Die Brennstoffzelle – was ist das eigentlich?

Eine Brennstoffzellenheizung ist ein Heizgerät, das nicht nur Wärme für Gebäude und Warmwasser, sondern auch Strom zur Deckung des eigenen Bedarfs erzeugt. Im Gegensatz zu anderen Kraft-Wärme-Kopplungs-Technologien wie Blockheizkraftwerk oder Stirling-Heizgeräten, funktioniert das aber nicht über eine Verbrennung, sondern einen chemischen Prozess, bei dem Wasserstoff in seine Einzelteile aufgespalten wird.

Was zeichnet eine Brennstoffzellenheizung aus?

Brennstoffzellen sind besonders effiziente Energieerzeuger, die durch die kombinierte Produktion von Strom und Wärme einen Wirkungsgrad von etwa 90 Prozent erreichen. Zum Vergleich: Ein konventionelles Kraftwerk kommt in der Regel auf nicht mehr als 40 Prozent. Das heißt, etwa 60 Prozent der eingesetzten Energie werden ungenutzt an die Umwelt abgegeben.

Für Hausbesitzer lohnt sich eine Brennstoffzelle besonders, wenn der selbst erzeugte Strom auch im eigenen Zuhause verbraucht wird. Denn dann muss weniger Energie von öffentlichen Versorgern bezogen werden. Das schafft finanzielle Vorteile und Unabhängigkeit von schwankenden Preisen. Im Gegensatz zu anderen stromerzeugenden Heizungen erreicht die Brennstoffzelle einen hohen elektrischen Wirkungsgrad und erzeugt Strom und Wärme im Verhältnis eins zu zwei. Mit kleinen Baugrößen kann sie dabei auch in modernen Einfamilienhäusern ausreichend Energie erzeugen, um wirtschaftlich zu arbeiten.

Die Brennstoffzelle im Detail: Einfach erklärt

Eine Brennstoffzelle produziert Strom, Wärme und Wasser über eine sogenannte kalte Verbrennung – einen chemischen Prozess, bei dem Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert. Damit das funktioniert, besteht eine Zelle aus zwei Elektroden, die durch eine Membran voneinander getrennt sind. Gelangt Wasserstoff auf die negativ geladene Anode, teilen sich durch einen Katalysator Elektronen und Protonen. Wandern die freien Elektronen über den elektrischen Leiter zur positiv geladenen Kathode, fließt dank der Funktionsweise der Brennstoffzelle Strom.

Die Protonen schlüpfen gleichzeitig durch die nur für sie durchlässige Membran und verbinden sich auf der anderen Seite mit Elektronen und Sauerstoff aus der Luft zu Wasser. Die bei der Reaktion entstehende Wärme kann abgeführt und an das Heizsystem übergeben werden. Generell sind die Energiemengen einer Zelle so niedrig, dass für die stromerzeugende Brennstoffzellen-Heizung mehrere dieser Elemente zu sogenannten Stacks verbunden werden. Der für die Reaktion benötigte Wasserstoff wird in einem Reformer – einem Bauteil, das Methan mit heißem Wasserdampf aus dem Erdgas löst – direkt im Gerät hergestellt.

Für wen eignet sich eine Brennstoffzelle?

KWK-Anlagen sind heute noch recht teuer und arbeiten nur dann wirtschaftlich, wenn sie viel Strom erzeugen, der im besten Falle auch selbst verbraucht wird. Dieser kann allerdings nur produziert werden, wenn im Haus auch ein Wärmebedarf für Heizung oder Warmwasser besteht. Da die Brennstoffzelle beide Energieformen – also Strom und Wärme – in einem ähnlichen Verhältnis erzeugt, gewinnt sie mehr Strom, als zum Beispiel ein BHKW. Aus dem Grund kann sie auch in modernen Wohngebäuden mit niedrigem Energiebedarf wirtschaftlich eingesetzt werden.

Brennstoffe der Brennstoffzellenheizung

EWeil der Wasserstoff, der für den Betrieb der Brennstoffzelle benötigt wird, nicht im Haus verfügbar ist, wird er über einen Reformer im Heizgerät hergestellt. Ausgangsstoff ist dabei der Brennstoff Gas, das in Form von Erdgas, Biogas oder Flüssiggas genutzt werden kann.

Kosten einer Brennstoffzelle

Wie bei allen Heizgeräten, setzen sich auch die Kosten einer Brennstoffzellen-Heizung aus verschiedenen Bereichen zusammen. Diese sind:

• für die Anschaffung der Technik
• die Kosten für die Erschließung des Brennstoffs
• sowie die Kosten im Verbrauch der Brennstoffzelle

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