Brennstoffzelle auf Flüssiggasbasis

Mini-KWK für den Heizungskeller

Nicht ohne Grund werden Brennstoffzellen als effiziente Allrounder gehandelt. Im Wärmebereich lassen sich mit dem aktuellen Stand der Technik bis zu 50 % CO2 einsparen. Ein Unternehmen aus Neubrandenburg stellt die weltweit erste stromerzeugende Brennstoffzellenheizung auf Flüssiggasbasis für Ein- und Mehrfamilienhäuser vor.

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Funktionsweise und Integrationskonzept Bild: Sunfire
Funktionsweise und Integrationskonzept Bild: Sunfire

Längst ist die Brennstoffzelle in aller Munde. Ob als Fahrzeugantrieb oder Mini-KWK, die Brennstoffzelle erlebt aktuell eine Renaissance. Jedoch verlief der Markteintritt insbesondere im Wärmesektor in den vergangenen Jahren nur schleppend und die Absatz- und Einbauzahlen blieben vielfach hinter den anfänglich geweckten Erwartungen zurück. Die Brennstoffzelle blieb ein Nischenprodukt für technikaffine Enthusiasten und Pioniere. Heute zeichnet sich ein gänzlich anderes Bild: Die Brennstoffzellenheizungen haben die Labore verlassen und Serienreife erreicht. Zahlreiche vielversprechende Heizlösungen diverser Anbieter betreten aktuell den sich im Wandel befindenden Wärmemarkt.

Großes Potenzial für Bestandsgebäude

Damit die Energiewende gelingen kann, ist neben einer erfolgreichen Verkehrswende auch eine rasche Umsetzung der Wärmewende von zentraler Bedeutung. Dabei ist die energetische Sanierung der Bestandsgebäude von höchster Priorität, denn nach aktuellem Stand fallen 35 % des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland im Gebäudebereich an, der gleichzeitig 30 % der CO2-Emissionen verursacht (https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/energiesparen/energ…). Die 19 Mio. deutschen Wohngebäude sind dabei der unangefochtene Spitzenreiter. Diese weisen jedoch eine äußerst heterogene Struktur auf, die es bei der Entwicklung von Strategien zur Steigerung der Energieeffizienz und Minderung der Treibhausgasemissionen zu berücksichtigen gilt. Funktionierende Universalrezepte gibt es bislang keine.

Laut Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi) handelt es sich bei 83 % der deutschen Wohngebäude um Ein- und Zweifamilienhäuser. Davon nutzen 50 % Ölheizungen und 36 % Gasheizungen, die mittlerweile älter als 20 Jahre sind. (BDEW 2019– www.bdew.de/energie/studie-wie-heizt-deutschland/). Das Ausmaß potenzieller Effizienzsteigerungen und Emissionsminderungen ist also gerade bei den privaten Haushalten sehr groß. Modernisiert man beispielsweise ein Einfamilienhaus im Bestand (Bj. 1995, 150 m² Wfl., 4-Personen-Haushalt) mit einer stromerzeugenden Brennstoffzellenheizung, lassen sich ca. 13.400 kWh Primärenergie (≈ 37 %), 4,9 t Emissionen (≈ 48 %) und ca. 790 Euro Stromkosten (≈ 50 %) pro Jahr im Vergleich zur 25 Jahre alten Ölheizung sparen /1/.

Oft aber werden die Potenziale zur Energieeinsparung in den Haushalten selbst unterschätzt und vornehmlich in der Sanierung der Gebäudehülle betrachtet. Eine Reduktion des Energiebedarfs ist allerdings nicht nur eine Frage der richtigen Dämmung oder der Sanierung wärmetechnischer Schwachstellen in der Gebäudehülle, sondern vor allem der richtigen Heiztechnologie.

Da erneuerbare Energieträger aktuell noch nicht flächendeckend in den Gebäudebestand integriert werden können, eignen sich am ehesten Lösungen auf Basis von Gas. Wirklich zukunftsfähig wird eine neue Gasheizung aber erst dann, wenn sie mit einer Brennstoffzelle kombiniert wird. Während Brennstoffzellen heute noch aus Kohlenwasserstoffen wie Erd- oder Flüssiggas Wasserstoff gewinnen, kann das innovative Multitalent in einer voranschreitenden Wasserstoffwirtschaft direkt mit grünem Wasserstoff und somit auch perspektivisch nachhaltig betrieben werden. Außerdem funktioniert sie ideal in Kombination mit einer PV-Anlage oder einer Wärmepumpe.

Zukunft Wärme mit dezentralen Mini-KWK

Die Wasserstoffwirtschaft mag man als utopisch anmutende Vorstellung abtun, doch nicht ohne Grund werden Brennstoffzellen als effiziente Alleskönner in spe gehandelt. Im Wärmebereich lassen sich mit dem aktuellen Stand der Brennstoffzellentechnik bis zu 50 % CO2 einsparen. Vor dem Hintergrund, dass der Gebäudesektor mindestens 25 % der 811 Mio. t deutscher CO2-Äquivalente verursacht, ist dies ein immenser Wert.

Die simultane Erzeugung von Strom und Wärme bietet jedoch nicht nur erhebliche Einsparpotenziale und einen elektrischen sowie thermischen Wirkungsgrad von bis zu 90 %. Die Vorteile gegenüber alternativen Heizsystemen zeigen sich auch anhand des wartungsarmen Betriebs und des hohen Maßes an Autarkie. Gleichzeitig rangieren Brennstoffzellengeräte auf der Energieeffizienzskala in der Klasse A++. Einziges Manko: Bislang konnten diese Geräte nur in Gebäuden mit verfügbarem Erdgasanschluss installiert werden, was ihre Einsatzgebiete erheblich einschränkte.

Dieser limitierende Faktor gehört seit Januar 2020 der Vergangenheit an. Seitdem gibt es mit Sunfire-Home 750 LPG die weltweit erste stromerzeugende Brennstoffzellenheizung auf Flüssiggasbasis. Damit wird einer Vielzahl von Haushalten die Möglichkeit eröffnet, die hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung in den eigenen vier Wänden Realität werden zu lassen. Im Hinblick auf die vorgesehenen Einbaustopps und die mögliche Ausweitung der Tauschpflicht von Ölheizungen ab 2026 sind derartige Brennstoffzellen, die neben einer stabilen und umweltfreundlichen Versorgung mit Wärme und Strom auch ein hohes Maß an Flexibilität bieten, eine attraktive Option für Eigenheimbesitzer geworden. Dem Verbraucherbedürfnis einer langfristigen verschleißarmen Heizungslösung kommt der Hersteller aus Neubrandenburg mit einer 10-jährigen Leistungsgarantie entgegen.

Das Minikraftwerk spaltet Flüssiggas über einen Reformer auf. Der dabei entstandene Wasserstoff reagiert im Folgenden mit Sauerstoff im Festoxid-Brennstoffzellenstack zu Wasser. Bei dieser Reaktion wird Wärme frei und es entsteht Strom. Beide Produkte werden abgegriffen und nutzbar gemacht. Neben einem robusten und hocheffizienten Stack und den Erfahrungen von Sunfire Fuel Cells (ehemals new enerday) zum Betrieb von Brennstoffzellen mit Flüssiggas basiert das Gerät auch auf dem Integrations-Know-how von Vaillant. Als Beistellgerät ist es zudem flexibel mit Komponenten anderer Hersteller installierbar.

Die flüssiggasbetriebene Brennstoffzelle ist im Neubau und im Bestand, im Ein- oder Mehrfamilienhaus einsetzbar. Sie kann rasch installiert werden und zeigt bereits lange vor den üblichen aufwändigen und langwierigen Gebäudesanierungen Wirkung für das Klima und den Geldbeutel.

Förderungen vom Bund zeigen Wirkung

Das Ziel eines nahezu klimaneutralen Gebäudebestands liegt bislang noch in weiter Ferne. Bis dahin werden auch fossile Brennstoffe als Minderungsoption für CO2-Emissionen zum Einsatz kommen müssen. Deshalb wird seit dem Sommer 2016 energieeffizientes Bauen und Sanieren durch die KfW bezuschusst und die Einführung der Brennstoffzellen-Heizung aktiv gefördert. Im Rahmen des Anreizprogamms des Bundes kann der Einbau einer Brennstoffzelle mit bis zu 11.000 Euro gefördert werden. Das ist erheblich, wenn man bedenkt, dass eine moderne Komplettheizung den Endkunden ca. 20.000 Euro kostet.

Seitdem das Förderungsprogramm ausgeweitet wurde, steigt die Nachfrage stetig. Nach aktuellem Stand gingen im Jahr 2019 mehr als 9.000 Förderanträge mit einem Gesamtvolumen von über von knapp 47 Mio. Euro ein. Das entspricht einem Zuwachs von rund 30 % gegenüber dem Vorjahreswert /2/.

Hamburg geht mit gutem Beispiel voran

Die Rufe nach einer energieeffizienten Zukunft mit alternativen Heizsystemen werden immer lauter. Hamburg setzt als erste deutsche Stadt Maßstäbe und will ab 2021 den Einbau neuer Ölheizungen verbieten. Um den Umstieg auf klimafreundlichere Technologien bereits heute zu unterstützen, sollen hier weitere Förderungsmaßnahmen entstehen. Über das Hamburger Klimaschutzgesetz entscheidet nun die Bürgerschaft. Ob das ambitionierte Vorgehen des Hamburger Senats auch ein Zeichen für den Bund ist bleibt abzuwarten, dass es jedoch Strahlkraft weit über die Grenzen der Hansestadt besitzt wird bereits jetzt deutlich. Wenn sich weitere Bundesländer auf ein derartiges Vorgehen einigen, dann könnte der Ölheizung ein jähes Ende drohen. Realistische Alternativen sind dann Brennstoffzellen & Co.

Literaturhinweise

Dipl. Betriebswirt und Dipl.-Ing Andreas Frömmel

Dipl. Betriebswirt und Dipl.-Ing Andreas Frömmel
Geschäftsführer, Sunfire Fuel Cells
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Artikel Mini-KWK für den Heizungskeller
Seite 34 bis 35
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