Fragen und Antworten zum Heizen mit der Brennstoffzelle

Wann lohnt sich eine Brennstoffzelle? Für wen ist sie geeignet?

Bauherren wollen sicherstellen, dass die Haustechnik ihrer Immobilie dem neuesten Stand der Technik entspricht, zukunftssicher ist und so geringe Heizkosten wie möglich verursacht. Mit einer Brennstoffzelle wird aus diesem Gefühl eine Gewissheit: Die innovative Heizung ist die perfekte Hightech-Lösung für Hausbesitzer, die Wert auf ein zukunftssicheres System legen.

Die Brennstoffzelle gilt als die Heizung der Zukunft, denn sie sorgt für effiziente Wärme im ganzen Haus und erzeugt gleichzeitig Strom:

Dieser steht zum Eigenverbrauch oder zur Einspeisung in das öffentliche Netz zur Verfügung. Eigentlich ist das Brennstoffzellen-Heizgerät somit eine Strom erzeugende Heizung. Allerdings wird der Energieträger Erdgas elektrochemisch in elektrische und thermische Energie umgewandelt. Dadurch lassen sich hohe Wirkungsgrade erreichen. Besonders eignet sich die Brennstoffzelle für Neubauten oder für sanierte Bestandsgebäude. Bedarfsspitzen werden durch ein Zusatzheizgerät, meist einem Gas-Brennwertkessel, abgedeckt. Dieser ist entweder im Brennstoffzellen-Heizgerät integriert oder wird zusätzlich installiert.

Wer ein modernes und garantiert zukunftsfähiges Heizsystem sucht, ist mit einer Brennstoffzelle bestens bedient.

Welche Unterschiede gibt es bei Brennstoffzellen?

Das Angebot an Brennstoffzellen ist inzwischen sehr vielfältig, dementsprechend gibt es für jeden Bedarf und für jede Größe der zu beheizenden Immobilie ein passendes Gerät, auch für Gewerbetreibende bzw. Nicht-Wohngebäude mit höheren Leistungsklassen.

Das Funktionsprinzip basiert im Wesentlichen auf der Umwandlung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. Dabei kommt es unter kontrollierten Bedingungen ohne externe Energiezufuhr zu einer Reaktion des eingesetzten Wasserstoffs mit Sauerstoff. Dieser Vorgang wird auch als "kalte Verbrennung" bezeichnet. Hierbei entsteht neben elektrischem Strom auch Wärme. Brennstoffzellen können in zwei Gruppen nach ihrem Temperaturniveau klassifiziert werden: Niedertemperatur- und Hochtemperaturbrennstoffzellen. Bei den zwei für die Gebäudebeheizung gängigsten Typen handelt es sich um die PEMFC (engl. Proton Exchange Membrane Fuel Cell) und die SOFC (engl. Solid Oxide Fuel Cell).

PEMFC-Brennstoffzellen, sogenannte Polymer-Membran-Brennstoffzellen, arbeiten mit einer niedrigen Betriebstemperatur zwischen 70 und 90 °C. Die PEM-Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden – der Anode (Minuspol) und der Kathode (Pluspol). Sie sind getrennt durch den Elektrolyt mit einer festen, ionendurchlässigen Membran. Jede der Elektroden ist mit einem Katalysator beschichtet, z. B. Nickel oder Platin. Nachdem Wasserstoff der Anode zugeführt wurde, teilt er sich in Elektronen und Protonen. Die freien Elektronen werden als elektrischer Strom durch den äußeren Kreislauf genutzt. Die Protonen breiten sich durch den Elektrolyt zur Kathode aus. An der Kathode verbindet sich der Sauerstoff aus der Luft mit Elektronen aus dem äußeren Kreislauf und Protonen. Gemeinsam ergeben sie Wasser und Wärme. Zwischen Kathode und Anode kann sich nun eine Spannung aufbauen. Verbindet man beide Elektroden miteinander, fließen die Elektronen von der Anode zur Kathode und liefern so Strom. Die Reaktionswärme wird zum Heizen und zur Warmwasserbereitung genutzt. Die Brennstoffzelle wird mit Erdgas über einem vorgeschalteten Reformer betrieben.

SOFC-Brennstoffzellen (auch Festoxid-Brennstoffzellen genannt) verfügen über einen Elektrolyten aus Oxidkeramik, der ab einer Betriebstemperatur von ca. 650 bis 1000 °C die Wasserstoffionen durch sich hindurch leitet.

Eine Übersicht über die aktuell verfügbaren Brennstoffzellen-Heizungen finden Sie auf unserer Webseite.

Warum sollte ich mir ein solch modernes Gerät anschaffen? Ist die Brennstoffzelle technisch ausgereift?

Eine Brennstoffzelle versorgt zuverlässig, zukunftssicher und höchst effizient das ganze Haus mit Wärme und Strom. Dabei überzeugt sie mit einem sehr niedrigen Energieverbrauch und geringen Treibhausgas-Emissionen.

Zwischen 2008 und 2016 wurden im – durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur geförderten – Projekt Callux rund 500 Geräte unter verschiedensten Bedingungen getestet. Dieser größte Praxistest für Brennstoffzellen in Europa hat die effiziente Technologie marktreif gemacht. 2015 kam es nach ausführlicher Tests zur Markteinführung der innovativen Heiztechnologie.

Brennstoffzellen-Heizgeräte können sowohl im Neubau, als auch im Gebäudebestand eingesetzt werden und haben das Potenzial, die Wärmewende deutlich voranzutreiben.

Brennstoffzellen heizen hocheffizient, extrem günstig und senken nicht nur die Heizkosten, sondern auch den Ausstoß von CO₂, Brennstoffzellen-Heizgeräte erreichen bei der Ausstellung des europäischen Energielabels für Wärmeerzeuger im Regelfall die Energieeffizienzklasse A++.

Was kostet eine Brennstoffzelle und wie hoch ist das Einsparpotenzial?

Die Anschaffungskosten für eine Brennstoffzelle fallen höher aus als zum Beispiel für eine Erdgas-Brennwertheizung. Die reinen Investitionskosten beginnen derzeit (Stand: August 2018) bei etwas über 20.000 Euro, sie sind abhängig von der Größe der Anlage und dem Wärmebedarf für Gebäude und Warmwasser. Die derzeit verfügbaren staatlichen Förderungen sind dabei berücksichtigt.

Bei guter Planung lohnt sich die Anschaffung aber recht schnell, denn durch die hohe jährliche Strom-Kosteneinsparung und den überschaubaren Wartungsaufwand holen Brennstoffzellen-Heizungen die investierte Summe schnell wieder heraus. Denn Brennstoffzellen nutzen die eingesetzte Energie – also Erdgas – zu beinahe 100 Prozent aus, da sie daraus sowohl Wärme als auch Strom erzeugen. Durch die hohe Effizienz der Brennstoffzelle sind Energiekosteneinsparungen von bis zu 50 Prozent im Vergleich zu einem alten Gas-Kessel möglich.

Erdgas im Neubau

Dieser Voll-Kostenvergleich gibt zuverlässig Auskunft, mit welchen Heiztechnologien sich die Anforderungen an das energetische Niveau von Neubauten einfach und budgetschonend erfüllen lassen.

Wird der Kauf einer Brennstoffzelle gefördert?

Seit 2016 fördert die Bundesrepublik die Anschaffung und Installation einer Brennstoffzelle, sowohl für die private Nutzung als auch für den Betrieb in Unternehmen und Nicht-Wohngebäude. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) unterstützt Hauseigentümer zum Beispiel mit einem Grundzuschuss von 5.700 Euro und einer leistungsabhängigen Förderung: Je angefangene 100 W elektrischer Leistung fließen zusätzlich 450 Euro Förderung. Damit beläuft sich die staatliche Mindestförderung auf 7.500 Euro, theoretisch sind bis zu 28.200 Euro möglich. Hinzu kommen in der Regel weitere Förderungen durch den jeweiligen Gas-Versorger.

Näheres erfahren Sie bei unserem Förderservice. Hier können Sie sich unter anderem eine Checkliste für Ihren Förderantrag herunterladen und erhalten Kontakt zu einer professionellen Beratung zur Förderung der Brennstoffzelle.

Was sind die Vorteile einer Brennstoffzelle?

1. Brennstoffzellen-Heizungen sind die modernsten verfügbaren Heizsysteme. Moderner und auch günstiger heizen, geht nicht.
2. Brennstoffzellen haben besonders hohe Wirkungsgrade, weil sie durch die kalte Verbrennung gleichzeitig Wärme und Strom erzeugen.
3. Die Brennstoffzelle hat die niedrigsten Heizkosten im Vergleich aller derzeit verfügbaren Heiztechnologien. Details dazu erfahren Sie in unserem Neubaukompass.
4. Mit der hauseigenen Stromproduktion machen Sie sich nicht nur unabhängiger von der öffentlichen Stromversorgung: Nicht selbst genutzter Strom wird ins örtliche Stromnetz eingespeist und über das KWK-G vergütet.
5. Die Stromerzeugung mit einer Brennstoffzelle ist um bis zu 50 Prozent effizienter als in einem Großkraftwerk. Das ist Klimaschonung im eigenen Keller.
6. Auch die Nutzung von Bio-Erdgas oder synthetischem Gas zum Beispiel aus Power-to-Gas ist ohne weiteres möglich.
7. Der Staat fördert die Anschaffung und Installation einer Brennstoffzelle. Sie können über 10.000 Euro Fördermittel einstreichen.
8. Die Emissionen einer gasbetriebenen Brennstoffzelle sind sehr gering. Außerdem erzeugen die Geräte keinen Lärm und lassen sich also auch in Wohnräumen installieren.
9. Brennstoffzellen enthalten keine beweglichen mechanischen Teile. Deshalb ist der Wartungsaufwand sehr gering. Lediglich die Anlagenbestandteile um die eigentliche Brennstoffzelle herum müssen in einem überschaubaren Ausmaß gewartet und geprüft werden.

Sind Brennstoffzellen gefährlich?

Nein. Der Aufbau einer Brennstoffzelle ist ähnlich dem einer Batterie: Das Kernstück besteht aus zwei Elektroden (Anode und Kathode), die durch einen Elektrolyten voneinander getrennt sind. Im Gegensatz zu einer Strom erzeugenden Heizung mit motorischem Konzept weisen Brennstoffzellenheizgeräte aufgrund ihrer direkten elektrochemischen Umwandlung im Regelfall höhere elektrische Wirkungsgrade auf. Bei einer einzelnen Brennstoffzelle beträgt die elektrische Gleichspannung zwischen 0,8 und 0,9 V. Um eine höhere Spannung zu erreichen, müssen einzelne Brennstoffzellen miteinander verbunden werden. Diese Zusammenschaltung erfolgt in der Regel in einer Sandwich-Bauweise (Stapel oder Stack), d. h. die einzelnen Zellen werden aufeinander gestapelt und in Reihe geschaltet. Dieser Aufbau wird seit vielen Jahrzehnten angewendet und gilt als ungefährlich.

In Brennstoffzellen kommt Wasserstoff zum Einsatz, allerdings nur in geringen Mengen und auch nicht über längere Zeiträume. Es besteht deswegen keine Gefahr. Weder in Deutschland noch in Ländern, in denen Brennstoffzellenheizungen schon länger im Einsatz sind (zum Beispiel Japan), ist es jemals zu Bränden oder ähnlichen Vorfällen gekommen.

Festoxid-Brennstoffzellen arbeiten mit höheren Betriebstemperaturen, die sich allerdings kaum von denen in einer Gas-Brennwertheizung unterscheiden und somit unproblematisch sind. 

Kann ich Brennstoffzellen mit Erneuerbaren Energien kombinieren?

Wie jede Heizung, die mit Erdgas betrieben wird, lässt sich auch die Brennstoffzelle mit regenerativ erzeugten Energien kombinieren, zum Beispiel mit einer Photovoltaik-Anlage. Die beiden Systeme ergänzen sich, da über die Photovoltaik-Anlage  Strom vor allem in den sonnenreichen Sommermonaten produziert wird, während die Brennstoffzelle dann Strom erzeugt, wenn im Winter auch der Wärmebedarf größer ist. Hierdurch erhöht sich die Unabhängigkeit zum immer teurer werdenden Strombezug.

In einigen Jahren, wenn viel grünes Gas in das Netz eingespeist wird – als Bio-Erdgas aus Rest- und Abfallstoffen oder als synthetisches Gas aus dem Power-to-Gas-Verfahren –, kombinieren Sie dann einen klimaneutralen Energieträger mit einer nach wie vor hochmodernen Heizung – mehr Klimaschutz geht nicht im Heizungskeller. Auch das macht die Brennstoffzelle zu einer langfristig zukunftssicheren Heizung.

Welche Voraussetzungen sind für den Einbau einer Brennstoffzelle nötig?

Für die Installation einer Brennstoffzelle benötigt Ihre Immobilie einen Gas-Hausanschluss. Es ist darauf zu achten, dass ein Zweiwegezähler am Hausanschluss installiert wird. Da pro Kilowattstunde eine Einspeise-Vergütung durch den Netzbetreiber gezahlt wird, muss genau gezählt werden, wie viel selbst produzierter Strom in das öffentliche Netz eingespeist wird. Zudem wird ein weiterer Zähler benötigt, der direkt am Gerät die Menge des erzeugten Stroms misst und so die Inanspruchnahme der Förderung nach dem KWK-G ermöglicht. Darüber hinaus sind keine besonderen Voraussetzungen zu erfüllen. Falls Sie die Brennstoffzelle mit einer Photovoltaik-Anlage kombinieren, kann der Einbau eines Stromspeichers sinnvoll sein.

Für den Neubau gilt: Sie müssen die Anforderungen der Energieeinsparverordnung erfüllen (EnEV 2016). Mit einer Brennstoffzelle gelingt das nahezu mühelos: Der Wärmeschutz Ihres neuen Hauses muss um nur 3 Prozent besser sein als der EnEV-Mindeststandard. Und das trifft auf die allermeisten Neubauten ohnehin zu. Zu allen weiteren Fragen berät Sie Ihr Architekt, Planer oder  Heizungsinstallateur.