Heizen mit Brennstoffzellen

Skizze vom Funktionsprinzip einer PEM BrennstoffzelleBrennstoffzellen sind gar keine so dumme Erfindung. Das finden so langsam auch die Europäer heraus. Während in Deutschland bisher nur ein paar Hundert Brennstoffzellen zum Heizen von Gebäuden eingesetzt werden, sind in Japan – nicht zuletzt dank staatlicher Förderung – jedoch bereits über 18.000 Geräte installiert. Dort erwartet man auch, dass bis 2015 über 300.000 Anlagen arbeiten werden und ein Viertel der Energiekosten einsparen können. Und bis 2030 soll der Preis für Brennstoffzellengeräte auf konkurrenzfähige 3000 Euro fallen. In Deutschland läuft die Förderung leider dieser Technologie leider nur sehr schleppend an. Man hat sich allerdings zum Ziel gesetzt, dass ab dem Jahr 2020 jährlich 70.000 Anlagen verkauft werden sollen.

Doch was können Brennstoffzellen? Heizgeräte mit Brennstoffzellen übernehmen in Wohngebäuden die komplette Wärmeversorgung. Sie wandeln zunächst die chemisch gebundene Energie von Energieträgern wie Wasserstoff oder Erdgas direkt und ohne Flamme um und produzieren wie Anlagen, die mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) arbeiten, sowohl Wärme als auch Strom. Doch ihr Wirkungsgrad übertrifft die Kombination von konventioneller Stromerzeugung und Brennwertgerät deutlich und lässt auch den von KWK-Anlagen hinter sich. Diese energiesparende Zukunftstechnologie kann den Heizungskeller jedoch erst erobern, wenn ihr Preis drastisch reduziert wird und die Lebensdauer noch ein wenig steigt.

Brennstoffzellen-Heizgeräte (BZH) können dann sowohl in Neubauten als auch für die Modernisierung von Zentralheizungen eingesetzt werden. Sie bestehen aus einer Brennstoffzelle, die wie bereits erwähnt sowohl Strom als auch Wärme erzeugt, einem integrierten Heizkessel und einem Wärmespeicher, in dem warmes Wasser und Heizwärme gespeichert werden. Technologisch gesehen geht man zwei Wege:
  • Brennstoffzellen mit einem Polymerelektrolyt (Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEM) arbeiten im Temperaturbereich ab etwa 80°C. Sie können in kurzer Zeit an- und abgefahren, aber nicht direkt mit Erdgas sondern nur mit Wasserstoff betrieben werden.
  • Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) arbeiten mit Temperaturen über 600°C, was den Vorteil hat, dass eine Umwandlung von Erdgas in Wasserstoff überflüssig wird.
Der elektrische Wirkungsgrad dieser Anlagen liegt durchschnittlich bei mehr als 33%. Durch diese hohe Effizienz bei der Erzeugung elektrischer Energie setzen sich KWK-Geräte, die mit Brennstoffzellen betrieben werden, deutlich von herkömmlichen Blockheizkraftwerken (BHKW) und anderen KWK-Anlagen ab. Und auch beim Gesamtwirkungsgrad liegen Brennstoffzellengeräte mit ungefähr 97% sehr gut. Diese Zahlen wurden im Rahmen eines mehrjährigen Praxistests für erdgasbetriebene Brennstoffzellen-Heizgeräte ermittelt, der vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) koordiniert wird.

Durch gute Entwicklungsarbeit konnte die Leistung und die Zuverlässigkeit der Brennstoffzellengeräte bisher schon deutlich gesteigert werden. Jedoch sind die Ziele des Praxistests hinsichtlich Lebensdauer und Kosten noch nicht ganz erreicht. Die Hersteller der Brennstoffzellen, die am Test mitarbeiten (Baxi Innotech, Ceramic Fuel Cells, Hexis und Vaillant), bleiben aber dran und sich zuversichtlich, dass man die Systeme bis zum Jahr 2014 noch entscheidend verbessern kann und dann eine zufriedenstellende Marktreife erlangt hat.

Sowohl in der PEM-Technologie als auch bei SOFC-Systemen legt man hierfür ein besonderes Augenmerk auf Verbesserungen von Materialeigenschaften, Start-Stopp-Zyklen und Standfestigkeit der Komponenten. Kann man Fertigungstechniken und Qualitätssicherung optimieren sowie verlässliche Zulieferstrukturen aufbauen, können auch die Gerätekosten reduziert werden. Als weitere Möglichkeit steht hier im Raum, dass sich die Hersteller auf ein gemeinsames Grundmodul einigen und damit eine kostengünstigere Produktion in größeren Serien ermöglicht wird.

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2 Kommentare

  1. Sven sagt:

    Das wir in Deutschland mal wieder hinterher hängen ist auch irgendwie klar. Die Japaner sind da auch einfach viel fixer, wie wir Deutschen.

  2. Stefan sagt:

    Naja, vielleicht sind sie das in Sachen Wärmequelle, aber nicht in Sachen Wärmedämmung. Da lebt man häufig immer noch hinter Einscheibenverglasung.
    Obwohl… man könnte sich ja auch fragen, was besser ist: eine effiziente und eventuell sogar umweltfreundliche Energieversorgung oder die in Deutschland beliebte Energieverbrauchsvermeidung.

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