Die Brennstoffzelle und wie sie als Heizung funktioniert

Eine Brennstoffzelle ist ein Energiewandler. Sie arbeitet mit einem Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch und gewinnt dadurch auf wirkungsvolle Weise Energie. Ein Reformer gewinnt zunächst den Brennstoff Wasserstoff aus Erdgas, Butan oder Methanol. Aus diesem ständig zugeführten Brennstoff sowie einem Oxidationsmittel (Sauerstoff aus der Luft) wandelt die Brennstoffzelle chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Das Ergebnis: Strom und Wärme werden produziert. Diese Vorgehensweise nennt sich kalte Verbrennung. Der Wasserstoff reagiert zusammen mit Sauerstoff schließlich wieder zu Wasser.

Wussten Sie schon? Diese Anwendung ist die zweithäufigste Versorgung von Geräten wie Camping-Elektrogeräte oder Messstationen.

Die Brennstoffzelle zur Energiegewinnung

Sehr smart: außer der Produktion von Warmwasser erzeugt eine Brennstoffzellenheizung auch Strom für den eigenen Bedarf. Wie bei Blockheizkraftwerken wird die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) genutzt und die Verbrennung funktioniert hier über einen elektrochemischen Prozess. Dieser ist jedoch von dem der Blockheizkraftwerk-Technologie (BHKW) zu unterscheiden. Auch wenn in beiden Fällen eine Kraft-Wärme-Kopplung zum Einsatz kommt, schafft es die Brennstoffzelle Strom und Wärme in nahezu gleichen Teilen zu produzieren. Ein Alleinstellungsmerkmal!

Zusammenwirken von Elektroden, Elektrolyt, Wasserstoff und Sauerstoff

Eine Brennstoffzelle ist einfach aufgebaut und genauso einfach funktioniert auch die Brennstoffzellen-Technologie. Sie besteht aus drei übereinander liegenden Schichten, aus zwei Elektroden (-Anode und +Kathode) und dazwischen einer festen und ionendurchlässigen Membran, auch Elektrolyt genannt. Der Elektrolyt ist dabei verantwortlich für den Ionen-Transport zwischen Anode und Kathode. Von außen wird der Brennstoff Wasserstoff kontinuierlich auf die negativ geladene Anode und Sauerstoff auf die positive Kathode zugeführt. Der Wasserstoff wird durch einen Katalysator in Elektronen und Protonen geteilt. Gelangen diese Elektronen zur positiv geladenen Kathode, fließt Strom. Der Wasserstoff reagiert zusammen mit Sauerstoff schließlich wieder zu Wasser.

Quelle: Wikipedia

Energiegewinnung ohne Umwege

Kurz und knapp zusammengefasst: die Brennstoffzellenheizung funktioniert also in Form eines elektrochemischen Prozesses, bei dem Wasserstoff und Sauerstoff miteinander reagieren und dadurch elektrische Energie erzeugen. Diese Vorgehensweise nennt sich kalte Verbrennung.­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Die Brennstoffzelle erzeugt also direkt Energie, ohne den Umweg über thermische und mechanische Energie zu nehmen

Für die Erwärmung des Heizwassers wird wiederum die entstandene Wärme genutzt. Das entstandene Wasser im Kreislauf wird für den erneuten Vorgang der Wasserstoffspaltung und Kühlung der Brennstoffzellenheizung sozusagen recycelt. Die Brennstoffzelle erzeugt somit Wärme und Strom in nahezu gleichen Teilen.

Wichtige Systemkomponenten der Brennstoffzellen-Heizung

Eine Brennstoffzellheizung besteht aus diesen wichtigen Komponenten:

  • der Brennstoffzelle selbst, bestehend aus Elektroden
  • der Gasaufbereitung
  • dem Brennstoffzellenstapel
  • der internen Steuereinheit
  • dem Wechselrichter (Inverter)
  • dem Wärmeübertrager

Für ihre Funktionalität benötigt die Brennstoffzellheizung außerdem Wasserstoff (aus Erdgas, Methanol und Butan).

Wann lohnt sich eine Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle?

Sie überlegen, ob die Brennstoffzellenheizung zu Ihnen passt? Die Anschaffung lohnt sich besonders in Fällen, in denen möglichst viel Strom produziert werden soll, der entweder in das öffentliche Netz eingespeist oder direkt im Anschluss von den Bewohnern im eigenen Gebäude verbraucht wird. Prüfen Sie Ihre Situation. Ist das bei Ihnen der Fall? Dann ist eine Brennstoffzellheizung womöglich das passende Heizsystem für Sie. 

Was sind die Vorteile?

Ein großer Vorteil der Brennstoffzelle ist, dass sie elektrische Energie ohne mechanische Teile erzeugt. Dadurch entsteht weder Lärm, noch Verschleißteile oder Abgase. Einzig allein reines Wasser wird erzeugt. Die Brennstoffzellen-Technologie besticht außerdem durch weitere Vorteile: 

  • Mit hoher Effizienz, mit einem Wirkungsgrad von bis zu 92 %, erzeugt die Anlage Strom und Wärme. Im Vergleich zu einem konventionellen Kraftwerk, das nur ca. 40 % Strom erzeugt, ist das sehr viel. 
  • Es handelt sich hierbei um ein energieautarkes System: 60 % des Strombedarfs werden aus eigener Erzeugung abgedeckt.
  • Der Reststrom kann von der Netzeinspeisung genutzt werden.
  • Die Brennstoffzelle ist eine sehr kompakte, geräuscharme und vibrationsfreie Anlage. Sie hat die Größe eines Kühlschrankes.
  • Es gibt einen Zuschuss durch staatliche Förderung

Gut zu wissen...

Sie überlegen ob die Brennstoffzelle das passende Heizsystem für Sie ist? Grundsätzlich gibt es nur ein paar Punkte, die Sie vor der Entscheidung berücksichtigen sollten. Beachten Sie, dass für die Inbetriebnahme der Brennstoffzelle ein Gasanschluss vorhanden sein muss. Um eine lange und gleichmäßige Wärmeversorgung zu garantieren, sollte die Brennstoffzellenheizung zudem mit einem Wärmespeicher und einer Zusatzheizung kombiniert werden. Zudem empfiehlt es sich, die Brennstoffzellen-Stacks im Rahmen eines Wartungsvertrags etwa alle zehn Jahre zu tauschen. Gerne übernehmen wir für Sie hier die Koordination. 

 

Wir halten fest:

Die Brennstoffzelle macht sich eine elektrochemische Reaktion aus reinem Wasserstoff und Wasser zu Nutze. Dabei wird auf wirkungsvolle Weise Energie erzeugt. Eine Brennstoffzellenheizung lohnt sich besonders dann, wenn der selbst erzeugte Strom im Eigenheim verbraucht wird und weniger Energie von anderen Stromanbietern benötigt wird. Unabhängigkeit und finanzielle Vorteile stehen hier im Vordergrund. Im weiteren Vergleich zu anderen stromerzeugenden Heizungen, ist der sehr hohe elektrische Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle zu beachten. Als weiterer wichtiger Faktor ist zu bedenken, dass durch die Brennstoffzellenheizung sowohl Strom als auch Wärme sinnvoll im eigenen Haus genutzt werden kann. Mittlerweile sind diese Geräte für Ein- und Zweifamilienhäuser optimiert. 

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