Brennstoffzellenheizgeräte für den Hausgebrauch sind zwar seit einigen Jahren auf dem Schweizer Markt erhältlich, haben bisher aber den Durchbruch noch nicht geschafft. In anderen Ländern wie etwa Japan ist diese Heizform nicht zuletzt dank staatlicher Förderung schon etabliert und weit verbreitet. Die innovative Technik erlaubt es privaten Hausbesitzern, in ihrem eigenen Keller Strom zu erzeugen und gleichzeitig mit der entstehenden Abwärme zu heizen – Kraft-Wärme-Kopplung oder Wärme-Kraft-Kopplung nennt sich das (KWK bzw. WKK).

So funktioniert die Brennstoffzellenheizung

Eine Brennstoffzelle wandelt die eingesetzte Energie in einem elektrochemischen Prozess hocheffizient in Elektrizität und Wärme um. Dies im Unterschied zu herkömmlichen Heizgeräten, die auf Basis von emissionsintensiven Verbrennungsprozessen arbeiten. Für den Umwandlungsprozess benötigt die Brennstoffzelle Wasserstoff, den sie selbst mit Erdgas erzeugt. Eine Voraussetzung für den Einbau einer Brennstoffenzellenheizung ist also ein Erdgas-Anschluss im Gebäude.

Der von der Zelle produzierte Strom kann den Bedarf in einem durchschnittlichen Haushalt zu einem grossen Teil abdecken. Als «Nebenprodukt» der Stromgewinnung entsteht Wärme, die für Heizzwecke und die Warmwasseraufbereitung genutzt werden kann. Steigt der Bedarf an Wärme oder Brauch-Warmwasser im Gebäude kurzfristig an, wird die integrierte Gas-Brennwert-Zusatzheizung zugeschaltet.

Hoher Gesamtwirkungsgrad

Gegenüber einem Gas-Brennwertkessel und dem Strombezug aus dem Netz verringern Brennstoffzellen-Heizungen gemäss der Firma Hexis, die Brennstoffzellen-Technik herstellt, den CO₂-Ausstoss um bis zu 50 Prozent. Folgende Vorteile sprechen für ein Brennstoffzellen-Heizsystem:

• maximale Brennstoffausnutzung – der Gesamtwirkungsgrad für die Strom- und Wärmeversorgung liegt bei gut 90 Prozent
• geräuschloser Betrieb
• niedrige Schadstoffemissionen
• geringer Platzbedarf

Die Heizungen sind gerade einmal so gross wie ein Kühlschrank und passen somit in jeden Heizungskeller. Die Installation ist einfach: Benötigt wird lediglich ein Erdgas-Anschluss, grössere bauliche Eingriffe braucht es nicht. Allerdings verfügen derzeit noch nicht alle Installateure über das erforderliche Montage-Know-how. Einzelne Gemeinden oder Energiewerke bieten Förderbeiträge für Brennstoffzellen-Heizgeräte an. Eine einheitliche Schweizer Regelung gibt es aber derzeit nicht.

Brennstoffzelle erneuerbar betreiben

Bisher benötigen Brennstoffzellenheizungen überwiegend Erdgas (bzw. Methan) für ihren Betrieb, um daraus den für den Energiegewinnungsprozess nötigen Wasserstoff zu generieren. Trotz hohem Wirkungsgrad ist die Technik daher von einer fossilen Energie abhängig. In Zukunft könnte sich dies aus mehreren Gründen ändern. Erstens steigt der Anteil Biogas im Schweizer Erdgasnetz, es kann also CO₂-neutrales Methan für die Wasserstoff-Gewinnung bezogen werden. Zweitens dürfte künftig synthetisches Methan, das aus überschüssigem erneuerbarem Strom hergestellt wird, zur Verfügung stehen.

Stammt der Strom für die Elektrolyse von der hauseigenen Photovoltaikanlage, kann die Brennstoffzellen-Heizung erneuerbar betrieben werden.

Drittens kann Wasserstoff in einem sogenannten Elektrolyseur im Prinzip auch vor Ort hergestellt werden. Stammt der dazu benötigte Strom beispielsweise von der hauseigenen Photovoltaikanlage, kann die Brennstoffzellenheizung erneuerbar betrieben werden. Allerdings dürfte es noch einige Jahre dauern, bis die dafür benötigte Technik ausgereift ist und zu marktfähigen Kosten zur Verfügung steht.

Kosten einer Brennstoffzellenheizung

Brennstoffzellenheizungen sind heute noch vergleichsweise teuer, die Installationskosten betragen gemäss der Plattform Topheizung bei einem Einfamilienhaus 30’000 bis 50’000 Franken. Ob sich diese Anschaffung lohnt, sollte unter Einbezug einer Fachperson genau geprüft werden. Wirtschaftlich ist eine solche Heizung grundsätzlich dann, wenn der Eigenverbrauch des Stroms hoch ist. Tendenziell dürften Brennstoffzellenheizungen in Zukunft noch attraktiver werden, wenn die Investitionskosten sinken und die Technik weiter verfeinert wird. Auch Förderprogramme können die Wirtschaftlichkeit verbessern, so werden PEMFC-Heizungen (siehe unten) seit Jahren mit starker staatlicher Förderung in Japan und seit einigen Jahren auch in Deutschland vorangetrieben.

Hinweis: Aktualisierter Artikel

Dieser Beitrag ist eine Neubearbeitung (Aktualisierung und Ergänzung) von zwei beliebten früheren Artikeln von Leonid Leiva bzw. von Sandra Aeberhard, erarbeitet von Remo Bürgi.

• Remo Bürgi, Kommunikator ZFH, arbeitet als Fachjournalist bei Faktor Journalisten. Sein Schwerpunkt liegt auf den Themen Energie, Nachhaltigkeit und Mobilität.
• Sandra Aeberhard,  eidg. dipl. Journalistin SAL/Journalistin BR, ist Geschäftsleitungsmitglied bei Faktor Journalisten. Sie verfasste für die Energie-Experten mehrere Beiträge in den Fachgebieten Bauen, Wissen und Mobilität.
• Leonid Leiva war bis Januar 2019 Wissenschaftsjournalist bei Faktor Journalisten, heute ist er Kommunikationsspezialist am IBM Forschungszentrum in Rüschlikon.

Die Kommentare unten, die vor August 2020 abgegeben wurden, beziehen sich auf eine Vorgängerversion dieses Artikels aus dem Jahr 2015. Ein paar wenige ältere Kommentare haben wir offline genommen, weil sie von der Aktualisierung überholt worden sind.