Brennstoff zellenheizungen – eine Zwischenbilanz
Bereits im Jahre 1838 entdeckte der deutsche Chemiker Christian Friedrich Schönbein das zugrundeliegende Funktionsprinzip der Brennstoff zelle. Knapp 200 Jahre später findet sich die Technologie in deutschen Heizkellern
Chemisch-technisches Funktionsprinzip einer Brennstoff zelle auf Basis von Polymerelektrolytmembranen. (ASUE)
Merkblatt „Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoff zelle“. (KfW)
Übersicht Brennstoffzellenheizungen (Auswahl nicht vollständig). (Quelle: Zukunft Gas)
Die Nachfrage nach Förderungen für Brennstoff zellenheizungen bei der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) ist im vergangenen Jahr erneut gestiegen. 2020 wurden mit 5263 Förderanträgen knapp 500 Anträge mehr positiv beschieden als 2019. Ein Großteil der genehmigten Anträge umfasste mit 4470 Förderbescheiden die Sanierung von Wohngebäuden, 95 Bescheide betrafen die Sanierung von Nichtwohngebäuden. Beim Neubau entfielen 675 Förderbewilligungen auf Brennstoff zellen in Wohngebäuden und 23 auf Nichtwohngebäude.
Aktuell werden Brennstoff zellenheizungen mit Erdgas betrieben. Künft ig ist denkbar, dass sie CO2-neutralen Wasserstoff direkt aus dem Gasnetz beziehen. Dank des Prinzips der Kraft -Wärme-Kopplung und Gesamtwirkungsgraden von mehr als 90 % spart die Energieerzeugung mit der Brennstoff zelle gegenüber einer alten Gasheizung knapp 56 % CO2 ein; zusätzlich sinken die Energiekosten um 58 %. Der elektrische Wirkungsgrad von bis zu 55 % übertrifft dabei den von konventionellen Großkraft werken deutlich.
Da der Einbau eines Brennstoff zellengeräts durch die hohen Vorlauft emperaturen keine Sanierung der Heizkörper erfordert, fallen nur die Investitionskosten das Gerät und dessen Installation an. Die Gesamtkosten variieren leistungsabhängig, belaufen sich aber bei einem Einfamilienhaus auf rund 30 000 Euro inklusive Installation. Die durchschnittliche Förderung betrug im vergangenen Jahr ungefähr 12 000 Euro, sodass sich für die Anschaff ung eine Investition von ungefähr 20 000 Euro ergibt.
Wenn alle Heizgeräte, die nicht dem aktuellen Stand der Technik entsprechen, nur auf Brennwertniveau modernisiert würden, könnten jährlich ca. 32 Mio. t CO2 eingespart werden. Dafür bedarf es jedoch einer Verdopplung der derzeitigen Modernisierungsquote auf rund eine Million Anlagen pro Jahr.
Neue Förderrichtlinien für Brennstoff zellenheizungen
Die Bundesregierung fördert die Brennstoff zellentechnologie bereits seit 2016. Über die Kreditanstalt für Wiederaufb au (KfW) gibt die Bundesrepublik einen Investitionskostenzuschuss für neue Brennstoff zellen. Im Rahmen dieses Förderprogramms (KfW-Förderprogramm 433: „Zuschuss Brennstoff zelle“) wurden bis einschließlich Dezember 2020 insgesamt mehr als 15 000 Förderanträge positiv beschieden. Im Februar dieses Jahres folgte eine Merkblattanpassung des Technologie-Einführungsprogramms für Brennstoff zellen.
Die Förderung gilt für den Neubau und für den Gebäudebestand sowohl für Wohn-als auch für Gewerbeimmobilien. Für eine neue Brennstoff zelle zahlt die KfW einen Festbetrag in Höhe von 6800 Euro. Je angefangenen 100 Watt elektrischer Leistung kommen noch einmal 550 Euro dazu. Gefördert wird der Einbau von stationären Brennstoff zellensystemen mit einer elektrischen Leistung (Pel) von mindestens 0,25 kWel bis maximal 5,0 kWel in neue oder bestehende Wohn- und Nichtwohngebäude nach § 2 Gebäudeenergiegesetz (GEG). Dabei ist jedoch die Kombination eines Zuschusses für Brennstoff zellensysteme mit weiteren Förderungen aus staatlichen Mitteln ausgeschlossen. Individuelle Förderungen von Versorgern, Herstellerrabatte oder Förderkredite einzelner Bundesländer sind davon nicht betroff en. Da die Landesförderungen regional und auch zeitlich variieren können, ist eine Fördermittelauskunft zu empfehlen.
Mindestanforderungen des GEG
Im Gebäudeenergiegesetz (GEG), dass seit dem November 2020 in Kraft ist, sind die energetischen Anforderungen an Gebäude neu geregelt. Die Pflichten, die sich für die Eigentümer von Gebäuden daraus ergeben, lassen sich auf unterschiedlichen Wegen erfüllen: der Primärenergiebedarf kann beispielsweise über eine bessere bauliche Hülle gesenkt werden. Dazu kann der Bauherr regenerative Energien einbinden, sei es Biomethan, Solarenergie, Photovoltaik, Erdwärme oder auch Holzpellets.
Mit einer Brennstoff zelle lassen sich die Mindestanforderungen des GEG ebenso erfüllen wie die des besonders geförderten Effizienzhausstandards 55. Für den energetisch noch besseren Effizienzhausstandard 40, würde zusätzlich zu der Brennstoff zellentechnologie noch Biomethan eingesetzt werden.
Die Erfüllung der primärenergetischen Voraussetzungen, wie etwa des Effizienzhausstandards, ist die Grundbedingung für den Erhalt von Förderungen durch die KfW. Ob eine geplante Brennstoff zelle die Förderbedingungen erfüllt, lässt sich mit einer PEF-Bewertung überprüfen. Einige Gerätehersteller oder auch die Initiative Brennstoff zelle stellen Tools zur energetischen Bewertung von Brennstoff zellen zur Verfügung.
Was es beim Einbau zu beachten gibt
Brennstoff zellen existieren in verschiedenen Ausführungen, die sich hinsichtlich ihrer Membran voneinander unterscheiden. Die PEMFC (Polymerelektrolyt-Brennstoff zelle) ist eine Niedertemperaturbrennstoff zelle mit Polymermembran. Sie nutzt einen Reformer, um aus dem Erdgas Wasserstoff zu gewinnen (Funktionsprinzip sie he Grafik). Sogenannte SOFCs (Solid Oxide Fuel Cells) dagegen nutzen für die Trennung von Ionen und Elektronen Zirkondioxid. Diese Fest oxid-Brennstoff zellen können Erdgas direkt einsetzen, benötigen allerdings eine deutlich höhere Betriebstemperatur von bis zu 1000 °C.
Unabhängig vom Typ sind Brennstoff - zellenheizungen ähnlich zu installieren wie eine Gas-Brennwertheizung. Die Komponenten – Hydraulik, Puff er und Trinkwasserspeicher – sind zu großen Teilen vormontiert und ermöglichen so eine zeitsparende Montage. In bestehenden Gebäuden können in der Regel die bereits vorhandenen Anschlüsse genutzt werden. Mit der Installation erfolgt ein hydraulischer Abgleich der Wärmeverteilung im Gebäude. Am Hausanschluss wird außerdem ein Zweirichtungs-Stromzähler installiert und der Zählerschrank nach den technischen Erfordernissen angepasst, um den ins Netz eingespeisten Strom abzurechnen.
Auch bei der Wartung zeigen sich die Vorteile der Brennstoffzellenheizung. Während die Gas-Brennwerteinheit einmal pro Jahr gewartet werden muss, genügt für das Brennstoffzellenmodul eine Wartung alle fünf Jahre. Das liegt daran, dass in den Geräten keine beweglichen Teile verbaut sind. Brennstoffzellen sind so konzipiert, dass sie mit relativ kleiner Leistung gleichmäßig und durchgängig laufen – Betriebsstunden von mehr als 6000 im Jahr sind möglich.
Ein Blick in die Zukunft
Aufgrund der Verlängerung des Technologie-Einführungsprogrammes der Bundesrepublik ist zu erwarten, dass sich der Markt auch 2021 weiterhin positiv entwickelt. Gleichzeitig forscht die Branche kontinuierlich an neuen Technologien und Verbesserungen, um die innovative Brennstoffzellentechnik noch effizienter und kostengünstiger zu machen. So kann die Brennstoffzelle parallel zu anderen innovativen Lösungen, wie beispielsweise Hybrid-Gasheizungen, dazu beitragen, das Tempo der Wärmewende zu heben und die enormen CO2-Minderungspotenziale im Wärmemarkt zugänglich zu machen.
