Wasserstoffheizung

Die umweltfreundliche Versorgung mit Strom und Wärme
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Quelle: stock.adobe.com

Wasserstoff wird oft der Energieträger der Zukunft genannt. Tatsächlich ist er sehr vielfältig einsetzbar und kann auch unsere Wohnungen und Häuser mit Wärme versorgen. Dies kann durch eine Wasserstoffheizung auf Basis von Kraft-Wärme-Kopplung geschehen. In einer Brennstoffzelle wird Strom erzeugt. Die dabei entstehende Wärme kann zum Heizen genutzt werden. Eigentlich das gleiche Prinzip wie bei jeden anderen BHKWs. Der Unterschied zu herkömmlichen BHKWs ist, dass bei der Verwendung von grünem Wasserstoff keine Emissionen entstehen. Die Folgenden Informationen soll dem Leser als kleiner Ratgeber für die Anwendung von Wasserstoffheizungen dienen.

Was ist eine Wasserstoffheizung?

Eine Wasserstoffheizung versorgt ein Gebäude mit Wärme, so wie jede andere Heizung auch. Nur, dass eine Wasserstoffheizung als Brennstoff Wasserstoff verwendet. In diesem Fall sprechen wir allerdings über eine besondere Art der Heizung, und zwar über eine Brennstoffzellenheizung.

Anders als in herkömmlichen Heizungen wird dort kein Brennstoff verbrannt, sondern die Heizung hat als Herzstück eine Brennstoffzelle. In dieser reagiert der Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Umgebungsluft und erzeugt so Strom und Wärme. Es handelt sich also nicht nur um eine reine Heizung, sondern um ein Blockheizkraftwerk, welches sich die Kraft-Wärme-Kopplung zu nutzen macht.

Bild: Stationäre Anwendung: Das Brennstoffzellen-BHKW inhouse5000+.

Was ist ein BHKW und was ist KWK?

Die Abkürzung BHKW steht für Blockheizkraftwerk. Ein Blockheizkraftwerk ist ein Kraftwerk, das Objekte mit Wärme und Strom versorgt. Dies geschieht bei BHKWs meist in kleineren, kompakteren Anlagen. Diese werden zur Versorgung von Mehrfamilienhäusern, Produktionsstätten oder ähnlichen Objekten verwendet.

Dabei kommt die Kraft-Wärme-Kopplung (kurz: KWK) zum Einsatz und die bei der Stromproduktion entstehende Wärme wird nutzbar gemacht. Diese Technologie wird auch für kleinere Objekte durch Mikro- oder Mini-BHKWs genutzt. Diese erzeugen Strom in Leistungsklassen zwischen fünf und 50 kW.

Wie funktioniert eine Wasserstoffheizung?

Wasserstoffheizungen nutzen eine Brennstoffzelle als Energiewandler. In konventionellen Heizungen wird Gas oder Öl verbrannt, um Wärme zu erzeugen. Bei Brennstoffzellenheizungen wird Wasserstoff als „Brennstoff“ verwendet. Nur wird Wasserstoff in der Brennstoffzelle nicht verbrannt, sondern es reagiert mit Sauerstoff und erzeugt Strom und Wärme.

Dies ist auch ein Vorteil gegenüber Gasheizungen, da diese keinen Strom erzeugen. Eine Brennstoffzellenheizung, besser gesagt ein Brennstoffzellen BHKW, nutzt die Kraft-Wärme-Kopplung. Dies geht konventionell auch mit einem Erdgasmotor. Dieser erzeugt allerdings durch die Verbrennung von Erdgas Ruß, Feinstaub und weitere CO2-Emissionen.

Bild: Funktionweise des mit Erdgas betriebenen Brennstoffzellen-BHKW inhouse5000+ (Quelle: inhouse engineering GmbH).

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Welche Arten von Wasserstoffheizungen gibt es?

Es gibt auf dem Markt unterschiedliche Arten von Wasserstoffheizungen. Eines haben aber alle gemeinsam: Sie nutzen eine Brennstoffzelle als Energiewandler zur Erzeugung von Strom und Wärme. Unterschiede liegen bei dem Typ der verwendeten Brennstoffzelle sowie die Art und Weise, wie der Wasserstoff zum Betrieb der Brennstoffzelle hergestellt wird.

Aktuelle wird der meiste Wasserstoff durch Dampfreformierung gewonnen. Dabei wird der Wasserstoff vom Erdgas abgespalten. Nachteil dieser Methode ist, dass trotzdem CO2-Emissionen entstehen. Allerdings wesentlich weniger, als wenn das Erdgas in einem Motor verbrannt wird. In den Wasserstoffheizungen ist also ein Dampfreformer, welcher aus Erdgas den Wasserstoff gewinnt und diesen in einer Brennstoffzelle umwandelt. In der Brennstoffzelle, ohne die Dampfreformierung, entsteht lediglich Wasser als Emission. Dies ist aktuell die bekannteste Funktionsweise einer Brennstoffzellenheizung.

Die Arten der Wasserstoffheizungen unterscheiden sich darin, bei welcher Temperatur die Brennstoffzelle betrieben wird und welche elektrische und thermische Leistung sich daraus ergeben.

Welche Vorteile hat eine Wasserstoffheizung?

Der größte Vorteil einer Wasserstoffheizung liegt darin, dass sie Strom und Wärme in einem Gerät erzeugen kann. Dies ist aber kein Alleinstellungsmerkmal. Der hohe elektrische Wirkungsgrad, das heißt wie viel der Energie aus dem zugeführten Wasserstoff in elektrischen Strom umgewandelt werden kann, ist ein besonderes Alleinstellungsmerkmal.

Dieser liegt bei einem mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzellen BHKW bei über 50% Prozent. Im Vergleich: Erdgasmotoren kommen auf einen elektrischen Wirkungsgrad von maximal 30 Prozent.

Zusammengefasst haben Wasserstoff BHKWs die folgenden Vorteile:

  • Geringste Geräuschemission
  • Höchste Effizienz
  • Kein Ruß, kein Feinstaub
  • Geringe CO2-Emissionen
  • Wartungsarm
  • Einsatz von Erdgas, Bioerdgas, Flüssiggas und Wasserstoff
  • Immer EnEV Konform

Dabei ist zu beachten, dass der Erdgasmotor nahezu vollkommen ausgereift ist. Dies ist bei der Brennstoffzelle bzw. allgemein bei der Wasserstofftechnologie noch nicht der Fall. Der Wirkungsgrad kann also durch intensive Forschung noch weiter erhöht werden.

Wie werden Wasserstoffheizungen in Deutschland gefördert?

Wasserstoffheizung werden aktuell von der KfW in dem Programm 433 in Deutschland gefördert. Dabei erhalten Sie ein Grundförderung von 6.800 EUR und je 100 Watt installierter elektrischer Leistung zusätzlich 550 EUR. Dieser Zuschuss darf maximal 40% der förderfähigen Kosten betragen. Dazu zählen:

  • Kosten für den EInbau der Heizung und weitere Geräte
  • Fest vereinbarte Wartungskosten für 10 Jahre
  • Kosten für Leistung des Energieexperten

Zum Beispiel wird für das Brennstoffzellen BHKW inhouse5000+ mit einer elektrischen Leistung (netto) von 4,2 KW einen Zuschuss von 29.900 EUR (6.800 EUR + (420 W / 100 W) x 550 EUR = 29.900 EUR) gezahlt.

Des Weiteren ist eine andere Förderung über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) möglich. Diese ist allgemein für BHKWs ausgelegt. Diese fällt für ein Brennstoffzellen-BHKW allerdings wesentlich geringer aus als die Förderung der KfW. Es ist zu beachten, dass bei einer Förderung durch die KfW es seit dem 01. Februar 2021 nicht mehr möglich ist, die KfW-Förderung mit der KWK-Förderung aus dem KWK-Gesetz zu kombinieren.

Wo ist die Anwendung einer solchen Heizung sinnvoll?

Die Anwendung solcher Heizungen ist sinnvoll, wenn das Gebäude einen ganzjährigen hohen Wärmebedarf hat. Durch die Stromerzeugung im System, wird Wärme erzeugt, die abgegeben werden muss. Das bedeutet, dass nur wenn auch die Wärme abgenommen werden kann, Strom erzeugt wird.

Um die Technik möglichst sinnvoll einzusetzen, sollte bei der Anwendung darauf geachtet werden, dass auch im Sommer ein Wärmebedarf besteht. Somit kann sichergestellt werden, dass die Heizung bzw. das BHKW ausreichend Betriebsstunden hat, um eine gute Amortisation zu erreichen.

Sinnvolle mögliche Anwendungsgebiete für Mini- oder Mikro-BHKWs auf Wasserstoffbasis sind:

  • Ein- und Mehrfamilienhäuser mit hohem Wärmebedarf
  • Kleingewerbebetriebe
  • Gesundheitswesen
  • Handel- und Dienstleistungsgebäude
  • Schwimmbäder
  • Kleine Industriegebäude

Dies ist nur eine Auswahl an Anwendungen. Diese grenzt sich noch weiter ein, wenn die benötigte Infrastruktur bei der Entscheidung einbezogen wird. Wenn beispielsweise Wasserstoff direkt vor Ort nahe der Anlage produziert wird, kann dies ein erheblicher Vorteile für die Anwendung sein. Auf der anderen Seite kann ein Gebäude ohne Gasanschluss keine Wasserstoffheizung nutzen.

Für wen lohnt sich der Einsatz eines BHKWs?

Damit sich der Einsatz eines BHKWs lohnt, sollte durch den Verbrauch des selbst produzierten Stroms, die damit vermiedenen Strombezugskosten sowie die vermiedenen Heizkosten durch die anfallende Wärme bei der Stromproduktion die Investitionskosten möglichst schnell wieder eingespielt werden. Man spricht hier von der Amortisationszeit. Danach produziert das BHKW für Sie Geld. Und genau diesen Punkt möchten Sie als Anwender möglichst früh erreichen.

Wie diese Amortisationszeiten aussehen, lässt sich nicht in einem allgemein gültigen Wert festlegen. Denn jedes Gebäude, jede Anwendung ist anders. Und damit unterscheiden sich auch die Amortisationszeiten erheblich. Als Faustregel kann angesetzt werden, dass die Anlage sich innerhalb der Nutzungsdauer amortisieren sollte. Desto früher dies passiert, desto früher erzeugt die Anlage für den Besitzer Geld.

Kann ich eine Brennstoffzellenheizung sinnvoll mit anderen Technologien kombinieren?

Eine Kombination der Wasserstoffheizung mit anderen Geräten ist in verschiedenen Variationen möglich. Sie können das BHKW mit einer Wärmepumpe kombinieren, um den erzeugten Strom für den Betrieb der Wärmepumpe zu nutzen. Eine weitere Möglichkeit ist, das BHKW mit einer Photovoltaik Anlage zu kombinieren und somit noch mehr des eigenen Strombedarfs abzudecken, ohne viel Strom aus dem Netz zu beziehen. Es sind, je nach Anwendungsgebiet und dem zu versorgenden Objekt, weitere Kombinationen möglich. Eine Übersicht von verschiedenen Wasserstoffheizungen und deren Kombinationen finden Sie auf der Seite brennstoffzellensystem.de

Welche Potenziale gibt es für die Zukunft?

Für die Zukunft bestehen in dem Bereich der Wasserstoffheizung erhebliche Potenziale. Je nachdem, wie das Problem der Erzeugung von grünem Wasserstoff durch andere Wasserstofftechnologien gelöst wird, können Heizungen bzw. BHKWs in größeren Leistungsklassen gebaut werden. Dies würde dann auch die Versorgung von großen Wohnanlagen oder auch von Quartieren ermöglichen. Bei Einsatz von grünem Wasserstoff sogar völlig ohne CO2-Emissionen. Weitere Potenziale ergeben sich auch im Bereich der Sektorenkopplung.

DiLiCo engineering bietet verschiedene Beratungen zum Einsatz von Wasserstofftechnologien an. Kommen Sie gerne auf uns zu, wenn Sie Interesse haben!

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