Einsatz von Brennstoffzellen im Ein- und Zweifamilienhaus

Freitag, 23.09.2016

Mit moderner Brennstoffzellen-Technologie kommt jetzt eine weitere Möglichkeit hinzu, den Modernisierungsstau aufzulösen. Der Heiztechnikhersteller **Buderus** testet eine, gemeinsam mit dem japanischen Hersteller **Aisin** entwickelte, Brennstoffzellen-Lösung bereits im Praxisbetrieb: die Brennstoffzellen-Energiezentrale „Logapower FC10“ für Neubau und Modernisierung. Sie liefert nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung zugleich Wärme und Strom. Insgesamt 70 Demonstrationsanlagen wird **Bosch Thermotechnik** innerhalb des ene.field-Projekts realisieren, einem großen europäischen Demonstrationsprogramm für brennstoffzellenbasierte Lösungen zur dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung.*

In deutschen Heizungskellern herrscht Modernisierungsstau: Rund 20,5 Millionen zentrale Wärmeerzeuger waren 2013 hierzulande installiert, 71 Prozent dieser Anlagen arbeiten nicht effizient und sollten erneuert werden. So lautet ein Ergebnis einer vom Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie e.V. (BDH) und vom Bundesverband des Schornsteinfegerhandwerks Zentralinnungsverband (ZIV) vorgelegten Untersuchung. Dennoch wurden in den vergangenen Jahren laut Shell-BDH-Hauswärmestudie 2013 durchschnittlich nur 600.000 bis 700.000 Heizungen erneuert. Das sind lediglich drei Prozent aller Zentralheizungsanlagen in Deutschland. Dabei mangelt es nicht an Lösungen zur effizienteren Nutzung fossiler oder regenerativer Energien.

Brennstoffzelle gegen Modernisierungsstau

Die Brennstoffzellen-Energiezentrale „Logapower FC10“. — Quelle: Buderus
Mit einem Gesamtwirkungsgrad der Brennstoffzelle von 90 Prozent und einem elektrischen Wirkungsgrad von 45 Prozent ist die Energiezentrale „Logapower FC10“ ein hocheffizientes System der dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung.

Mit moderner Brennstoffzellen-Technologie kommt jetzt eine weitere Möglichkeit hinzu, den Modernisierungsstau aufzulösen. Der Heiztechnikhersteller Buderus testet eine, gemeinsam mit dem japanischen Hersteller Aisin entwickelte, Brennstoffzellen-Lösung bereits im Praxisbetrieb: die Brennstoffzellen-Energiezentrale „Logapower FC10“ für Neubau und Modernisierung. Sie liefert nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung zugleich Wärme und Strom. Insgesamt 70 Demonstrationsanlagen wird Bosch Thermotechnik innerhalb des ene.field-Projekts realisieren, einem großen europäischen Demonstrationsprogramm für brennstoffzellenbasierte Lösungen zur dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung.*

Herzstück ist die Brennstoffzelle

Im Inneren der Energiezentrale steckt eine Kombination aus neuester Brennstoffzellen-Technologie und bewährter Gas-Brennwerttechnik. Herzstück der „Logapower FC10“ ist die keramische Festoxid-Brennstoffzelle, auch Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) genannt. SOFC-Brennstoffzellen verwenden innovative keramische Materialien im sogenannten Stack (Zellstapel) und arbeiten bei ca. 700 °C. Damit gehören sie zu den sogenannten Hochtemperatur-Brennstoffzellen. Der elektrische Wirkungsgrad ist höher als bei Brennstoffzellen auf Polymerbasis. Unter dem Gehäuse stecken außer der Brennstoffzelle zudem ein Gas-Brennwert-Hybridgerät „Logamax plus GBH172“, ein 75-Liter-Warmwasserspeicher und ein 150-Liter-Pufferspeicher. Die elektrische und thermische Leistung der Brennstoffzelle betragen 0,7 kW, gemeinsam bringen es Brennstoffzelle und angebundenes Gas-Brennwertgerät auf eine Nennwärmeleistung von bis zu 25 kW. Mit einem elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 45 Prozent und einem Gesamtwirkungsgrad von 90 Prozent gehört die Brennstoffzellen-Energiezentrale „Logapower FC10“ zu den effizientesten Systemen zur dezentralen Strom- und Wärmeerzeugung.

Die Tabelle zeigt die elektrische und thermische Leistung, den elektrischen Wirkungsgrad und den Gesamtwirkungsgrad einer Brennstoffzelle. — Quelle: Buderus
Datenübersicht der Brennstoffzelle.

Ein weiterer Vorteil der verwendeten SOFC-Technologie ist der relativ einfache integrierte Reformierungsprozess. Darunter ist die Aufbereitung des Brenngases zu verstehen – also die Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid. Es ist keine aufwändige vorgeschaltete Reformierung in einer separaten Anlage nötig, weil die Reformierung in der Brennstoffzelle selbst erfolgt. Die Brennstoffzelle wandelt die im Wasserstoff enthaltene Energie durch eine chemische Reaktion in elektrische Energie um. Der Wasserstoff wird aus dem zugeführten Erdgas gewonnen. Im Stack reagiert der Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Luft. Als Resultat der Reaktionen entstehen elektrische Energie und als Nebenprodukt Wasserdampf.

Schema der Reaktion von Wasserstoff mit Luft-Sauerstoff. — Quelle: Buderus
Im Stack (Zellstapel) reagiert Wasserstoff mit dem Sauerstoff der Luft. Als Resultat der Reaktionen entstehen Strom und harmloser Wasserdampf als Nebenprodukt.

Ein Inverter wandelt anschließend den von der Brennstoffzelle produzierten Gleichstrom in Wechselstrom um, der entweder direkt im Gebäude verbraucht oder ins Netz eingespeist wird. Im Vordergrund steht dabei die wirtschaftlichere Eigennutzung des Stromes, also den Strombezug aus dem Netz der öffentlichen Versorgung zu ersetzen. Nur wenn keine Abnahme im Haus erfolgt, wird der überschüssige Strom ins öffentliche Netz eingespeist und staatlich garantiert vergütet. Die eingesetzte Hochtemperatur-Brennstoffzelle ist für den Einsatz in Bestandsgebäuden ebenso wie im Neubau und sowohl für Heizkörper- als auch für Fußbodenheizung geeignet. Ein Trinkwasseranschluss für das Brennstoffzellensystem ist nicht nötig.