Brennstoffzellentypen im Vergleich

7. Oktober 2020
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 erstellt von:
Thorben Frahm, Redakteur www.Heizungsfinder.de
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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.

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Erfahrungen & Fragen zum Thema Brennstoffzelle

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.

Neue Heizung für altes Bauernhaus

Heizung für altes Bauernhaus (denkmalgeschützt), ca. 280qm: welche Heizung bietet sich an und mit welchen Kosten muss man rechnen?
Antwort von Buderus Deutschland

Hallo, wir bieten ein Tool an, in dem verschiedene Varianten gerechnet werden. https://www.buderus.de/de/heizsystemberater
Entscheidend ist auch, welcher Energieträger ( Erdgas, Strom für Wärmepumpe oder Pellet) verwendet werden soll, d.h. es sollte geprüft werden ob Erdgas anliegt. Soll ein Kaminofen zum Einsatz kommen? Ist ein Schornstein oder Kamin verfügbar? Soll eine Fußbodenheizung eingebaut werden? Denkbar wäre auch ein Hybridsytem, also eine Kombination aus verschiedenen Energieformen.
z.B. Gasbrennwertkessel mit Anbindung eines Kaminofens und Solaranlage.
GBH192i als Hybridmodell https://www.buderus.de/de/produkte/catalogue/alle-produkte/8089_logamax-plus-gbh192it

Ölheizung austauschen - welche Heizung ist zu empfehlen?

Ich habe derzeit eine Öl-Heizung. Gas liegt nicht an, welche Heizung würden Sie empfehlen, mit welchen Fördermitteln kann ich rechnen und wie sind die Preisunterschiede? Es ist ein Einfamilienhaus mit ausgebautem Dachgeschos, 4 Zimmer ober Trempelhöhe 80 cm. 5 Zimmer im Erdgeschos, voll unterkellert keinerlei Isolierung der Hülle. Standort Thüringen.
Antwort von Energieberatung Ing. Büro Sperber

In so einem Fall rate ich auch die ganze Hülle zu dämmen. Ich empfehle eine Pelletheizung und eine Solarthermie mit Heizungsunterstützung. Die Heizung + Pelletlager+ Solar + Speicher kosten ca. 40000 Euro in meiner Region. Der Pelletkessel und auch die Solarthermie siehe BAFA wird ( ca 8000) gefördert.
Die Hülle wird von der KfW je nach Standard mit max 30000( 30 % von 100000 Euro Investition) Euro pro Wohneinheit + 4000 Euro (für Baubegleiztung) gefördert (Wenn die Dachgeschosswohnung als eine Wohneinheit, eine abgeschlossene Wohnung darstellt, hätten Sie 2 Wohneinheiten. Dann wäre die Förderung max 60000 +4000 Euro)

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.

Ergänzung oder Alternative zur Luftwärmepumpe im Neubau in Baden-Württemberg?

Gibt es beim Neubau einer Doppelhaushälfte (2,5Ar Grundstück, keine Erdbohrung möglich, Dachgauben) in Baden-Württemberg noch eine sinnvolle Alternative oder Ergänzung zur LW-Wärmepumpe?
Antwort von GF-Bau Selbstbaupartner GmbH

Um es auf den Punkt zu bringen, sie haben mit einer LW-Wärmepumpe die richtige Heizquelle für Ihr Wohnhaus ausgesucht. Als direkte Unterstützung zur Heizung und Warmwasserbereitung können Sie einen Holzofen mit Wassertaschen integrieren und können so in der Übergangszeit damit Ihr Warmwasser erzeugen und Ihren Wohnbereich heizen.

Weiter wäre eine Photovoltaikanlage auch noch erwähnenswert, welche dann Ihren Heizstrom auf Ihrem Dach erzeugt. Für Ihr Wohnhaus wird doch von einem Energieberater o.a. Der Wärmeschutznachweis berechnet, er berechnet Ihnen gerne auch die Wirtschaftlichkeit der einzelnen Komponenten Ihrer Heizungsanlage, dann können Sie selbst entscheiden, was für Komponenten für Sie wichtig sind.
Mit freundlichem Gruß,

Gerhard Fingerle
GF-Bau Selbstbaupartner GmbH

30 Jahre alte Ölheizung austauschen - gegen was?

Wenn ich meine 30 Jahre alte Oel-Heizung auswecheln möchte, was würdet ihr mir für ein System vorschlagen. Ein neuer Gasanschluß könnte installiert werden.
Antwort von Haustechnik Koch Gmbh & Co. KG

Gasbrennwerttherme in Verbindung mit einer Solaranlage mit Heizungsunterstützung

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.

Die Heizung der Zukunft

Welche Heizung ist für die Zukunft sinnvoll und bezahlbar?
Antwort von Porzel Energie und Warenhandel UG

Ich denke in Zukunft wird es die Brennstoffzelle sein. z.B. Brennstoffzellenheizung
Vitovalor PT2

Gibt es Alternativen zu einer Gas-Etagenheizung?

Ich habe in einer Eigentumswohnung eines mehrstöckigen Mehrparteienhauses eine Gas-Kombiheizung. Obwohl diese weit unter 10 Jahren ist, fällt dieser jährlich und trotz Jahreswartung (Vertrag) ein bis mehrmals aus. Ich folgere daraus: Entweder baut Buderus nur noch minderwertige Heizungen (werden vom professionellen Handwerk kaum noch aktiv angeboten sondern nur noch auf Nachfrage) oder Gasheiztechnik ist einfach veraltet, instabil und anfällig. Ich suche daher nach brauchbaren Alternativen für ein schwieriges Szenario: Am Kamin hängen mehrere Heizungen, es ist daher technisch keine Brenntwertgastherme möglich. Solar auf dem Dach ist nicht möglich. Kein ausreichender Keller zur Lagerung von Brennstoff. Als Ideen schweben mir entweder Nano-BHKW oder pure Stromheizungen (jedoch nicht Nachtspeicheröfen wie in den 50ern) vor. Das Wasser soll auf irgendeine Weise mitgeheizt werden, Boiler ist mangels Platz nicht möglich. Verrohrung in Form von Standardheizkörpern durch die ganze Wohnung vorhanden. Welche Möglichkeiten gibt es mit ganz grober Kosteneinschätzung?
Antwort von ALX Haustechnik GmbH

Eigentlich ist die Lösung die Sie heute haben, eine gute. Das Heizgerät läuft eigentlich ohne Probleme, man sollte einmal die bisherigen Fehler einmal auswerten, um eine Meinung zu bekommen. In Ihren Fall würde ich Ihnen raten bei der Gasheizung zu bleiben, da die Stromheizung eine Alternative darstellt.
Daher ist es ratsam sich den Fall vor Ort anzusehen um die Lösung zu finden.

Lohnt sich eine Brennstoffzellenheizung in einem Einfamilienhaus

Welche infrastruktur benötie ich um eine Brennstoffzellenheizung für ein EFH instalieren zu können? Ab wann lohnt sich überhaupt für ein EFH eine Brennstoffzellenheizung? Welche Förderungen kann ich beantragen.
Antwort von Gerhard Mayr

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