Die Brennstoffzellenheizung – Heizung mit Zukunftspotenzial?

NADINE KÜMPEL

AKTUALISIERT AM: 05.12.2021

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AKTUALISIERT AM: 05.12.2021

Brennstoffzellenheizungen erzeugen mithilfe von Wasserstoff Strom und Wärme und sind dabei sehr effizient. Wird der Wasserstoff klimaneutral hergestellt, heizt die Brennstoffzellenheizung im Prinzip sogar CO2-neutral. Wir erklären, was hinter der Technik steckt und ob sich die Anschaffung lohnt.

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Das Prinzip einer Brennstoffzellenheizung

Eine Brennstoffzelle gewinnt mittels Sauerstoff und Wasserstoff, Strom und Wärme. Dies geschieht durch die sogenannte “kalte Verbrennung”. Das Abfallprodukt des Vorgangs ist Wasser. Damit ist die Brennstoffzellenheizung eine sehr saubere Technologie, bei der keine Schadstoffe freigesetzt werden. Voraussetzung ist jedoch, dass der Wasserstoff aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Wird der Wasserstoff fossil gewonnen, werden auch bei der Brennstoffzellenheizung CO2-Emissionen freigesetzt.

Ein wesentlicher Vorteil der Brennstoffzelle ist ihre hohe Effizienz. Durch die kombinierte Strom- und Wärmeproduktion können Brennstoffzellenheizungen einen Wirkungsgrad von 90% oder mehr erreichen. Damit sind sie deutlich effizienter als konventionelle Kraftwerke, die meist nur Wirkungsgrade von 40 % bis 50 % haben.

So funktioniert eine Brennstoffzelle

Eine Brennstoffzelle wandelt chemische Energie in elektrische Energie um. Dabei entsteht auch Wärme. Im Detail funktioniert die Brennstoffzelle so: An der Anode (dem negativen Pol) der Zelle wird Wasserstoff zugeführt. Der Wasserstoff wird anschließend durch eine Katalysator in negative Elektronen und positive Wasserstoffionen geteilt. Die Elektronen wandern über einen elektrischen Leiter und es entsteht Strom. Die positiv geladenen Wasserstoffionen hingegen bewegen sich durch eine Elektolytmembran zur Kathode. An der Kathode wird Sauerstoff zugeführt. Reagiert dieser mit den Wasserstoff-Ionen entsteht Wärme. Als Abfallprodukt erhält man Wasser. 

Funktion Brennstoffzelle
Quelle: co2online

Aufbau einer Brennstoffzellenheizung

Brennstoffzellenheizungen, die heute im Einfamilienhaus installiert werden, nutzen Wasserstoff, der aus Erdgas gewonnen wurde. Hierzu ist ein zusätzliches Gasbrennwertgerät notwendig.  Damit dieses betrieben werden kann, benötigen Sie einen Gasanschluss. Alternativ kann auch ein Flüssiggastank vor Ort installiert werden. Um die Wärme und den Strom zu speichern, der durch die Brennstoffzelle erzeugt werden, bietet sich außerdem ein Strom- bzw. und / oder Wärmespeicher an. 

Insgesamt benötigen Sie zum Betrieb einer Brennstoffzellenheizung etwas mehr Platz als bei der Anschaffung einer reinen Gas-Brennwertheizung, da die Brennstoffzelle als Gerät hinzu kommt. Der Platzbedarf hält sich aber in Grenzen, so dass es bei der Entscheidung für oder gegen eine Brennstoffzellenheizung am verfügbaren Platz nicht scheitern sollte.

Ist die Brennstoffzellenheizung umweltfreundlich? 

Brennstoffzellenheizungen erzielen sehr hohe Wirkungsgrade und sind besonders effizient. Im Prinzip sind sogar Wirkungsgrade von 100% möglich, in der Praxis werden meist jedoch eher 90% erreicht. Durch diese hohe Effizienz hat die Brennstoffzellenheizung im Vergleich zu einer Gasbrennwertheizung rund 25% weniger CO2-Emissionen. 

Da eine Brennstoffzellenheizung im Prinzip kein Erdgas sondern lediglich Wasserstoff benötigt, könnte sie sogar vollständig CO2-neutral betrieben werden, wenn der Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen (z.B. überschüssige Wind- bzw. Solarenergie) gewonnen würde. Dies ist heute aber noch nicht umsetzbar.

Im Vergleich zu schon heute vollständig erneuerbaren Heizungen wie der Solarthermieanlage oder der Biomasseheizung schneidet die Brennstoffzelle daher schlechter ab. Bei der Wärmepumpe kommt es darauf an, wie der zum Betrieb nötige Strom gewonnen wird. Wird Ökostrom verwendet, ist auch die Wärmepumpe heute schon deutlich umweltfreundlicher als die Brennstoffzellenheizung. 

Wie sicher ist das Heizen mit Wasserstoff?

Wasserstoff kann explodieren, wenn ein Wasserstoff / Luftgemisch entsteht und sich entzündet. Da Wasserstoff aber nur in sehr geringen Mengen in der Brennstoffzelle entsteht, ist das Risiko beim Betrieb einer Brennstoffzelle relativ gering.

Kosten einer Brennstoffzellenheizung

Brennstoffzellenheizungen kosten aktuell etwa 30 bis 35.000€. Das Heizgerät selbst ist schon für etwa 25.000€ erhältlich, hinzu kommt dann meist noch weiteres Zubehör wie die Gas-Brennwertheizung sowie die Planung und der Einbau der Heizung. Zwar ist die Brennstoffzellenheizung damit immer noch teurer als die meisten anderen Heizungen auf dem Markt, in den vergangenen Jahren ist ihr Preis von ehemals 50.000€ jedoch bereits deutlich gesunken. 

Fördermöglichkeiten

Brennstoffzellenheizungen werden über das KfW-Programm 433 „Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle“ gefördert. Dieses wird auch trotz der Einführung des neuen BEG weitergeführt. Förderfähig sind private Brennstoffzellenheizungen mit einer maximalen Leistung von 20 Kilowatt. Auch Brennstoffzellenheizungen in KMU bis 20 kW können gefördert werden. 

Die Höhe der Förderung beträgt mindestens 6.800 €. Je Angefangene 100 Watt elektrische Leistung kommen weitere 550€ Förderung hinzu. Maximal können 40% der Kosten bezuschusst werden. Bei einer Investitionssumme von 40.000€ läge die maximale Förderung demnach bei 16.000€. Damit eine Brennstoffzellenheizung überhaupt gefördert werden kann, muss ein Energieberater hinzugezogen werden. 

Vor- und Nachteile einer Brennstoffzellenheizung auf eine Blick

VORTEILE

NACHTEILE

saubere Technologie (wenn Wasserstoff erneuerbar hergestellt auch C02-frei)

  Wasserstoff wird heute meist nicht erneuerbar hergestellt

erzeugen Strom und Wärme

hohe Sicherheitsanforderungen

hoher Wirkungsgrad

hohe Kosten

  aktuell nur wenige Hersteller & nicht verbreitet

Die Geschichte der Brennstoffzelle

Die Idee chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln hatte bereits 1780 der Italiener Luigi Galvani. Kurz darauf wurde Wasserstoff erstmals hergestellt. Ungefähr um 1800 konnte Wasserstoff erstmals durch Elektrolyse mit einem U-Rohr hergestellt werden. Seit dem ist das Verfahren der Elektrolyse beinahe unverändert geblieben. 

Um 1850 dann wurde der erste Prototyp einer Brennstoffzelle entwickelt. Erst im 20. Jahrhundert wurde die Brennstoffzelle für die Weltraumforschung relevant und daher weiterentwickelt. Heute ist die Brennstoffzelle ein zentraler Bestandteil der Wasserstoffstrategie, die helfen soll, die Energiewende zu realisieren.  

Fazit: Wann lohnt sich die Brennstoffzellenheizung?

Der Vorteil von Brennstoffzellenheizungen ist, dass Strom und Wärme gleichzeitig erzeugt werden kann. Das lohnt sich vor allem dann, wenn viel Strom und Wärme benötigt werden. Ferienhäuser oder Häuser, die zeitweise keine Wärme benötigen bzw. über eine Solarthermieanlage für die Warmwasserbereitung verfügen, sollten nicht auf eine Brennstoffzellenheizung setzen.

Eine Brennstoffzellenheizung ist auch deutlich teurer als andere Heizungen. Zwar wird die Brennstoffzelle gefördert, aber selbst mit einer Förderung ist die Anschaffung einer Wärmepumpe, Biomasse oder Gasheizung deutlich günstiger. Daher werden Brennstoffzellenheizungen aktuell nur selten verwendet. Bisher wurden erst ca. 5.000 Geräte in Deutschland verkauft. Hiervon stammen die meisten vom Marktführer Viessmann. 

Wir empfehlen daher, eher auf eine verbreitete und erprobte Heizungsart zu setzen. Aktuell sind hier in Deutschland vor allem Wärmepumpen, Pelletheizungen oder Gasheizungen beliebt, wobei letztere durch den rasant steigenden Gaspreis zunehmend unattraktiver werden. Der Vorteil bei der Wahl einer dieser Heizungsarten ist, dass Hausbesitzer hier eine Wahl aus einer Vielzahl an Modellen haben. Auch beim Service und der Wartung der Anlage kann Ihnen im Prinzip jeder Handwerksbetrieb helfen. Möchten Sie dennoch auf die Brennstoffzellenheizung setzen, empfehlen wir Ihnen vor der Anschaffung eine ausführliche Beratung durch einen Energieberater.

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