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.
