Strom und Wärme im Doppelpack: die Brennstoffzelle

7. Mai 2021

Strom und Wärme im Doppelpack bietet die Brennstoffstellenheizung. Welche Technologien gibt es für den eigenen Bedarf? Wir haben nachgefragt.

Neue Technologien bei Heizsystemen sind häufig kombinierbar, klimafreundlich und effizient. In unserer Interview-Reihe „Effizient und klimaschonend heizen“ stellen Experten moderne Technologien vor. Strom und Wärme im Doppelpack bietet die Brennstoffzellenheizung oder die Brennstoffzelle als Beistelllösung. Bei einem konstant höheren Strombedarf ist sie auch für die eigenen vier Wände geeignet. Welche Technologien es gibt und warum sich ein Kauf trotz der hohen Anschaffungskosten lohnt, verrät Andreas Uhlenhoff, der sein Expertenwissen in die Arbeit der VdZ miteinbringt und hauptberuflich für SOLIDpower tätig ist, in einem Interview.

Herr Uhlenhoff, die Brennstoffzelle ist eine noch relativ junge Technologie. Was ist das Besondere?

Andreas Uhlenhoff: Grundsätzlich ist eine Brennstoffzelle eine besondere Form des Blockheizkraftwerks. Sie wandelt Wasserstoff direkt in Strom und Wärme um. Im Gegensatz zum Blockheizkraftwerk arbeitet die Brennstoffzelle nicht motorisch: Über einen elektrochemischen Prozess wird aus dem Erdgas (bestehend vor allem aus Methan, CH₄) zunächst Wasserstoff heraus reformiert und dieser dann in der Brennstoffzelle in einer sogenannten kalten Verbrennung zur Reaktion mit Luft-Sauerstoff gebracht. Das ist ein sehr leiser und hocheffizienter Prozess, den man sonst aus anderen Blockheizkraftwerken so nicht kennt.

Welche Brennstoffzellenheizungen gibt es für den privaten Gebrauch?

Andreas Uhlenhoff: Es gibt momentan zwei dominierende Technologien: die PEM-Brennstoffzelle (PEM = Polymer Electrolyte Membrane) und die SOFC-Brennstoffzelle (SOFC = Solid Oxide Fuel Cell). Die PEM-Brennstoffzelle, meist mit 0,75 Kilowatt (kW) elektrischer Leistung, wird oft als Kombigerät angeboten, in dem ein Spitzenlast-Wärmeerzeuger, also eine Gasbrennwertheizung konventioneller Art, und ein kleiner Pufferspeicher integriert sind. Grundsätzlich eignet sich die PEM-Brennstoffzellenheizung in Form eines Kombigeräts gut für Einfamilienhäuser: Man braucht nur einen üblichen Gasanschluss und sollte den produzierten Strom nach Möglichkeit selber nutzen. Die SOFC-Brennstoffzelle hat mit ca. 1,5 kW eine höhere, aber modulierbare, elektrische Leistung und einen deutlich höheren elektrischen Wirkungsgrad als die PEM-Brennstoffzelle. Die SOFC-Brennstoffzelle wird als Beistelllösung zur bestehenden Heizung angeboten. Sie eignet sich besonders für größere Ein- oder Mehrfamilienhäuser und auch für die gewerbliche Nutzung.

Das bedeutet, dass man das eigene Heizsystem mit der SOFC-Brennstoffzelle nachrüsten kann?

Andreas Uhlenhoff: Ja genau, die SOFC-Brennstoffzelle kann zusätzlich zum bestehenden System installiert werden. Man hat seinen normalen Stromanschluss und braucht einen Spitzenlast-Wärmeerzeuger, z.B. eine bestehende oder neue Gasbrennwerttherme oder Wärmepumpe. Man kann die SOFC-Brennstoffzelle dann als zusätzliche sehr günstige Stromerzeugung und Heizungsunterstützung dazu einrichten. Sie kann sehr wirtschaftlich betrieben und auch für höhere Leistungen und Strombedarfe mit mehreren Geräten kaskadiert installiert werden. Deshalb passt die SOFC-Brennstoffzelle auch gut in gewerbliche Kontexte, wie beispielsweise Handwerk und auch Gastronomie, bis hin zu Supermärkten mit mehreren hunderttausend Kilowattstunden Strombedarf pro Jahr.

Welche Vorteile bietet die Brennstoffzelle?

Andreas Uhlenhoff: Die Brennstoffzelle passt sehr gut in die Elektrifizierung der Welt, in der die Wärmeerzeugung immer stärker in Richtung Wärmepumpe geht oder sich E-Autos etablieren. Die Brennstoffzellentechnologie ist eine typische Eigenstromerzeugung, die hilft, sich von der Strompreisentwicklung abzukoppeln. Sie ist zurzeit noch eine Erdgastechnologie (die auch das Stromnetz entlastet), aber gegenüber üblichen Heiz- und Stromsystemen verursacht die Brennstoffzelle schon jetzt nur die halben CO₂-Emissionen pro kWh. Das wird natürlich immer besser werden, je mehr Wasserstoff ins Erdgasnetz kommt, denn dann wird es noch klimafreundlicher. Außerdem können die Geräte schon heute auch CO₂-frei mit Bioerdgas oder bilanziell mit Biogas betrieben werden.

Mit welchen Kosten müssen Eigentümer rechnen?

Andreas Uhlenhoff: Da gibt es natürlich eine große Bandbreite. Eine 1,5 kW SOFC-Brennstoffzelle beispielsweise, die in einem Einfamilienhaus oder Gewerbe eingesetzt werden kann, kostet installiert ca. 28-30.000 Euro netto. So in diese Größenordnung geht das – auch bei den elektrisch kleineren PEM-Kombigeräten. Kalkuliert man den hohen Zuschuss über staatliche Fördermittel ein, bleiben ca. 12 bis 15.000 Euro netto übrig. Die Investition refinanziert sich aufgrund des günstigen Strompreises (bei SOFC etwa 13 Ct/kWh netto) und der Wärmeeinsparung, die man hat, in ca. sechs bis sieben Jahren.

Welche Fördermittel gibt es für die Brennstoffzelle?

Andreas Uhlenhoff: Die wesentliche Förderung für die Brennstoffzelle ist der KfW433-Zuschuss. Da gibt es einmal eine gerätebezogene Grundförderung von 6.800 Euro. Die bekommt jedes Gerät, egal welcher Leistungsklasse. Und dann bekommt man noch mal 550 Euro pro 100 W elektrischer Leistung. Bei einer PEM-Kombilösung mit 0,75 kW elektrischer Leistung bekommt man also dann 11.200 Euro Zuschuss, bei einer SOFC-Beistelllösung mit doppelter elektrischer Leistung sind es sogar bis zu 15.050 Euro Zuschuss. Wichtig ist, dass man den Zuschuss bei der KfW beantragt und einen positiven Zuschuss-Bescheid vorliegen hat, bevor beauftragt wird. Der meist für Endkunden kostenfreie Förderservice zur Beantragung des hohen Zuschusses, bietet auch den Energieberater mit an, der einzubinden ist, um die korrekte Auslegung der Geräte der KfW zu bestätigen.

Wie sieht Ihre Prognose aus: Welche Rolle wird die Brennstoffzelle beim Heizen künftig spielen?

Andreas Uhlenhoff: Grundsätzlich ist die Brennstoffzelle eine Technik, an der schon lange geforscht wird, die aber erst in den vergangenen Jahren zum Durchbruch gelangt ist. Unternehmen investieren in die Brennstoffzellentechnologie, um diese zu industrialisieren und auf große Stückzahlen zu kommen. Dann wird der Preis auch weiter sinken. In einer aktuellen Studie von „Zukunft Gas“ zur Wärmewende von 2030 und 2050 wird davon ausgegangen, dass 2050 ein Viertel der gut 40 Mio. Haushalte in Deutschland Brennstoffzellen zur Energieversorgung nutzen werden.