Wasserstoffheizungen: So kommt Wasserstoff beim Heizen zum Einsatz

Klimaneutrales Heizen: Wasserstoff als Lösung?

Viele Heizungen in Deutschland werden auch heute noch mit Erdgas oder Öl betrieben. Doch das soll sich ändern. Um die CO2-Emissionen zu reduzieren, sollen Heizungen in Zukunft zu 65 Prozent mit erneuerbaren Energien betrieben werden. Dabei spielt auch der Einsatz von grünem Wasserstoff eine entscheidende Rolle: Mit der entsprechenden Technologie ist es möglich, nahezu klimaneutral zu heizen. Denn mit dem Strom aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen wird der Wasserstoff CO2-neutral aus Wasser gewonnen. Und auch das Verbrennen erzeugt keine klimaschädlichen Emissionen. 

Was ist Wasserstoff eigentlich?

Wasserstoff ist das häufigste und leichteste Element der Natur. Dort kommt der Wasserstoff jedoch nur in Verbindung mit anderen Elementen vor. Das Gas kann nicht einfach gewonnen, sondern muss erzeugt werden. Einmal gewonnen ist das Wasserstoff-Gas aber eine vielversprechende Lösung für effiziente Prozesse der Energieumwandlung und wird beispielsweise als umweltfreundlicher Brennstoff verwendet. 

Diese Arten von Wasserstoff gibt es

Um Wasserstoff zu gewinnen, muss er zuerst aus wasserstoffreichen Ausgangsprodukten abgespalten werden. Für das Herstellen von Wasserstoff gibt es verschiedene Methoden. Anders als bei Öl und Gas wird Wasserstoff durch einen chemischen Prozess und nicht durch Verbrennen gewonnen. Um diese Herstellungsarten und die Klimafreundlichkeit des erzeugten Wasserstoffs zu unterscheiden, wird der Wasserstoff in unterschiedliche Farben eingeteilt: grün, blau und türkis. Das sind die Unterschiede:

Türkiser Wasserstoff 

Türkiser Wasserstoff wird durch die sogenannte Methanpyrolyse hergestellt. Durch eine chemische Reaktion wird dabei das im Erdgas enthaltene Methan in Wasserstoff und festen Kohlenstoff (CO) aufgespalten. Der feste Kohlenstoff kann in der Industrie als Rohstoff weiterverwendet werden. 

Blauer Wasserstoff

Blauer Wasserstoff wird ebenfalls durch das Umwandeln von Erdgas in Wasserstoff gewonnen. Das entweichende CO2 wird in der Erde, genauer in geologischen Lagerstätten, gespeichert oder weiterverarbeitet. Blauer Wasserstoff kann als nahezu CO2-neutral gelten, allerdings nur, wenn die Energie für den Prozess aus erneuerbaren Energien gewonnen wurde.

Grüner Wasserstoff 

Der Grüne Wasserstoff wird als einziger Wasserstoff klimaneutral hergestellt. Durch den Einsatz von Strom aus erneuerbaren Quellen, wie Photovoltaik (PV) oder Wind, wird durch die sogenannte Elektrolyse Wasser in Wasser- und Sauerstoff aufgespalten, ohne dabei CO2 zu erzeugen. Mit dem grünen Wasserstoff sinken die CO2-Emmissionen also auf nahezu null, er kommt allerdings nur selten zum Einsatz.

So funktioniert Heizen mit Wasserstoff

Das Heizen mit Wasserstoff kann über eine „reine“ Wasserstoffheizung oder eine Brennstoffzellenheizung erfolgen. Diese Heizsysteme können Wärme und im Fall der Brennstoffzellenheizung auch Strom aus Wasserstoff gewinnen. Die Energiegewinnung erfolgt dabei unterschiedlich: durch Verbrennen oder durch eine chemische Reaktion. Während die Wasserstoffheizung noch erprobt werden muss, ist die Brennstoffzellenheizung bereits seit längerem auf dem Markt. Eine weitere Möglichkeit stellt die H2-Ready-Technologie dar, mit der eine herkömmliche Gasheizung auf Wasserstoff umgestellt werden kann. 

Die Brennstoffzellenheizung

Die Brennstoffzellenheizung ist eine innovative Technik für das Heizen mit Wasserstoff. Sie wird als äußerst effizient und zukunftsfähig angesehen, denn hier wird die benötigte Wärmeenergie über eine chemische Reaktion und nicht durch Verbrennen erzeugt. In einer Brennstoffzelle reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff. Dabei entstehen Strom und Wärme. Der Strom kann für den Haushalt genutzt werden, die entstandene Wärme kann für das Warmwasser und zum Heizen verwendet werden. Indem der eigene Strombedarf selbst gedeckelt wird, macht die Brennstoffzellenheizung neben dem Heizen unabhängig vom öffentlichen Netz. Und: Durch die gemeinsame Produktion von Strom und Wärme sinken nicht nur die Kosten für Strom, auch die Emissionen reduzieren sich.

Der Betrieb der Brennstoffzellenheizung erfolgt allerdings weiter mit fossilen Brennstoffen. Aus diesem Grund ist auch ein Anschluss für Erdgas notwendig.  Die vergleichsweisen hohen Anschaffungskosten für die Brennstoffzellenheizung kann durch eine staatliche Förderung abgefedert werden. 

Die H2-Ready-Heizung

Die H2-Ready-Heizung ist eine Gasheizung, die auf den partiellen Betrieb mit Wasserstoff umgerüstet werden kann. Denn aktuell gibt es nur wenige Modelle, die sich zu 100 Prozent mit Wasserstoff betreiben lassen. In den bestehenden H2-Ready-Heizungen kommt lediglich ein Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff zum Einsatz.  Der maximale Wasserstoffanteil dieser Modelle liegt dabei meistens zwischen 20 und 30 Prozent.

Für die Umstellung auf 100 Prozent Wasserstoff gibt es bei dieser Technologie also noch einiges zu tun. Nicht nur muss die gesamte Energieinfrastruktur für den Transport von Wasserstoff erst noch ausgebaut werden. Es müssen auch die passenden Heizgeräte eingebaut werden, die zu 100 Prozent mit Wasserstoff betrieben werden können. Ein erstes Modell hierfür ist für 2024 geplant. 

Die Wasserstoffheizung

Die Wasserstoffheizung, auch Brennwertheizung genannt, wird ausschließlich mit Wasserstoff als Brennstoff betrieben. Sie ist also auf die Verfügbarkeit von Wasserstoff angewiesen – ein anderer Brennstoff wie beispielsweise Erdgas kommt nicht zum Einsatz. Der Wasserstoff wird in einem Brennwertkessel verbrannt, wodurch Wärmeenergie entsteht. Diese kann für die Warmwasserbereitung und die Heizung genutzt werden. Wenn der Wasserstoff mit erneuerbaren Energien hergestellt wird, ist die Technologie der Wasserstoffheizung klimafreundlich. Die reine Wasserstoffheizung ist aktuell jedoch nur Theorie: Der Aufwand, um den benötigten Wasserstoff zu produzieren, ist derzeit noch zu hoch und zu teuer, ebenso fehlt die entsprechende Infrastruktur wie es sie zum Beispiel für das Erdgas gibt. 

Lohnt sich die Wasserstoffheizung für den privaten Haushalt?

Beim klimafreundlichen Heizen rückt das Thema Wasserstoff immer wieder in den Fokus. Doch wirklich klimaneutral ist nur der grüne Wasserstoff. Dieser ist allerdings sehr knapp und teuer in seiner Herstellung. Das macht das Heizen mit grünem Wasserstoff schnell ineffizient. Technisch ist das Heizen mit grünem Wasserstoff also möglich – weit verbreitet ist dies aber noch nicht. Auch die Infrastruktur ist noch lange nicht so ausgebaut wie beispielsweise beim Erdgas. Das bestehende Wasserstoff-Versorgungsnetz wird nur vom Industriesektor genutzt und ist bereits ausgelastet. Für das Umstellen privater Netzwerke auf ausschließlich Wasserstoff erfordert es außerdem das vollständige Umrüsten aller Heizungen auf die H2-Ready-Technologie, die wiederum eine gute Infrastruktur benötigen. Vieles hängt also vom Auf- und Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur und der Schaffung geeigneter Rahmenbedingungen ab. Mehr dazu unter Nationale Wasserstoffstrategie.

Brennstoffzelle kombinieren

Eine gute Möglichkeit für den Einsatz von Brennstoffzellenheizungen ist die Kombination mit einer PV-Anlage. Die PV-Anlage liefert den benötigen Strom, der für den Prozess der Elektrolyse benötigt wird. Ein Elektrolyseur spaltet Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff. Der Sauerstoff entweicht in die Luft und das entstandene Wasserstoffgas kann zur Erzeugung von Strom und Wärme genutzt werden. Das System aus der PV-Anlage für die Stromproduktion und der Wasserstoffheizung für die Wärmeproduktion weist zudem eine gute Öko-Bilanz auf. 

Vorteile einer Brennstoffzelle

Das Heizen mit Brennstoffzelle bietet sich dann an, wenn der Strombedarf im ganzen Jahr hoch ist und auch die konstant erzeugte Wärme genutzt wird. So muss weniger Energie eingekauft werden und Hausbesitzerinnen und Hausbesitzer sind unabhängiger von Preisschwankungen. Im eigenen Haus kann die Brennstoffzelle gut im Heizungskeller installiert werden. Ein großer Vorteil der Brennstoffzellenheizung: Als Abfallprodukt entsteht größtenteils nur Wasserdampf und keine klimaschädlichen Emissionen. 

Voraussetzungen für eine Brennstoffzellenheizung 

Wird die Brennstoffzellenheizung mit Erdgas betrieben, ist ein Gasanschluss notwendig. Außerdem wird eine zentrale Heizungsanlage und ein Wärmespeicher benötigt. Auch eine zusätzliche Heizung sollte bedacht werden, die einspringen kann, wenn die Brennstoffzelle nicht genug Wärme erzeugt. 

Die Wärmepumpe als Alternative zur Wasserstoffheizung

Bei der Suche nach nachhaltigen und umweltfreundlichen Heizungsalternativen rückt auch die Wärmepumpe in den Fokus. Aufgrund der mit der Wasserstoffheizung verbundenen Herausforderungen und Unsicherheiten ist die Wärmepumpe eine klimafreundliche Alternative zum Heizen mit Wasserstoff und eine Technologie, die bereits seit Jahrzehnten eingesetzt wird – sie ist also ausgereift. 

Wie die Brennstoffzellenheizung auch, stößt die Wärmepumpe kein CO2 aus, braucht aber zusätzlich auch kein Erdgas oder andere fossile Brennstoffe. Sie leistet also einen wertvollen Beitrag dazu, Treibhausgase zu reduzieren.  Zudem ermöglicht sie erhebliches Einsparen bei Heiz- und Energiekosten. Die Wärmepumpe ist vielseitig einsetzbar und kann in unterschiedlichen Gebäudearten wie Wohn- oder Gewerbegebäuden verwendet werden. Einzig in der Anschaffung ist die Wärmepumpe zunächst teurer als Gas- oder Ölheizungen. Mit staatlichen Förderprogrammen wie dem BEG können die Investitionskosten jedoch um bis zu 40 Prozent verringert werden. Ab dem 01. Januar 2024 ändert sich diese Förderhöhe noch einmal und es sind weitere Boni geplant.

Fazit

Eine interessante Perspektive für das Heizen mit Wasserstoff bietet der Einsatz von Brennstoffzellenheizungen in Kombination mit PV-Anlagen. Die Brennstoffzelle und ihre Funktion gelten als innovativ und hocheffizient. Vor der Anschaffung sollte jedoch ein Blick auf die Voraussetzungen für die Installation dieser Technik geworfen und auch die hohen Anschaffungskosten abgewogen werden. Die H2-Ready-Technologie klingt vielversprechend, ihre tatsächliche Nutzung ist aktuell jedoch aufgrund mangelnder Energieinfrastruktur kaum umsetzbar. Als flächendeckende Lösung der Zukunft sollte die reine Wasserstoffheizung aktuell also noch nicht angesehen werden. Die Wärmepumpe ist mit ihrer Umweltfreundlichkeit, hohen Energieeffizienz und den vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten eine bewährte und nachhaltige Alternative für das Heizen.

Bildnachweise: © VdZ/ Intelligent heizen