Serienreif: Brennstoffzelle im Haus sorgt für Strom und Wärme
Die Energiewende kann auch im heimischen Heizungskeller unterstützt werden: In diesem Jahr kommen so viele Kraft-Wärme-Anlagen auf den Markt wie noch nie, die durch eine Brennstoffzelle angetrieben werden. Was die Geräte können, lesen Sie hier.
Einstieg in die Serienfertigung: Montage eines Brennstoffzellen-Heizgeräts für den Feldtest.
Foto: Vaillant
Die Heizungsbranche schaut sehnsüchtig nach Japan: Dort laufen schon mehr als 100.000 Heizungsanlagen, deren Herz eine Brennstoffzelle bildet. In Deutschland sind es deutlich weniger. 2015 wurde gerade die Marke von 1.000 Geräten überschritten. Doch in diesem Jahr will die Branche durchstarten. 2016 kommen so viele neue Anlagen auf den Markt wie noch nie. Und die Serienproduktion soll die Preise purzeln lassen.
Vor zwei Jahren musste ein Haushalt noch zwischen 30.000 und 40.000 Euro ausgeben, um eine Brennstoffzellenheizung installieren zu lassen. Die neuen Anlagen, die gerade auf den Markt kommen, liegen nur noch bei rund 20.000 Euro – und dazu hat die Bundesregierung ein Förderprogramm aufgelegt, das Zuschüsse von 40 Prozent der förderfähigen Kosten übernimmt. Damit wird die Brennstoffzellenheizung lukrativ.
Klimaschädliche Emissionen sinken um bis zu 50 %
Technisch und für die Umwelt interessant sind Heizanlagen mit Brennstoffzellen sowieso. Als Mini-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) erreichen sie bei der Erzeugung von Wärme und elektrische Energie einen Gesamtwirkungsgrad von teilweise über 90 %. Betrieben werden die Anlagen mit Erdgas sowie mit aus erneuerbaren Energien oder Biomasse erzeugtem Wasserstoff und Methan. Ein so genannter Reformer wandelt das Erdgas zunächst in ein wasserstoffreiches Gas um. Dieses reagiert in einer elektrochemischen Reaktion mit dem Sauerstoff der Luft. Es entsteht Wasserdampf. Das verbleibende Restgas wird im Nachbrenner verbrannt.
Heizungsanlage mit Brennstoffzelle: Die aktuellen Anlagen sind so kompakt wie eine traditionelle Heizungsanlage.
Quelle: EnBW/Vaillant
Die KWK-Anlagen erzeugen mit einem sehr hohen Wirkungsgrad Wärme und Gleichstrom. Ein Wechselrichter wandelt diesen in Wechselstrom um, der im Haus genutzt werden kann. Ein Wärmetauscher macht die Abwärme der Brennstoffzelle und vom Nachbrenner für die Heizung und für die Warmwasserbereitung verfügbar. Verglichen mit der aktuellen Brennwerttechnik lassen sich die Energiekosten um etwa 25 % und klimaschädliche Emissionen um bis zu 50 % senken.
Praxistest abgeschlossen
Ein solches Kleingerät mit Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) hat jetzt der Hersteller Vaillant in einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) geförderten Projekt zur Serienreife entwickelt. Im Rahmen des Callux-Projekts wurden zwischen 2008 und 2015 etwa 500 Brennstoffzellen-Heizgeräte in Ein- und Zweifamilienhäuser installiert und erprobt wurden.
Dabei erzeugten die getesteten Anlagen in insgesamt über fünf Millionen Betriebsstunden mehr als drei Millionen kWh elektrische Energie. In diesem Praxistest gelang es, die Geräteabmessungen und das Gerätegewicht zu halbieren.
Aufbau des aktuellen XellPower BZ-Heizgeräts: Unten sitzt das Brennstoffzellensystem mit Nebenaggregaten, oben das Gasbrennwert-Zusatzheizgerät. Dass Kompaktgerät für den Heizungskeller von Ein- und Zweifamilienhäuser wiegt rund 150 kg.
Quelle: Vaillant
Jetzt wiegt der Trumm nur noch 150 kg. Außerdem ist es gelungen, die Anbindung an die vorhandene Haustechnik stark zu vereinfachen und den Wartungsbedarf zu verringern. Für die Serienreife mussten die unterschiedlichen Funktionen zudem in einem Gehäuse untergebracht werden.
Der Trick mit dem Unterdruck
Und dieses Gehäuse ist nun ein Unterdruckgehäuse, was für die Sicherheit im Betrieb eines Ein- oder Zweifamilienhauses ganz entscheidend ist. „Wir konnten bei unserem Brennstoffzellen-Heizgerät ein sehr einfaches und zugleich ein sehr gutes Sicherheitskonzept verwirklichen“, sagt Jochen Paulus, Leiter der Technologie-Entwicklung Brennstoffzelle bei Vaillant. „Da alle Anlagenkomponenten im Unterdruck arbeiten, reicht ein Abgasgebläse in Verbindung mit wenigen Temperatursensoren, wir brauchen keine weiteren Schutzmaßnahmen oder Sensoren.“
Das Kompaktgerät deckt mit einer elektrischen Leistung von 0,7 kW und einer Wärmeleistung von 1,3 kW den Grundbedarf eines Ein- bis Zweifamilienhauses.
Marktübersicht der Heizungsanlagen mit Brennstoffzelle.
Quelle: Initiative Brennstoffzelle
Wenn es im Winter einmal richtig kalt wird, kann ein in das Kompaktgerät integriertes Gas-Brennwert-Heizgerät zugeschaltet werden. Das Kompaktgerät kann entweder netzentlastend oder vollkommen netzunabhängig eingesetzt werden – genau dann entfaltet es seinen Beitrag zur Energiewende. Das Gerät ist autark, es braucht keine Überland-Stromleitungen. Und es steht im Gegensatz zu Windrädern im Heizungskeller, wo es keiner sieht.
Derzeit sind nach einer Statistik der Initiative Brennstoffzelle neun Anlagen auf dem Markt. Hier finden Sie die Produktübersicht.
Interessant ist auch eine Idee des Karlsruher Instituts für Technologie: Mit einer neuen Technik kann aus erwärmten Grundwasserschichten Energie zum Heizen im Winter und zum Kühlen im Sommer gewonnen werden.
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