Brennstoffzellen­heizung: Das Kraftwerk für den Hausgebrauch

Brennstoffzellenheizungen erzeugen Strom und Wärme effizient aus Wasserstoff. Der private Heizungskeller mutiert zum Kleinkraftwerk. In Zukunft könnte dieser Heizungstyp mit erneuerbarer Energie betrieben werden. Für den Durchbruch auf dem Schweizer Markt müssen aber insbesondere die Anschaffungskosten sinken.

6 Min.

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.

Mit Brennstoffzellenheizgeräten wie dem Modell Vitovalor PA2 (links) kann ein bestehendes Heizsystem ergänzt werden. (Abbildung: Viessmann Werke)

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.

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  • MyTreeTv

    Vor 6 Jahren

    «… der Gesamtwirkungsgrad für die Strom- und Wärmeversorgung liegt bei über 90 Prozent – »
    Bitte legen Sie dar, wie Sie auf über 90% kommen.
    Besten Dank und bäumige Grüsse, Stefan

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    • Sandra Aeberhard
      Sandra Aeberhard

      Sandra Aeberhard

      Vor 6 Jahren

      Laut Volker Nerlich von Hexis wird der Brennstoff in der Brennstoffzelle zu etwa 95 % genutzt. Die Brennstoffzelle wandelt die eingesetzte Energie (Erdgas) zu 35 % in Strom (elektrische Energie) und zu 60 % in Wärme (thermische Energie) um. Dies sind laut Nerlich Werte, die am Prüfstand ermittelt wurden. Diese dezentrale Art der Strom- und Wärmeerzeugung am Ort des Verbrauchs lässt Gesamtwirkungsgrade von 90 % zu, bezogen auf den Einsatz von Primärenergie und unter Berücksichtigung der Verluste. Bei getrennter Energiebereitstellung von Strom (zentrales, fossil befeuertes Kraftwerk) und Wärme (Heizkessel) betrage der Gesamtwirkungsgrad derzeit etwa 60 %, da rund 40 % als Abwärmeverluste an die Umgebung abgegeben werde.

  • Herbert Brüllmann

    Vor 6 Jahren

    Kosten einer Anlage für ein EFH?

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    • Sandra Aeberhard

      Vor 6 Jahren

      Galileo kostet inkl. einer Betriebsgarantie über 7 Jahre 29’000 CHF, ohne MwSt.. Die Betriebsgarantie umfasst über den genannten Zeitraum alle Wartungs- und Servicearbeiten, alle Verbrauchs- und Ersatzteile sowie die Fernwartung. Was die gesamte und installierte Anlage kostet, also inkl. Installation und Zubehör, kann der Installateur nach einer Ortsbegehung im Rahmen einer Offerte angeben.

  • Bernhard Rindlisbacher

    Vor 6 Jahren

    Hört sich gut an. Nur gibt es meines Wissens da wo wir wohnen weit und breit keinen Gasanschluss.Womit eine Nutzung für uns mit vertretbaren Gesamtkosten wohl nicht möglich ist.

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    • Sandra Aeberhard
      Sandra Aeberhard

      Sandra Aeberhard

      Vor 6 Jahren

      Es ist tatsächlich so, dass Galileo nur mit Erdgas funktioniert. Flüssiggas, also Gas aus einem Tank, kann leider nicht eingesetzt werden.

  • Stefan Haberl

    Vor 4 Jahren

    Gibt es das ganze System auch auf Wasserstoffbasis mit der Kombination den Wasserstoff selbst herzustellen über die Solaranlage und hydrolyse, damit man autark werden kann?

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    • Sandra Aeberhard
      Sandra Aeberhard

      Sandra Aeberhard

      Vor 4 Jahren

      Volker Nerlich von Hexis beantwortet die Frage von Stefan Haberl wie folgt:

      Galileo wird ausschliesslich mit Erdgas, Biogas oder «Windgas», also Methan, betrieben. Die Methan-Infrastruktur existiert bereits flächendeckend und macht eine grossflächige Markteinführung bzw. breite Vermarktung möglich. Alle uns bekannten Wettbewerber vertreten diesbezügliche eine vergleichbare Strategie.

      Windgas wird mittels des «Power to Gas»-Verfahrens (PtG) mittels Elektrolyse hergestellt. PtG wird zur Zeit im Grossmassstab getestet. Eine Herausforderung dabei sind der apparative Aufwand und die damit verbundenen Verluste.

  • Hr. Meier

    Vor 4 Jahren

    Wir planen auf 2018 einen Neubau. ca 15 Whg.
    Gasanschluss ist beim jetztigen Altbau schon vorhanden.
    Autark wäre mein Traum aber es sollte noch bezahlbar sein.
    An wenn kann ich mich wenden für Beratung /Planung ?
    Muss aber Jemand sein der flexibel ist, da ich schon ein paar fixe Wünsche habe.

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    • Energie-Experten
      Energie-Experten

      Energie-Experten

      Vor 4 Jahren

      Guten Tag Herr Meier
      Wenn Ihnen vorschwebt, mittels einer Brennstoffzellen-Heizung autark zu werden, dann sollten Sie es direkt bei der HEXIS AG in Winterthur versuchen (Tel. 052 262 63 11 / E-Mail: info@hexis.com).
      Freundliche Grüsse
      Ihre Energie-Experten

  • Jocke Hollmann

    Vor 3 Jahren

    Hallo,

    ich wunder mich ein bisschen, wieso so eine Brennstoffzellenheizung nur eine thermische Leistung von 1.8kW hat. Das ist weniger als ein handelsüblicher Heizlüfter. Dass es dann zusätzlich noch einen 7 bis 20kW starken Gasbrenner gibt, um doch noch auf die benötigte Leistung einer Heizung für ein Haus zu kommen, ist interessant, weil es heisst, dass bei Spitzenlast über 90% der Energie aus dem Gasbrenner kommen und nur 10% aus der Brennstoffzelle.
    Warum stellt man nicht eine grössere oder mehrere Brennstoffzellen zur Verfügung und warum kombiniert man diese nicht eine Wärmepumpe (wo man durch die Brennstoffzelle doch «gratis» Strom zur Verfügung hätte). Damit sollte sich der Wirkungsgrad doch deutlich steigern lassen – oder?

    Herzliche Grüsse,
    Jocke

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  • Roland Graf

    Vor 2 Jahren

    Die Idee mit der Brennstoffzellenheizung find ich gut.Aber nicht jedes Haus hat einen Gasanschluss oder eine Möglichkeit dazu.Ausserdem kostet ein Gasanschluss auch viel Geld und man ist wiedEr von der Oel und Gaslobby abhängig.
    Warum also produziert man den H2 nicht im eigenen Haus mit Solarzellen oder Strom? Daran sollte man nach meiner Meinung forschen.
    Wir wohnen in einem Dreifamilienhaus und in ein paar Jahren müssen wir die Oelheizung erneuern, ich hoffe dass es bis dann eine bessere Lösung gibt als mit einem Gasanschluss.
    Mfg
    R.Graf

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  • Manfred Moser

    Vor 2 Jahren

    Ist auch eine Verwendung in einem Mehrfamilienhaus (1200m2 Raum für mehrere Studio’s) möglich?
    Braucht es eine fixen Gasanschluss, oder könnte ein Gastank verwendet werden.

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  • Nicole Frei

    Vor 2 Jahren

    Da die Firma Hexis keine Geräte mehr vertreibt, für die Furma Viessmann der schweizer Markt zu klein ist würde es mich interessieren welche Brennstoffzellenheizung in der Schweiz installiert werden kann.

    Wie sieht das mit der Förderung PACE aus?

    Danke.

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  • Sven Bucher

    Vor 2 Jahren

    Heizen mit Wasserstoff ist sicherlich zukunftsorientierter im Sinne der Ersetzens von fossilen Brennstoffen. Auch in der Automobil-, Schiffs- und Flugzeugbauindustrie wird auf diese Technologie zunehmend gesetzt, da sie ökologische sowie ökonomische Vorteile zu bieten scheint. Ich denke, dass die Installateure eine solche Art des Heizens empfehlen könnten.

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  • Ivan Silvester

    Vor 2 Jahren

    Die Idee der Brennstoffzelle ist gut, jedoch in dieser Konzeption unbrauchbar da hiermit die unabhängigkeit von der erdölindustrie nicht gewährt ist.
    Das einzige was sinn macht ist eine Anlage in kombination mit Solarenergie oder Wärmetauscher.

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  • Beat

    Vor 2 Jahren

    Grüezi
    Gibt es den Gallileo noch, resp. wieder?
    mfg Beat

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  • Alessandro Picciati

    Vor 1 Jahr

    Leider gibt es in der Schweiz absolut keinen Anbieter für Brennstoffzellen-Heizung für ein EFH. Ich hatte mich dieses Jahr dafür interessiert und praktisch alle möglichen Hersteller kontaktiert. Solange der Strompreis in der Schweiz so niedrig ist, lohnt es sich für die Anbieter, bzw. Nutzer nicht in das System zu investieren. Sollten Sie einen Anbieter in der Schweiz kennen, der ein solches System installiert, können Sie mich gerne kontaktieren.

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  • Herbert Uebelhart

    Vor 11 Monaten

    Sind in der Schweiz Brennstoffzellenheizungen mit Gasanschluss nach den heutigen oder zukünftigen Energievorschriften erlaubt und werden sie subventioniert.

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    • Energie-Experten
      Energie-Experten

      Energie-Experten

      Vor 11 Monaten

      Hallo Herr Uebelhart, danke für Ihre Fragen. Überall dort in der Schweiz, wo Gasheizungen noch erlaubt sind – und das dürften die meisten Orte sein – wären im Prinzip wohl auch Brennstoffzellenheizungen mit Gasanschluss heute noch erlaubt, wobei das jeweils spezifisch abzuklären ist. Zukünftig dürften sie wegen dem fossilen Brennstoff nicht mehr erwünscht sein, ausser sie würden mit Biogas betrieben. Subventionen sind uns keine bekannt, und last but not least auch keine Anbieter, die so eine Anlage in die Schweiz verkaufen wollen.

  • Thomas Schmucki

    Vor 8 Monaten

    homepowersolutions.de

    + Idee:
    In Kombination mit einer Eisheizung zur Kühlung der Hybrid Solarmodule im Sommer.

    Kosten Nutzen noch nicht so weit.
    Das kommt schon noch.

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  • sven

    Vor 6 Monaten

    https://www.homepowersolutions.de

    gibt es aktuell eine Brennstoffzellen-Heizung, analog zum HPS Produkt, dass den Wasserstoff selber produziert?

    leider wird HPS zur Zeit noch nicht in der CH angeboten…

    vielen Dank fürs Feedback

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    • Energie-Experten
      Energie-Experten

      Energie-Experten

      Vor 6 Monaten

      Hallo sven, uns ist kein Produkt bekannt, das dem HPS System picea ähnlich ist.

  • Bruno Ruoss

    Vor 3 Monaten

    Wasserstoff mittels Fotovoltaik (ohne Gas) herstellen und für den Betrieb von Heizung und Warmwasser speichern; evt. auch als Tankstelle für Wasserstoffautos nutzen…. ist das realistisch? Zukunft?

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      Energie-Experten

      Vor 3 Monaten

      Guten Tag Herr Ruoss, danke für Ihre Fragen. Erste Häuser mit Wasserstoff als Saisonspeicher sind gebaut, für Heizung und Warmwasser ist das im Einfamilienhaus möglich, aber (noch) sehr teuer. Für Mehrfamilienhäuser geht es schon eher, da hat in der Schweiz gerade EKZ ein Projekt vorgestellt:
      https://www.ekz.ch/de/blue/innovation/2021/mit-wasserstoff-solarstrom-lagern.html
      Eine eigene Tankstelle zu bauen und zu betreiben, dürfte für Private eher weniger infrage kommen.


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