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Hersteller und Häuslebauer setzten oft auf Wärmepumpen, um dem Kostenanstieg fossiler Brennstoffe (Gas und Öl) entgegenzuwirken. Nun müssen sie aufgrund der steigenden Umlage zur Finanzierung des Ökostroms erkennen, dass die Stromkosten erneut ansteigen. Seit der Jahrtausendwende hätte sich der Strompreis, bedingt durch das hohe Angebot am Markt, eigentlich verringern müssen. Die Abgaben „Steuern“ und „Leitungsnutzungsentgelte“, die zwischenzeitlich bei ca. 52% des aktuellen Strompreises liegen, haben ihn jedoch verdreifacht. Vergleicht man zudem die Kosten fossiler Brennstoffe von ca. 6 Ct/kWh mit dem Strompreis von ca. 28 Ct/kWh wird deutlich, dass eine Wärmepumpe mit einer Leistungsziffer von unter 4 unwirtschaftlich arbeitet.

Nach jahrelanger Forschung und vielen Feldversuchen in Deutschland werden seit ca. 2015 von verschiedenen Herstellern Brennstoffzellen-Heizgeräte in Serien hergestellt. Die Strom- und Wärmeerzeugung erfolgt mit dem Energieträger Erdgas und dem Einsatz der Brennstoffzellentechnik. Es handelt sich dabei um ein Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).
Das Brennstoffzellen-Heizgerät arbeitet nach einem elektrochemischen Prinzip. Aus dem Erdgas wird mithilfe eines sogenannten Reformers Wasserstoff gewonnen (Erdgas besteht vorwiegend aus Methan, CH₄). Der Wasserstoff (H) wird mit dem Sauerstoff der Luft in einem sogenannten Stack zusammengeführt und reagiert zu Wasser (H₂O), wobei Wärme und Gleichstrom erzeugt wird. Um hinreichend Strom erzeugen zu können, müssen jedoch mehrere Stacks zusammengeschaltet werden.
Der in der Brennstoffzelle produzierte Gleichstrom wird mithilfe eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt und in das Stromnetz des Hauses oder des Stromanbieters eingespeist. Die produzierte thermische Energie wird über den Kühlwasserkreislauf in das Heizungssystem abgeführt.
Mit dieser Technik können sehr hohe Gesamtwirkungsgrade erreicht und die CO₂-Emission verringert werden. Gegenüber Photovoltaikanlagen, die nur am Tage in Abhängigkeit der Sonneneinstrahlung Strom erzeugen können, liefern Brennstoffzellenanlagen in jeder Betriebsminute witterungs- und zeitunabhängig Wärme und Strom.

Zukunft der Brennstoffzellen-Technologie
Ökologisch und ökonomisch ist die Brennstoffzellentechnik eine Schlüsseltechnologie. In asiatischen Ländern, z.B. Japan und Südkorea, wird sie bereits seit Jahren eingesetzt und ist dort mehrere Hunderttausend Mal bei Brennstoffzellen-Heizungen (BZH) im Einsatz. Die Wasserstofftechnik ist eine der wenigen Technologien, die es ermöglicht, mit geringen Emissionen und ohne radio­aktive Abfallstoffe Strom und Wärme zu erzeugen.
Mit den BZH-Geräten lassen sich Strom und Wärme für Ein- und Mehrfamilienhäuser fast geräuschlos erzeugen. Die Technik wird zwischenzeitlich als die „Zukunft der Kraft-Wärme-Kopplung“ angesehen. Maßgebliche Institute, die sich seit Jahren mit der Brennstoffzellentechnik befassen, gehen davon aus, dass sich mit ihrer Hilfe 25-40% Energiekosten einsparen sowie über 50% der Klimaemissionen von Privathaushalten senken lassen. Alle namhaften Hersteller bieten zwischenzeitlich Brennstoffzellenheizgeräte an. Es wird möglicherweise nur eine Frage der Zeit sein, bis sich diese Technik flächendeckend etabliert haben wird.

Funktionsweise einer Brennstoffzelle
Im Prinzip kann man die Funktion einer Brennstoffzelle mit der einer Batterie vergleichen. Zwischen den zwei Elektroden einer Batterie, der Kathode und der Anode, herrscht ein Spannungsunterschied. Werden beide mit einem Verbraucher verbunden, z.B. einer Lampe, entsteht ein Stromfluss und die Lampe leuchtet auf. Ist die Ladekapazität der Batterie verbraucht, erlischt die Lampe. Bei einer Brennstoffzellenheizung werden die zwei Chemikalien – der Wasserstoff und der Sauerstoff – während des Betriebs kontinuierlich zugeführt.
An der Anode (A) wird der Wasserstoff mithilfe eines Katalysators in positiv geladene Wasserstoffionen (H⁺) und negative Elektronen (e^-) aufgespaltet. Die Elektronen wandern durch einen Leiter zur Kathode (B) und werden dort aufgenommen. Es fließt ein Gleichstrom. Die Wasserstoffionen diffundieren durch den Elektrolyten, der beide Gase trennt, um die Bildung von Knallgas zu vermeiden. Das Wasserstoffion verbindet sich unter Wärmeentwicklung mit dem Luftsauerstoff, wobei Wasserdampf entsteht. Der chemische Vorgang erzeugt einerseits eine elektrische Spannung, die zur Stromerzeugung genutzt wird, andererseits wird Wärme frei, die über einen Kühlkreislauf (C) zu Heiz­zwecken und/oder die Trinkwassererwärmung genutzt werden kann.

Zukunft der BZH-Geräte
In der Haustechnik kommen Geräte mit einer elektrischen Leis­tung von bis zu 2,5 kW zum Einsatz. Bei einer Laufzeit von ca. 7000 Stunden im Jahr entspricht dies ca. 17.500 kWh elektrischer Energie. Die dabei gewonnene Wärme kann zur Trinkwassererwärmung und für die Heizung genutzt werden. In der Politik sind zunehmend Überlegungen im Umlauf, zukünftig den Ausstoß von CO₂ aus Privathaushalten durch die Einführung einer Steuer zu reduzieren.

Montage
Wie bei allen neuen Techniken sollte sich der Fachmann von seinem favorisierten Hersteller zunächst intensiv auf das Produkt schulen lassen. Die Grundlagen können in Ein- bis Zwei-Tagesseminaren erlernt werden. Wesentlich ist die Planung der Anlage, die durch den Hersteller erfolgen sollte.
Der eigentliche Montageaufwand ist mit dem Aufstellen eines Gasbrennwertgerätes vergleichbar. Entscheidend für den tatsächlichen Nutzungsgrad und damit das Einsparpotenzial ist die Regelung mit Prioritätensetzung auf Wärme oder Stromerzeugung. Die Erstinbetriebnahme sollte von dem Werkskundendienst durchgeführt werden.

Kosten eines BZH-Gerätes
Die Anschaffungskosten von ca. 20.000 Euro schrecken neben der noch unbekannten Technik zurzeit noch viele Fachleute und Verbraucher ab. Auch sind die Arbeiten an der Elektroanlage zu berücksichtigen, z.B. zur Einspeisung des Stromes in das öffentliche Netz. Sie liegen bei ca. 5000 Euro, was eine weitere Hemmschwelle bedeutet. Aufgrund der beginnenden Serienfertigung reduzieren sich jedoch die Gerätekosten.
Brennstoffzellenheizgeräte werden vom BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) gefördert. Die Gesamtförderung kann bis zu 3500 Euro betragen. Weitere Förderungen können aus ländereigenen Förderprogrammen erfolgen, z.B. Hessen mit bis zu 50% der Investition (nicht mehr als 17.500 Euro). Die Förderung einerseits und die technischen Möglichkeiten andererseits können der Brennstoffzellentechnologie einen Weg in die zukünftige Heizungstechnik öffnen.