Wärme und Strom aus Wasserstoff

Wärme und Strom aus Wasserstoff

Von Brennstoffzellen ist immer öfter die Rede: ob als Technologie für das Auto oder als Produzent von Strom und Wärme im Heizungskeller. Wie funktioniert diese Technik und kann sie bereits als marktreif bezeichnet werden?

Neben dem Deutschen Christian Friedrich Schönbein wird der Brite William Grove als Vater der Brennstoffzelle bezeichnet. Letzterer entdeckte das Prinzip im Jahr 1839 eher zufällig, als er sich eigentlich mit dem Phänomen der Elektrolyse befasste. Denn in einer Brennstoffzelle läuft im Grunde eine umgekehrte Wasserelektrolyse ab. Zur Auffrischung der vielleicht verblichenen Erinnerungen aus dem Chemieunterricht: Bei einer Wasserelektrolyse wird mithilfe elektrischer Energie Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Brennstoffzellen hingegen „verbrennen“ unter der Einwirkung von Sauerstoff den Wasserstoff und erzeugen dabei sowohl elektrische Energie als auch Wärme. Der Vorgang der Oxidation von Wasserstoff mit Sauerstoff wird auch als „kalte Verbrennung“ bezeichnet. Grundlage ist dabei die sogenannte Knallgasreaktion. Während bei dieser die beiden Gase jedoch unkontrolliert miteinander reagieren und die Energie heftig mit einem Knall freigesetzt wird, verläuft die chemische Reaktion in einer Brennstoffzelle in geregelten, kontrollierten Bahnen. Die entstehende Energie wird direkt in elektrischen Strom umgewandelt und kann so effektiv genutzt werden. Die in einer einzelnen Zelle erzeugte Spannung ist mit etwa 0,7 Volt noch sehr gering. Um die Leistung zu erhöhen, werden die Zellen zu einem Stapel, einem Stack, in Reihe geschaltet.

Die Brennstoffzelle im Heizungskeller

wärme und strom aus wasserstoff

Grafik: Baxi Innotech

Wenn es um Brennstoffzellen als Strom- und Wärmelieferanten im Einfamilienhaus geht, spricht man von  Brennstoffzellenheizungen, kurz BZH genannt, oder von brennstoffzellenbasierten Mikro-KWKs, die in der Regel mit Wasserspeicher und Spitzenlastkessel kombiniert werden. Das große Plus der Brennstoffzelle ist die direkte Nutzung der elektrischen Energie oder, wie der Fachmann sagt, ihr hoher elektrischer Wirkungsgrad. Brennstoffzellen liefern elektrische Energie mit hohem Wirkungsgrad ohne den Umweg über Verbrennungswärme (in einem Motor) und mechanische Energie (in einem Generator) wie in einem motorbetriebenen Mini-BHKW. Das macht die Brennstoffzelle für den Einsatz in Einfamilienhäusern so interessant: Bei gleicher Stromleistung produzieren Brennstoffzellen-KWKs, je nach Gerätetyp, relativ wenig Wärme. Das klingt für eine Heizung wie ein Nachteil, kann aber für KWKGeräte gerade im Neubau ein großer Vorteil sein. Zudem arbeiten Brennstoffzellenheizungen geräusch-und emissionsarm und haben kaum bewegte Teile, die verschleißen könnten. Das macht sie entsprechend wartungsarm. Im Vergleich mit Brennwertthermen und konventioneller Stromerzeugung sind die Treibhausgase enorm reduziert.

Fördermittel für den Bauherren

Da es sich bei Brennstoffzellen für die Nutzung im privaten Einfamilienhaus um kleine KWK-Geräte handelt, können entsprechend auch die dafür geltenden Förderprogramme genutzt werden. Da sich allerdings ein Teil der Förderung an der elektrischen Leistung der Geräte orientiert, fällt der Zuschuss für die kleinen Geräte relativ gering aus. Einzelne Bundesländer wie Nordrhein-Westfalen oder Sachsen bieten jedoch Förderungen an, die speziell die Brennstoffzellentechnologie unterstützen.

Topaktuell von der SHK in Essen!

wasserstoff: gerät brennstoffzelle Ab April 2014 führt Viessmann das in Großserie produzierte Brennstoffzellenheizgerät „Vitavolor 300-P“ in den europäischen Markt ein und bietet die Hocheffizienztechnologie damit für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäuser an. Das neue Mikro-KWK-System besteht aus zwei Einheiten: dem Brennstoffzellenmodul und dem Spitzenlastmodul. Fotos: Viessmann

 

 

Den vollständigen Beitrag unserer Autorin Nina Greve lesen Sie in der Ausgabe 2/2014! Heft gleich hier bestellen.

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