Die Wasserstoff-Heizung: Heizen mit Wasserstoff

21. November 2022
Anstatt Ihr Haus mit fossilen Brennstoffen wie Öl oder Gas zu beheizen, bietet das Heizen mit grünem Wasserstoff eine mögliche Alternative. Denn beim Verbrennen von Brennstoffen entsteht klimaschädliches CO₂. Anders bei der Wasserstoff-Heizung: Bei ihrem Betrieb entsteht Wasser als Nebenprodukt. Wie das Heizen mit Wasserstoff funktioniert sowie alles zu Kosten, Nutzen und Zukunftsaussichten, erfahren Sie in diesem Artikel.
Georgina Motzke
Dieser Artikel wurde von
Georgina Motzke 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!

Inhalt:

Was ist eine Wasserstoff-Heizung?
Kosten beim Heizen mit Wasserstoff
Förderung einer Wasserstoff-Heizung

Aufbau und Funktion einer Wasserstoff-Heizung

Vor- und Nachteile beim Heizen mit Wasserstoff

Wasserstoff-Heizung: Zukunftsaussichten

Fazit: Wie sinnvoll ist das Heizen mit Wasserstoff?

Wasserstoff Heizung: grüner Wasserstoff als Alternative zu fossilen BrennstoffenDas Heizen mit Wasserstoff kann eine mögliche Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellen. | Foto © Alexander Limbach, Adobe Stock

Was ist eine Wasserstoff-Heizung?

Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizsystemen verbrennt eine Wasserstoff-Heizung keine fossilen Brennstoffe, sondern erzeugt mithilfe von Wasserstoff Wärme sowie Strom.

  • Dafür findet innerhalb einer Brennstoffzelle ein chemischer Prozess statt, bei dem sich Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser umwandeln.
  • Neben der Brennstoffzellenheizung nutzen jedoch auch H2-Ready Gasheizungen einen Anteil Wasserstoff für ihren Betrieb. Eine Beimischung bis zu 20 Prozent ist möglich. Im Gegensatz zur Brennstoffzelle verbrennt hier jedoch das Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff im Gaskessel. Der Betrieb der Gasheizung mit reinem Wasserstoff ist derzeit noch nicht möglich. Zukünftig kann jedoch auch ein Betrieb mit bis zu 100 Prozent Wasserstoff erwartet werden.

Legen Sie Wert darauf, Ihr Haus ausschließlich mit Wasserstoff zu heizen, um der Umwelt etwas Gutes zu tun oder unabhängiger von Gasimporten zu sein, ist eine H2-Ready Gasheizung jetzt noch nicht geeignet. Aufgrund eines schlecht ausgebauten Wasserstoffnetzes in Deutschland ist jedoch auch der Großteil der Brennstoffzellenheizungen noch immer auf Gas angewiesen. Für die Zukunft erscheint die Wasserstofftechnologie jedoch vielversprechend.

Kosten beim Heizen mit Wasserstoff

Die Kosten für eine Wasserstoffheizung im Einfamilienhaus setzen sich zum einen aus den Anschaffungskosten des Heizsystems, zum anderen aus den laufenden Kosten zusammen. Die Kosten für eine Brennstoffzellenheizung belaufen sich im Schnitt auf etwa 30.000 bis 35.000 Euro. Abhängig von Ihrem bestehenden Heizsystem addieren sich mitunter weitere Kosten für die Entsorgung.

Anschaffungskosten einer Wasserstoff-Heizung

Wenn Sie künftig mit Wasserstoff heizen wollen, setzen sich die Anschaffungskosten der Anlage aus mehreren Komponenten zusammen. Die möglichen Preise entnehmen Sie der folgenden Beispielrechnung:

Kosten für die Brennstoffzelle

23.000 Euro

zusätzlicher Gasbrennwertkessel

3.000 Euro

Peripheriegeräte

2.000 Euro

Wärmespeicher

1.500 Euro

Montagekosten

6.000 Euro

hydraulischer Abgleich

500 Euro

Gesamtkosten

36.000 Euro

Folgende Kosten fallen mitunter abhängig von Ihrem alten Heizsystem zusätzlich an:

Entsorgung alter Öltanks

500 - 1.500 Euro

Anschluss ans Gasnetz

1.000 - 2.500 Euro

Nachrüstung / neues Schornsteinsystem

1.500 - 3.500 Euro

Zusätzliche Gesamtkosten

3.000 - 7.500 Euro

Bedenken Sie: Eine herkömmliche Wasserstoffheizung mit Brennstoffzelle benötigt für den Betrieb einen Gasanschluss. Entscheiden Sie sich für ein System, das unabhängig vom Gasnetz arbeitet und für welches Sie den Wasserstoff mithilfe von Photovoltaik selbst erzeugen, belaufen sich die Kosten auf etwa 85.000 bis 125.000 Euro.

Wasserstoff-Heizung: Contracting

Sind Ihnen die Anschaffungskosten zu hoch, haben Sie die Möglichkeit, statt eines Kaufs ein Contracting-Modell zu wählen. Dadurch entstehen für Sie weder Investitions- noch Wartungskosten. Die Realisierung über einen Dienstleister gibt es für einen festen Grundtarif. Die Pauschale variiert je nach Anlage zwischen durchschnittlich 50 und 150 Euro monatlich. Zusätzlich ergeben sich Kosten für den monatlichen Verbrauch.

Laufende Kosten beim Heizen mit Wasserstoff

Die laufenden Kosten einer Wasserstoff-Heizung mit Gas umfassen neben den Gaskosten ebenfalls die Preise für die Wartung der Anlage. Diese kostet jährlich durchschnittlich 400 bis 650 Euro und stellt sicher, dass Ihre Anlage stets störungsfrei arbeitet.

Die Gaspreise sind hingegen weniger konstant. So beläuft sich der Gaspreis auf etwa 19 Cent pro Kilowattstunde (Stand: November 2022; Vergleichsportal Verivox, Anbieter anonymisiert).

Wichtig: Ein direkter Vergleich zwischen Wasserstoff- und Gasheizung ist schwierig. Grund hierfür ist, dass die Heizung mit Wasserstoff neben der Wärmeversorgung für Ihr Haus gleichzeitig Strom zur Verfügung stellt. So machen Sie sich zusätzlich unabhängiger von steigenden Strompreisen.

picea von HPS: Wartungskosten

Das Wasserstoffheizungs-Komplettsystem picea von Home Power Solutions macht Sie unabhängig von schwankenden Gaspreisen, da Sie mittels PV-Anlage und Elektrolyse den benötigten Wasserstoff selbst erzeugen. Der Servicevertrag des Brennstoffzellenherstellers kostet rund 500 Euro im Jahr und stellt einen reibungslosen Betrieb der Heizung sicher.

Dem gegenüber stehen jedoch Anschaffungskosten, die je nach Anlage zwischen etwa 85.000 und 125.000 Euro betragen.

Förderung einer Wasserstoff-Heizung

Für das Heizen mit Wasserstoff haben Sie unterschiedliche Möglichkeiten der Förderung und Finanzierung. So bietet die KfW eine durchaus lohnenswerte Förderung für Brennstoffzellen. Aber auch eine Finanzierung über die KfW im Rahmen einer umfassenden Sanierung Ihrer Immobilie ist möglich. Darüber hinaus bieten KWK-Zuschlag oder Steuerrückerstattungen Alternativen, wenn Sie eine Wasserstoff-Heizung installieren.

Wichtig: Die Förderung durch die KfW ist nicht mit anderen Vergütungen wie durch KWK-G oder Steuerrückerstattung kombinierbar!

KfW: Förderung & Finanzierung

Am lukrativsten sind die Mittel der Kreditanstalt für Wiederaufbau. Die KfW bietet gleich zwei Möglichkeiten für Ihre Wasserstoff-Heizung: das KfW-Programm 433 “Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle” sowie eine Finanzierung mit dem KfW-Kredit 261.

  • Das KfW-Programm 433 setzt sich aus einem Festbetrag von 6.800 Euro und einem leistungsabhängigen Betrag von je 550 Euro je angefangener 100 Watt Leistung zusammen. Insgesamt erhalten Sie bis zu 40 Prozent der förderfähigen Gesamtkosten. Der maximale Zuschuss liegt bei 34.300 Euro.
  • Der KfW-Kredit 261 fördert die Anschaffung und Installation einer Heizung mit Wasserstoff im Rahmen einer Sanierung Ihres Gebäudes. Bis zu 150.000 Euro für den Kauf, Neubau oder die Sanierung zum Effizienzhaus sind hier insgesamt möglich.

Wichtig: Alternative Vergütungen wie die Einspeisevergütung im Rahmen des KWK-Zuschlags des BAFA oder steuerliche Rückerstattungen fallen niedriger aus. Die einzelnen Fördermöglichkeiten lassen sich darüber hinaus nicht miteinander vereinen.

Aufbau und Funktion einer Wasserstoff-Heizung

Die Wasserstoff-Heizung nutzt Wasserstoff, um mithilfe einer chemischen Reaktion Wärme und Strom zu erzeugen. Dieser Vorgang nennt sich “kalte Verbrennung”. Aufbau und Funktion der Brennstoffzellenheizung unterscheiden sich daher aufgrund Ihrer Wirkweise von herkömmlichen Heizungssystemen.

Zum Heizen mit Wasserstoff benötigen Sie eine Brennstoffzelle, die aus zwei Elektroden besteht. Diese trennt eine semipermeable Membran voneinander. Dadurch erfolgt ein kontrollierter Ablauf der elektrochemischen Reaktion im Innern der Zelle. Ein elektrisch leitender Draht verbindet die Elektroden miteinander.

Wasserstoff Heizung: Schematische Darstellung des Aufbaus einer BrennstoffzelleDer 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

Wie funktioniert eine Wasserstoff-Heizung? Das Prinzip basiert auf einer chemischen Reaktion. Dabei oxidiert Wasserstoff an der Anode und spaltet sich in Elektronen und Protonen. Die Protonen gelangen durch die Membran zur Kathode. Die Elektronen gelangen über den leitenden Draht zur Kathode. Dabei entsteht elektrischer Strom.

An der Kathode entstehen negativ geladene Sauerstoffionen aufgrund der Elektronen, die den dort zugeführten Sauerstoff reduzieren. Die positiv geladenen Wasserstoffionen reagieren mit den Sauerstoffionen. Es entwickeln sich Wasserdampf und Wärme.

2 H2 → 4 H+ + 4 e- (Oxidation / Elektronenabgabe)
O + 4 H+ + 4 e- → 2 HO (Reduktion / Elektronenaufnahme)

Beide Komponenten ergeben zusammen die Zellreaktion:
2 H2 + O → 2 HO (Redoxreaktion)

Bei der Wasserstoffheizung ohne Gas nutzen Sie Photovoltaik, um grünen Wasserstoff selbst zu produzieren. Dabei machen Sie sich den umgekehrten Effekt zunutze: die Elektrolyse. Dabei erzeugt die PV-Anlage mithilfe der Sonnenstrahlung Strom. Bei der Elektrolyse spaltet der elektrische Strom das Wasser in seine Bestandteile – Sauerstoff und Wasserstoff. Die Lagerung von Wasserstoff ist in entsprechenden Stahlflaschen möglich.

Beziehen Sie hingegen Erdgas, wandelt dies ein Reformer im Vorfeld um:

CH4 + HO → 3 H2 + CO (Dampfreformierung)
CO + HO → H2 + CO (Kohlenmonoxid-Konvertierung)

Erdgas besteht aus bis zu 90 Prozent Methan (CH4). Unter Zugabe von Wasserdampf wandelt es sich in Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid um.

Ist eine Wasserstoff-Heizung gefährlich?

Wenn ein Funke auf ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff trifft, kommt es zur Explosion – die sogenannte Knallgasreaktion. Wasserstoff allein birgt jedoch keine Gefahr! Denn ohne einen zusätzlichen Oxidator wie reinen Sauerstoff und eine Zündungsquelle geschieht nichts.

Darüber hinaus ist Wasserstoff weder ätzend noch giftig. Es verunreinigt das Wasser nicht und erzeugt keinerlei schädlichen Emissionen.

Vor- und Nachteile beim Heizen mit Wasserstoff

Bei richtiger Planung und Auslegung birgt die Wasserstoff-Heizung einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Heizsystemen. Speziell bei stark steigenden Strompreisen sorgt eine Brennstoffzelle dafür, dass Sie sich von diesen Kosten unabhängiger machen. Doch führt das schlecht ausgebaute Wasserstoffnetz in Deutschland zu einer derzeit weiterhin bestehenden Abhängigkeit von Erdgas für den Betrieb.

Die folgende Tabelle zeigt Ihnen die Vorteile und Nachteile einer Brennstoffzellenheizung auf einen Blick:

Vorteile Wasserstoffheizung

Nachteile Wasserstoffheizung

erzeugt sowohl Wärme als auch Strom

hohe Anschaffungskosten (insbesondere bei Systemen, die gänzlich ohne Gas auskommen, z. B. picea)

Fördermöglichkeiten vorhanden

generell vergleichsweise geringe Fördermöglichkeiten

mehr Unabhängigkeit von steigenden Stromkosten

arbeiten in Deutschland noch überwiegend mit Erdgas (Gasanschluss erforderlich)

Wasserstoff ist erneuerbar & vergleichsweise leicht zu speichern

benötigt zusätzlichen Gasbrennwertkessel für Spitzenlast

hoher Wirkungsgrad beim Heizen mit Wasserstoff & rentabel bei hohem Verbrauch

nicht ausgebautes Wasserstoffnetz in Deutschland

durch Heizen mit Wasserstoff entstehen keine CO₂-Emissionen (solange kein Erdgas zum Einsatz kommt)

Biogas als Alternative zu Erdgas teuer & kann Erdgas nicht vollständig ersetzen

geräusch- und wartungsarmer Betrieb

vergleichsweise junge Technologie

Wasserstoff-Heizung: Zukunftsaussichten

Während Heizen mit Wasserstoff noch überwiegend Erdgas benötigt (Stand: November 2022), könnte in Zukunft eine ausgebaute Wasserstoffinfrastruktur für eine nachhaltige Alternative sorgen. Mehr Unabhängigkeit von Gasimporten und fossilen Brennstoffen sowie klimafreundliches Heizen könnten die Folge sein.

Biogas und Windgas

Eine Möglichkeit, den Einsatz von Erdgas zu reduzieren oder gänzlich darauf zu verzichten, bieten Windgas und Biogas.

  • Als Windgas wird Wasserstoff bezeichnet, der aus Windenergie entsteht. Eine Beimischung ins bestehende Gasnetz mit bis zu 20 Prozent sind möglich. Dies sorgt für eine Reduzierung von Erdgas.
  • Biogas könnte bei ausreichend verfügbarer Menge Erdgas gänzlich ersetzen. Es entsteht beim Vergären von Biomasse in luftdichten Tanks. Wichtig: Derzeit kann Biogas Erdgas nicht vollständig ersetzen, aufgrund der ungenügenden Verfügbarkeit.

Ausbau des Wasserstoffnetzes & Wasserstoffimport

Um unabhängiger von Gasimporten zu werden und den Betrieb von Wasserstoff-Heizungen voranzubringen, ist es wichtig, die Wasserstoffinfrastruktur im Land auszubauen. So sieht die Planung von Gas-Fernleitungsnetzbetreibern bis 2030 ein rund 5.100 Kilometer langes Wasserstoffnetz vor.

Der Import von grünem Wasserstoff könnte im gleichen Zug wichtig werden. Bereits im August 2022 unterzeichnen Deutschland und Kanada ein Wasserstoffabkommen. Erste Importe sind für 2025 geplant.

Was ist grüner Wasserstoff?

Die farbliche Bezeichnung von Wasserstoff bezieht sich auf die jeweilige Herstellungsart:

Grauer Wasserstoff gilt aufgrund von Dampfreformierung und in die Atmosphäre gelangendes Kohlenstoffdioxid als umweltschädliche Variante.

Bei blauem und türkisem Wasserstoff lagert entstehendes CO₂ anschließend in Tanks und stillgelegten Salzminen ein oder wird weiterverarbeitet.

Grüner Wasserstoff bildet die umweltfreundlichste Variante. Dieser entsteht durch Elektrolyse. Der genutzte Strom wird vollständig aus erneuerbaren Energien gewonnen, sodass bei dieser Herstellungsart kein Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre gelangt.

Wasserstoff-Komplettsysteme

Bereits heutzutage sind Wasserstoff-Heizungen als Komplettsysteme auf dem Markt verfügbar. So bietet der Hersteller Home Power Solutions das Solar-Wasserstoff-System picea an. Bei diesem handelt es sich um ein Komplettsystem inklusive Photovoltaik-Anlage und Wasserstoffspeicher. Dies ermöglicht Ihnen durch einen Ganzjahresstromspeicher autark zu heizen und Strom zu produzieren.

Weiterhin vielversprechend erscheint das Solhyd Project von Forschern der KU Leuven. Sie haben Dachmodule entwickelt, die ähnlich wie PV-Module Sonnenenergie nutzen. Gleichzeitig fangen sie Wasserdampf aus der Luft ein. Aus Sonnenstrahlung und Wasser produzieren die Wasserstoffmodule, die über Gasrohre miteinander verbunden sind, Wasserstoffgas. Geplant ist eine kommerzielle Verfügbarkeit ab 2026.

Fazit: Wie sinnvoll ist das Heizen mit Wasserstoff?

Bei korrekter Auslegung eignet sich eine Heizung mit Wasserstoff für jede Gebäudeart. Ob als Brennstoffzellenheizung im Einfamilienhaus oder Brennstoffzelle im Altbau, das System arbeitet effizient, wenn Sie die folgenden Punkte beachten:

  • Die Brennstoffzellenheizung arbeitet wirtschaftlich bei einer hohen Laufzeit und einem konstanten Verbrauch
  • speziell im Altbau – egal, ob saniert oder unsaniert – oder bei Mehrfamilienhäusern mit gesteigertem Verbrauch erzielt die Brennstoffzelle hohe Laufzeiten
  • dadurch wird eine Taktung des Systems vermieden, was wirtschaftlich und förderlich für die Lebensdauer ist

Heizen mit Wasserstoff bietet Vorteile gegenüber alternativen Heizsystemen – insbesondere in Bezug auf steigende Stromkosten. Doch sollten Sie die Nachteile nicht aus den Augen verlieren: Derzeit ist der Betrieb einer Wasserstoff-Heizung noch immer überwiegend von Gas abhängig. Entscheiden Sie sich für eines der wenigen Systeme, die ein autarkes Heizen versprechen, ist die Anschaffung mit sehr hohen Kosten verbunden.

Speziell in näherer Zukunft und mit Weiterentwicklung sowie Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur kann diese Technologie durchaus Potenzial bieten. Wägen Sie daher bereits während der Planung Ihrer Anlage Für und Wider gegeneinander ab. Vergleichen Sie Modelle und holen gezielte Informationen bei den jeweiligen Herstellern ein.