Brennstoffzellenheizung Vitovalor von Viessmann

Wie funktioniert eine Brennstoff­zellen­heizung?

Brennstoffzellenheizungen sind kleine Blockheizkraftwerke und funktionieren nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Sie erzeugen Wasserstoff aus Erdgas und produzieren so Wärme und Strom. Damit zählen sie zu den modernsten Heizungssystemen unserer Zeit. Wir erklären, wie eine BZH funktioniert und warum diese Technologie eine große Zukunft hat.

Die Brennstoffzellenheizung (BZH) gilt als DIE nachhaltige und zukunftsweisende Heizungstechnologie. Sie erzeugt Wärme und Strom aus Wasserstoff und spart dabei im Vergleich zu herkömmlichen Heizungen bis zu 40 % Energie. Zusätzlich werden die CO₂-Emissionen glatt halbiert. Wie also funktioniert das Wunderding Brennstoffzellenheizung, das inzwischen weltweit in hunderttausenden Haushalten zuverlässig zum Einsatz kommt?

Schritt 1: Die Brennstoffzellenheizung erzeugt aus Erdgas Wasserstoff

Eine Brennstoffzelle verarbeitet Wasserstoff um Strom und Wärme zu erzeugen. Wasserstoff ist das am weitesten verbreitete chemische Element: 93 % der Welt bestehen aus Wasserstoff, allerdings immer gebunden in anderen Verbindungen wie z. B. in Wasser oder in anderen Gasen wie Erdgas. Damit spielt Wasserstoff eine wichtige Rolle für die Energiewende.

Der Wasserstoff für die Brennstoffzellenheizung kommt aber nicht per Gasrohr in den Heizungskeller. Vielmehr wird er in einer BZH durch einen Reformer zunächst aus emissionsarmen Erdgas extrahiert. In diesem Reformer wird dem Erdgas mittels eines Katalysators der Wasserstoff entzogen. Er steht nun der weiteren Verarbeitung in der Anlage zur Verfügung.

Funktionsweise einer Brennstoffzellenheizung
Funktionsweise einer Brennstoffzellenheizung

Schritt 2: Aus Wasserstoff werden Strom und Wärme

Die zentrale Einheit einer Wasserstoffheizung ist die Brennstoffzelle. Diese besteht aus drei Teilen: der Anode, der Kathode und dazwischen einer Trennschicht. Dabei handelt es sich um eine halbdurchlässige Membran oder ein Elektrolyt (Ionenleiter) bestehend aus Metall oder Kohlenstoff, das wiederum mit einem Katalysator wie Platin beschichtet ist. Gelangt nun der Wasserstoff in die Brennstoffzelle findet ein elektrochemischer Prozess statt, die so genannte kalte Verbrennung

„Die Brennstoffzellentechnik zählt zum Spannendsten, was der Heizungsmarkt derzeit zu bieten hat.“

— Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie BDH

Diese wurde bereits 1838 von dem schwäbisch-schweizerischen Wissenschaftler Christian Friedrich Schönbein nachgewiesen. Es handelt sich um einen galvanischen Prozess, bei dem Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert. Dadurch entsteht elektrische Spannung zwischen Anode und Kathode, die allerdings mit 0,5 bis 1 Volt nicht sehr hoch ist. Deswegen besteht eine Brennstoffzellenheizung auch aus mehrere Brennstoffzellen, die in einem Stack hintereinander geschaltet werden. Je nach Modell erreicht die BZH so eine elektrische Leistung von 0,75 kW. Der Wirkungsgrad der reinen Stromerzeugung einer Brennstoffzelle liegt bei 40 bis 60 %. Gut die Hälfte der Energie wird also in Strom umgewandelt.

Schritt 3: Heizen mit Wasserstoff

Während der kalten Verbrennung in der Brennstoffzelle wird nicht nur Strom erzeugt. Reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff entsteht auch Wärme. Diese Wärme gelangt über das Trägermedium Wasser in einen Wärmetauscher und fließt dann entweder in die Heizungsrohre oder in die Warmwasserversorgung. Die thermische Leistung der Brennstoffzellenheizung liegt dabei bei etwa 1,1 kW, dazu kommt ein Trinkwasserspeicher von 220 Liter. 

Brennstoffzellenheizung von Innen
Innenleben der Brennstoffzellenheizung Vitovalor von Viessmann. Quelle: Viessmann

Die Brennstoffzellenheizung eignet sich besonders für Niedrigenergiehäuser bzw. energetisch sanierte Gebäude mit eine geringen Raumwärmebedarf. Ihre doppelte Funktion aus Strom und Wärme erhöht ihren Wirkungsgrad auf über 90 %.

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Effizienzwunder Brennstoffzellenheizung

Fast die gesamte Energie, die über das Erdgas in die Brennstoffzellenheizung hineinfließt, wird in elektrische und thermische Energie umgewandelt. Das ist ein weit besserer Wert als bei herkömmlichen Heizungssystemen wie Erdgas- oder Öl-Heizungen, die nur Wärme produzieren und alles überschüssige über den Schornstein in die Außenluft abführen. Zwar verarbeitet die BZH mit Erdgas einen fossilen Energieträger, sie weist aber durch ihre enorm hohe Effizienz einen sehr geringen CO-Ausstoß auf und hat einen weitaus höheren Wirkungsgrad als andere Blockheizkraftwerke. Wird die BZH mit Biogas betrieben, ist sie komplett emissionsfrei. Dazu kommt, dass eine Brennstoffzellenheizung nahezu wartungsfrei über viele Jahre läuft. 

Die Anschaffung einer neuen Heizungsanlage ist immer eine größere Umbaumaßnahme und will gut geplant und durchdacht sein. Die Brennstoffzellenheizung gehört mit ihrer Technologie auf jeden Fall zu den zukunftsweisenden Heizsystemen auf dem Weg zur erfolgreichen Energiewende. 

Brennstoffzellenheizung-CO2-Vergleich-Reduktion
CO2-Reduktion unterschiedlicher Heizungssysteme bei Ersatz einer Gas-Heizung

Links

Informationen zur Brennstoffzellenheizung bei Erdgas Südwest: www.erdgas-suedwest.de/brennstoffzelle

Vollständige Infografik zum Wärmemarkt in Deutschland und den Vorteilen und der Funktionsweise einer Brennstoffzellenheizung



Videoreihe: FAQ Brennstoffzellenheizung – Technik, Kosten, Förderung

Sie fragen – Erdgas Südwest antwortet. Brennstoffzellenheizungen erzeugen Wärme und Strom mit der neuen, innovativen Wassertechnologie. Aber wie funktioniert das genau, was sind die Vorteile und wie ist das mit Kosten und staatlichen Fördermaßnahmen? Diese und weitere Fragen beantworten die Expertinnen und Experten von Erdgas Südwest in der folgenden Videoreihe.


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