ihren jeweiligen Brennstoffzellenheizungen anbieten, können Sie in unseren Artikeln zu den Herstellern von Brennstoffzellen nachschlagen. Beide Varianten finden sich in Geräten für den Hausgebrauch.

Weitere Informationen zur Preisgestaltung erhalten Sie in unserem Artikel zu den Preisen von Brennstoffzellen. Der Staat fördert Sie übrigens bei der Anschaffung einer Brennstoffzellenheizung. Wie hoch die Fördergelder ausfallen und welches Programm für Sie Sinn ergibt, lesen Sie in unserem Schwerpunkthema Förderung einer Brennstoffzellenheizung.

Weiterlesen zum Thema "Förderung der Brennstoffzelle"

Erfahrungen & Fragen zum Thema Brennstoffzelle

Neue Heizung im Altbau - bislang keine Zentralheizung vorhanden

Wenn man in einem alten Haus indem keine Zentralheizung (nur Nachtspeicheröfen) vorhanden ist, eine Heizung einbauen will, welche bietet sich da am besten an? Also zunächst wird erstmal ordentlich gedämmt.
Antwort von Greentec-Solar GmbH

Was als Alternative zur alten Nachtspeicheröfen installiert werden kann hängt hauptsächlich davon ab, welchen Umfang an Arbeiten Sie akzeptieren können/wollen.
Soll es eher nur eine Renovierung werden, bei der Wände und Fußböden erhalten bleiben sollen oder wird es eine Sanierung, bei der Schäden im Wandputz keine Rolle spielen oder gar der Bodenbelag inkl. Estrich raus kann/ darf/ soll.
Es gibt die Möglichkeit „modernere“ Nachtspeicheröfen einzubauen oder Infrarotheizkörper. Vorteil: vorhandene Kabel können genutzt werden, wenig Kolateralschaden an Wände und Böden , Nachteil: Heizen mit elektrischen Strom ist bei einer Stromdirektheizung am teuersten. Die kWh-Wärme kostet Ihnen dann ca. 0,27€/kWh ( Öl kostet ca. 0,09€/kWh, Gas etwas weniger, Pellets etwas weniger als Gas)

Eine Wärmepumpe benötigt ebenfalls Strom, aber im Gegensatz zu einer Stromdirektheizung wird hier Luftwärme oder Erdwärme genutzt, deshalb sind hier die Stromkosten niedriger ( ca, 0,10€/kWh Luft bzw. 00,07€/kWh Erdwärme).
Eine Wärmepumpe benötigt für einen effizienten Betrieb eine Flächenheizung ( Fußboden, Wand und/oder Decke).
Es gibt wasserblauerer Fußbodenheizungen für die Altbausanierung die insgesamt nur 50mm Aufbauhöhe haben ( Trockenestrichelemente oder Spezial-Nassesteiche.

Sollen normale Heizkörper nachgerüstet werden, kann man die halbwegs elegant mit Sockelleisten-Verrohrung bewerkstelligen. Ob dann die Steigleitungen zwischen den Geschossen Aufputz oder Unterputz verlegt werden ist eine Kostenfrage. Bei der Installation von Heizkörpern ist man dann aber auf Feuerungsheizungen ( Pellet, Gas oder wer sich das antun möchte auch Öl) angewiesen, weil die Heizkörper eine höhere Vorlauftemperatur benötigen. Eine derzeit übliche Wärmepumpe wird bei hohen Vorlauftemperaturen unwirtschaftlich.

Wann lohnt sich eine Brennstoffzelle?

Wir haben ein Einfamilienhaus mit 150qm Wohnfläche. Unsere Buderus Gasheizung soll vor der nächsten Heizperiode ausgetauscht werden. Bei Recherchen bin ich da auf die Brennstoffzelle gestoßen. Da sind ja höhere Kosten aber auch eine attraktivere Förderung zu erwarten (z.B. https://www.heizungsfinder.de/brennstoffzelle/heizung-foerderung). Ab wann lohnt sich das Ihrer Meinung nach? Ist das Konzept schon ausgereift und welche Hersteller sind zu empfehlen?
Antwort von Buderus Deutschland

Die Wärme und Strom erzeugende Brennstoffzelle Logapower FC10 von Buderus ist die zukunftsweisende Lösung für effiziente und umweltschonende Energienutzung.Hausbesitzer können attraktive Fördermöglichkeiten bis zu 10.530 € pro Anlage in Anspruch nehmen.
Damit liegen die Investitionskosten abzüglich Förderung bei ca.19000 €. Nähere Informationen zu Fördermöglichkeiten erhalten Sie im Buderus „Serviceleitfaden“, unter der Hotline 06190-9263-492

Unter diesem Link erhalten Sie weitere Informationen.
https://www.buderus.de/de/produkte/catalogue/buderus-produkte-fur-ihr-haus/stromerzeugung/brennstoffzellen-energiezentrale
/102411_logapower-fc10.

Sofern Sie einen Einschätzung/Vergleich zu einer Gasbrennwertheizung bzw. in Kombination mit Solarer Unterstützung wünschen, benötigen wir noch weitere Angaben wie Stromverbrauch, bisheriger Gasverbrauch, aktueller Strom und Gaspreis.
Sobald diese Daten vorliegen können wir eine genauere Einschätzung vornehmen.

Ölheizung austauschen: gegen was?

Wir müssen bis 2022 unsere Ölheizung austauschen. Welche Heizungsart ist in diesem Fall sinnvoll?
Antwort von Haustechnik August Diez

Sollten die Öltanks noch 20 Jahre halten würde ich eine Ölbrennwertheizung einbauen, eventuell mit Solarenergie. Wenn Gas im Haus ist würde ich eine Gasbrennwertheizung installieren. Die Gasbrennwertheizung ist vom Kosten/Nutzen die einfachste Lösung. Es sollte aber eine Beratung vor Ort durchgeführt werden.

Eigene Frage stellen

Sie haben eine Frage?

HausCo Logo
Experten und Fachbetriebe beantworten kostenlos Ihre Fragen rund ums Thema Heizungen
Jetzt Frage stellen