Brennstoffzellenheizung: Noch teuer beim Kauf, aber super effizient im Betrieb

Besonders effiziente Energie-Erzeugung dank KWK und elektrochemischer Reaktion – das beschreibt die Brennstoffzelle in einem Satz. Dank der innovativen Kombination aus der sog. „kalten Verbrennung“ und Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist die Brennstoffzellenheizung extrem umweltfreundlich und wirksam zugleich.

Ihr größtes Problem derzeit noch: Brennstoffzellenheizungen sind im Vergleich mit anderen Heizungsanlagen aktuell noch immer ziemlich teuer in der Anschaffung. Was eine Brennstoffzellenheizung so besonders macht und wann sich ihr Einbau trotz allem heute schon lohnt, erfährst Du in diesem Ratgeber Artikel!

Was das Heizen mit der Brennstoffzelle so besonders macht? 

Brennstoffzellen-Heizungen arbeiten mit Wasserstoff, um gleichzeitig Strom und Wärmeenergie zu erzeugen. Weil es aktuell noch keinen puren Wasserstoff für Privatverbraucher zu kaufen gibt und die industrielle Lagerung (also nicht die beim Verbraucher, denn die ist einfacher) bisher auch noch ziemlich problematisch ist, generiert eine Brennstoffzellenheizung ihren Wasserstoff meist selbst.

Im sogenannten Reformer wird aus Erdgas, Biogas oder Flüssiggas Wasserstoff erzeugt. Dieser Wasserstoff reagiert dann zusammen mit Sauerstoff zu Wasser, wobei Strom und Wärmeenergie generiert werden. Wird eine Brennstoffzelle effizient eingesetzt, liegt ihr Wirkungsgrad mindestens bei 90 Prozent.

Zum Vergleich: Herkömmliche Kraftwerke (ohne KWK) kommen selten auf Wirkungsgrade über 40 Prozent! Das liegt vor allem daran, dass bei der reinen Stromerzeugung mit konventionellen Kraftwerken viel von der anfallenden Abwärme ungenutzt in die Umgebung entweicht.

„Eine Brennstoffzellenheizung nutzt Wasserstoff für die Kraft-Wärme-Kopplung und ist damit besonders zukunftsfähig.“

Dabei ist die Kraft-Wärme-Kopplung keine Domäne der Brennstoffzellenheizung. Auch Blockheizkraftwerke (BHKW) erzeugen sowohl Wärmeenergie als auch Strom. Sie werden aber üblicherweise mit einem klassischen Verbrennungsmotor betrieben. Die Wirkungsgrade sind ähnlich hoch wie bei einer Brennstoffzellenheizung, aber der Brennstoffeinsatz ist wesentlich höher, die Umweltbilanz entsprechend schlechter. 

Für Dich als Hausbesitzer ist eine Brennstoffzellen Heizung in erster Linie dann interessant, wenn Du besonders viel Strom benötigst oder in das öffentliche Netz einspeisen möchtest. Im Gegensatz zu anderen KWK-Lösungen erzeugt die Brennstoffzelle nämlich fast ebenso viel Strom wie Wärme.

Funktionsweise einer Brennstoffzellenheizung 

Die Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff, die sog. „kalte Verbrennung“, bildet die Grundlage der Brennstoffzellenheizung. Die namensgebende Brennstoffzelle besteht dabei aus zwei Elektroden, die durch eine teildurchlässige Elektrolyt-Membran voneinander getrennt sind. Kommt der Wasserstoff mit der Anode (Pluspol) in Kontakt, werden Elektronen freigesetzt. Wandern diese Elektronen zur Kathode (Minuspol), fließt elektrischer Strom.

Neben dem erzeugten Strom erzeugt dieser Prozess Wärme. Das erzeugte Wasser wird dabei gleich erwärmt und lässt sich direkt für die Heizung verwenden. Als Nebenprodukt dieser chemischen Reaktion entsteht nur warmes Wasser. In einer Brennstoffzelle reagieren somit allein der kontinuierlich zugeführter Brennstoff Wasserstoff mit einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff aus Luft.

Die Brennstoffzelle funktioniert vor Ort also quasi schadstofffrei, da ihre Funktion neben Strom und Wärme nur warmen Wasserdampf produziert. Für eine Brennstoffzellenheizung im Einfamilienhaus verwenden die meisten Hersteller eine sogenannte Polymer-Elektrolyt Brennstoffzelle, kurz PEMFC (engl. Abkürzung für „Proton Exchange Membrane Fuel Cell“).

Mehrere Brennstoffzellen bilden Stacks

Natürlich reicht eine einzelne Brennstoffzelle in der Regel nicht, um genügend Energie und Wärme zu erzeugen. Deshalb werden in einer Brennstoffzellen Heizung meist mehrere Zellen zu sog. Stacks, also Stapeln gebündelt. Muss eine einzelne Brennstoffzelle aus dem kompletten Stack irgendwann einmal ausgetauscht werden, weil sie defekt ist, geht auch das ganz einfach. Denn alle übrigen Zellen können wie gehabt im Stack verbleiben. 

„Der Brennstoffzellenstack besteht aus bis zu mehreren hundert Brennstoffzellen und ist das Kernstück eines Brennstoffzellen-Systems.“

Wie lange eine einzelne Zelle hält, hängt von ihren Spezifikationen und Leistungsdaten ab. Üblicherweise laufen die Zellen einer Brennstoffzellenheizung mindestens zehn Jahre oder länger. Ihre Lebensdauer kann sich durch falsche Nutzung verkürzen. Noch freundlicher fürs Klima werden Brennstoffzellenheizungen übrigens, wenn sie auf den Reformer verzichten können, der den Wasserstoff aus Gas gewinnt.

Zum Beispiel, weil das System den Wasserstoff anstelle des Reformers durch einen Wasserstoff-Generator unter Zuführung von elektrischer Energie direkt aus Wasser gewinnt. Voraussetzung für solche Klimaneutralität ist freilich, dass der Strom für die sog. Elektrolyse aus erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik oder Windkraft kommt.

Das brauchst Du heute für eine Brennstoffzellenheizung im Einfamilienhaus 

Stand der Technik heute sind allerdings noch nicht die Elektrolyse-Generatoren, die den Wasserstoff direkt aus Wasser gewinnen, sondern die Reformer, die den benötigten Wasserstoff aus Erdgas gewinnen. Diese Reformer brauchen selbstverständlich einen wie auch immer gearteten Gasanschluss.

Musst oder möchtest Du auf den Einsatz von leitungsgebundenem Erdgas verzichten, können dabei auch Biogas oder Flüssiggas zum Einsatz kommen. Wasserstoff, der aus Gas gewonnen wird, nennt man übrigens blauen Wasserstoff. Wasserstoff, der aus Wasser erzeugt wird, nennt man grünen Wasserstoff.

„Ein Brennstoffzellensystem arbeitet heute zumeist noch mit blauem Wasserstoff, den es selbst im Reformer herstellt. Rohstoff hierfür ist dabei in der Regel Erd-, Flüssig- oder Biogas.“ 

Aufgrund des sehr hohen Wirkungsgrades ist der Gasverbrauch bei einer Brennstoffzellenheizung im Vergleich zu einer normalen Gasheizung allerdings deutlich geringer. Zudem erzeugt das System eben nicht nur Wärme, sondern auch Strom. Das freut nicht nur die Umwelt, das wirkt sich in jedem Fall auch positiv auf Deine Energiekosten aus.

Ohne Speicher geht nichts 

Eine wichtige Besonderheit bei der Brennstoffzellenheizung ist und bleibt die Tatsache, dass thermische und elektrische Energie stets zusammen generiert werden. Die Wärme kannst Du bewusst zum Heizen nutzen. Ein wassergeführter Wärmespeicher (Pufferspeicher) ist daher ohnehin sinnvoll, um die erzeugte Wärme ganz nach Bedarf im Haushalt nutzen zu können.

Den Strom kannst Du bei Bedarf in das öffentliche Netz einspeisen und so etwas Einspeisevergütung kassieren. Weil aber die gerade in den letzten Jahren immer weiter gesunken ist, solltest Du unbedingt über einen Batteriespeicher oder andere Alternativen für Deinen mit Brennstoffzellen erzeugten Strom nachdenken.

Und mit diesen Überlegungen geht die Brennstoffzellenheizung in Riesenschritten Richtung Zukunft. Denn der Besitzer einer solchen Heizung sollte sich durchaus Gedanken über geeignete Stromabnehmer im eigenen Haus machen. Das lohnt sich!

Die Brennstoffzellenheizung von morgen ist noch wirtschaftlicher

Deine Heizleistung sollte Dir beim Planen der neuen Brennstoffzellenheizung gut bekannt sein. Dann kannst Du nämlich besser kalkulieren, wie viel Wärme Du eigentlich wann maximal benötigst. Diese Wärme muss auch nicht allein die Heizungsanlage liefern. Denn Du erzeugst ja täglich noch jede Menge Strom.

Wenn Du den nicht über die Einspeisevergütung nahezu verschenken willst, nutze ihn doch selbst. Installiere zum Beispiel in Kombination mit der eigentlichen Brennstoffzellenheizung noch eine andere elektrische Heizung, die in Spitzenzeiten mit dem eigenen Strom zuheizt.

„Bei der Brennstoffzellenheizung führen ganzheitliche Lösungen gerne schnell in Richtung Autarkie in puncto Wärme und Strom.“ 

In Frage kommen dafür etwa eine Wärmepumpe, mehrere Infrarotheizungen oder eine zusätzliche elektrische Aufheizung Deines Pufferspeichers nach Prinzip eines Boilers. Je mehr Du von Deinem Strom für eigene intelligente Heizlösungen nutzt, desto effizienter wirkt Dein Gesamtsystem Brennstoffzelle.

Vorstellbar ist übrigens ebenso, dass Du einen Teil des Stromes, von dem Du in der Heizsaison eher zu viel als zu wenig haben wirst, in die Wallbox leitest. Mit einer Brennstoffzellenheizung lässt sich so nebenbei prima und jederzeit auch das Elektroauto volltanken.

Mit Photovoltaik eigenen Wasserstoff erzeugen

Die absolute Zukunftsvision, die es heute bereits in Ansätzen zu kaufen gibt, finden wir den absoluten Clou. Wer neben der Brennstoffzelle im Keller nämlich Photovoltaik-Zellen auf dem Dach hat, am besten reichlich davon, kann ratzfatz seinen eigenen Wasserstoff herstellen.

Im Sommer, wenn die eigentliche Heizung eher aus ist und weder Wärme noch Strom produziert, werfen die Sonnenstunden mit einer PV-Anlage für gewöhnlich viel höheren Ertrag ab als im Winter. Den PV-Strom kannst Du super nutzen, um über einen Elektrolyse-Generator aus Wasser neuen Wasserstoff zu extrahieren.

„Mit Photovoltaik zur eigenen Wasserstoffproduktion wird Deine Brennstoffzelle zum modernen Kreislaufsystem.“ 

Der grüne Solar-Wasserstoff lässt sich wunderbar in Druckflaschen speichern und steht dann wiederum für den Winter bereit, um die eigentliche Brennstoffzellenheizung anzutreiben. Wer im Sommer mit Solar genügend grünen Wasserstoff gewinnt, braucht in der kalten Jahreszeit vielleicht gar keinen blauen Wasserstoff aus dem Reformer mehr. Der Gasanschluss wäre dann nur noch ein Sicherheitsnetz für blauen Wasserstoff im Notfall.

Kosten einer Brennstoffzellenheizung 

Die Kosten für eine Heizung mit Brennstoffzellen sind besonders komplex und setzen sich häufig aus mehreren ganz verschiedenen Faktoren zusammen.

Dazu zählen unter anderem:

1. Kosten für die Brennstoff-Erschließung: Gasanschluss, Lieferung/Lagerung von Alternativen
2. Anschaffungskosten des Heizsystems: Reformer, Brennstoffzellenstacks, Zusatzheizung
3. Laufende Kosten: Kosten für Brennstoff, Wartung und Instandhaltung der Brennstoffzelle und angeschlossener Zusatzsysteme

Preisvergleich der Anschaffungskosten? Bei Brennstoffzellenheizungen schwierig! 

Lange Zeit war das Angebot für Brennstoffzellenheizungen nicht sehr groß, der Wettbewerb zwischen den Herstellern nicht allzu hoch. Das hatte auch Einfluss auf den Preis. Früher waren Brennstoffzellenheizungen kaum unter 40.000 bis 50.000 Euro zu haben. Inzwischen hat sich das aber zumindest etwas geändert.

„Zwar sind Brennstoffheizungen weiterhin teuer, die Preise sind aber in den letzten Jahren beträchtlich gesunken.“

Gute Heizungen für Einfamilienhäuser gibt es mittlerweile schon zu Komplettpreisen von 30.000 bis 35.000 Euro, kleine Systeme sogar schon ab 20.000 Euro. Trotzdem bleibt ein echter Preisvergleich schwierig. Die meisten Hersteller bieten nur Komplettpakete inklusive Planung und Installation über den Fachhandel an. Hier heißt es mal wieder: Unterschiedliche Angebote einholen und genau vergleichen! Was bieten die Hersteller, was brauchst Du?

Laufende Kosten einer Brennstoffzellenheizung 

Mit einer Brennstoffzellenheizung senkst Du Deine laufenden Kosten für Energie enorm, eben weil sie den Brennstoff so effizient ausnutzt. Manche Anbieter versprechen sogar Kosteneinsparungen von bis zu 40 Prozent und mehr. Weil die Preise von Gas und Strom aber stark schwanken, lässt sich das tatsächliche Einsparpotenzial gar nicht so genau beziffern.

Fest steht: Vor allem in Sachen Strom ist die Brennstoffzelle ein echtes Energiewunder. Auch wenn sie leider – zumindest im Moment noch – hauptsächlich mit Erdgas als Rohstoff für die Wasserstoffgewinnung arbeitet, nutzt sie das wertvolle Material maximal aus.

„Generell gilt: Je mehr Wärme und Strom Deine Brennstoffzellenheizung erzeugt, desto schneller rentiert sich die Anschaffung!“

Dein Verbrauch und Deine Verbrauchskosten liegen beispielsweise mit ziemlicher Sicherheit wesentlich unter denen einer normalen Gasheizung. Bei diesen Betriebskosten wirst Du garantiert sparen. Vorausgesetzt, Du kannst die Wärme- und Strommengen auch sinnvoll verbrauchen.

Eine Brennstoffzellenheizung lohnt sich vor allem dann, wenn Du einen hohen Heiz- und Strombedarf zugleich hast und beides geschickt miteinander kombinierst. Vergiss dabei nicht, dass man mit Strom auch andere Zusatzheizungen betreiben und sogar das Elektroauto vor der Tür laden kann.

Förderung einer Brennstoffzellenheizung 

Brennstoffzellenheizungen sind innerhalb der Bundesförderung effiziente Gebäude Einzelmaßnahmen (BEG EM) teils förderfähig. Eine Kombination der BEG EM Förderung mit der Bundesförderung effiziente Gebäude Wohngebäude (BEG WG) ist darüber hinaus für den Teil der Kosten und Maßnahmen erlaubt, die nicht schon über die BEG EM gefördert werden.

Die weitere Kombination mit Fördermitteln von Ländern, Kommunen oder Energieversorgern ist ebenso möglich. So kannst Du unterm Strich eine Menge Geld bei der teuren Anschaffung sparen. Welche Förderung genau für Brennstoffzellen-Heizungen in Deiner Region infrage kommt, fragst Du am besten einen professionellen Energieberater.

„Die Beratung durch einen Energieberater ist ohnehin Pflicht, willst Du an die entsprechenden Fördertöpfe rankommen. Die Beratung selbst wird zudem mitgefördert.“

Gerade das System Brennstoffzelle und dessen Berechnungen sind so komplex, dass Laien in der Tat gut beraten sind, das Projekt mit einem versierten Energieberater anzugehen. Seitdem die Förderung Anfang 2023 übrigens von der KfW auf das BAFA übergangen ist, gibt’s die Brennstoffzellen-Förderung nicht mehr nur für Neubauten, sondern auch für Sanierungen im Bestandsbau (Altbau).

Voraussetzungen für die Förderung der Brennstoffzellenheizung

1. Einbindung eines professionellen Energieberaters
2. Betrieb ausschließlich mit grünem Wasserstoff oder Biomethan
3. Kosten für die Herstellung des Wasserstoffs aus dem Gas sind nicht förderfähig
4. Einbindung der Brennstoffzelle in das Strom- und Wärmenetz des Hauses
5. Gesamtwirkungsgrad muss mindestens 0,82 und elektrischer Wirkungsgrad mindestens 0,32 betragen
6. Hersteller muss den Betrieb der Brennstoffzelle für einen Zeitraum von zehn Jahren sicherstellen (z.B. Wartung und Ersatzteile)
7. Abschluss eines Vollwartungsvertrags mit Laufzeit von zehn Jahren
8. Beantragung der Fördermittel muss vor Beginn der Maßnahme erfolgen

Bei erfüllten Voraussetzungen kannst Du mit folgenden Fördersätzen rechnen

• + 25 % für die Brennstoffzellenheizung
• + 10 % für den Heizungstauschbonus beim Umstieg von einer alten Ölheizung, Gasheizung, Nachtspeicherheizung oder Kohleheizung
• = 35 % maximale BEG EM-Förderung insgesamt

Du willst noch mehr wissen über Möglichkeiten der Förderung? In diesem Artikel mehr Informationen dazu finden: Förderung von nachhaltigen Heizungsanlagen! 

12 Vorteile und Nachteile der Brennstoffzellen-Heizung in der Übersicht

FAQ online: Ratgeber mit praktischen Tipps zur Brennstoffzellenheizung

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