Wie marktreif ist die Brennstoffzelle?

Ob der Durchbruch tatsächlich so schnell kommt, bleibt abzuwarten (siehe auch Interview mit Alexander Dauensteiner). Immerhin: 2008 startete das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft den europaweit größten Praxistest von Brennstoffzellen-Heizgeräten fürs Eigenheim. Callux startete im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie. BMVI und Industrie förderten das Ganze mit 75 Mio. €. 500 Geräte wurden bundesweit installiert, so Ulrich Schmidtchen vom Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband (DWV). Meist geschah dies bei privaten Ein- oder Zweifamilienhäuser, manchmal in Kindergärten und Kleingewerbe, jedoch nie in Mietshäusern. Geht man nach den Kunden, hat sich das auch gelohnt (siehe Online-Info unter www.tab.de: Callux in der Praxis). Auch Ullrich Schmidtchen kennt nur rundum positive Meinungen der Nutzer.

70.000 in zehn Jahren

Das Marktpotential scheint auch beträchtlich. „Nach Abschluss des gestarteten Förderpogramms für Brennstoffzellen sollen 70.000 Anlagen in Deutschland installiert sein“, schätzt Doris Wittneben, bei MVV Energie Innovationsmanagerin der Stabsabteilung V-C Customer Experience und Innovation. Brennstoffzellenheizungen und Brennstoffzellengeneratoren hätten die Marktreife erreicht, die Ziele in Callux seien erreicht und zum Teil deutlich übertroffen worden. Das gelte auch für Brennstoffzellenheizgeräte für die Gebäudeenergieversorgung, die nicht in Callux getestet worden.

„Industrielle Brennstoffzellen bis 2 MW_el liegen zurzeit auf dem Technology Readiness Level (TRL) 7 bis 9. Dieser bezeichnet den Nachweis der Funktionstüchtigkeit im Einsatzbereich bis hin zum Nachweis des erfolgreichen Einsatzes“, erläutert Doris Wittneben den technischen State of the art. Richten kann man sich bei der Planung nach der DIN SPEC 32737 „Energetische Bewertung gebäudetechnischer Anlagen – Brennstoffzellen“, die den Bereich wärmegeführter Brennstoffzellen zwischen 0,3 und 5 kW abdeckt.

Stromgeführte Brennstoffzellen bleiben hingegen die Ausnahme. Doch auch dafür gibt es Beispiele. So wird seit November 2016 das Institut für Industrieaerodynamik (IFI) in Aachen mit einer Brennstoffzelle versorgt. Die 1,5 kW_el und 0,62 kW_th Leistung unterstützen das Heizungssystem und decken den gesamten Warmwasserbedarf des IFI-Instituts. Der erzeugte Strom wird vollständig eigenverbraucht und deckt die elektrische Grundlast der IT-Abteilung der Fachhochschule ab.

Speziell für Einfamilienhäuser

Für Einfamilienhäuser, und bei denen soll ja die große Markteinführung gelingen, bedarf es allerdings wärmegeführter Brennstoffzellen. „Speziell für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern werden seit einigen Jahren sehr kleine Kraftwärmekopplungsanlagen, auch ‚Strom erzeugende Heizungen‘ genannt, entwickelt, mit einer elektrischen Leistung von jeweils 1 bis 2 kW bei einer thermischen Leistung von bis zu 7 kW“, so die Technik-Autoren Ulf Birnbaum, Richard Bongartz und Philipp Klever im Buch „Energietechnologien der Zukunft“.

In der Regel reicht allerdings dafür selbst in modernen Wohneinheiten eine Leistung von 7 kW_th nicht aus. Einzelbeispiele mit einem Stirlingmotor, wo dies gelang, sind hier die Ausnahme. Deswegen werden die Anlagen meist mit einem Spitzenkessel kombiniert, um die Wärmelast zu decken, die nicht vom System oder dem Warmwasserspeicher übernommen werden kann.

Die Anlagen werden leistungsmäßig so ausgelegt, dass ein möglichst hoher Jahresvolllaststundenbetrieb bei optimalem Wirkungsgrad erzielt wird. Zwar können zahlreiche neue Entwicklungen auch in Teillast betrieben werden. Das führt in der Regel jedoch zu Wirkungsgradverlusten. Mit der elektrischen Leistung kann zumindest die hausinterne Grundlast komplett gedeckt werden, die in zahlreichen Ein- und Zweifamilienhäusern, die bis 300 W_el betragen kann.

Noch zu teuer

Großes Manko sind noch die Kosten. Zwar halten sich alle Hersteller von Viessmann bis Vaillant mit konkreten Marktdaten bedeckt. Aber um die 25.000 € wird man für eine Brennstoffzelle mit rund 1 kW_el, die für eine Versorgung eines Einfamilienhaus ausreichen würde, schon hinlegen. „Ursprünglich waren 5 kW_el und 5 kW_th stark nachgefragt, jetzt sind es eher 1 kW_el“, bestätigt Ullrich Schmidtchen diesen Trend.

Vom Staat wird hier gegengesteuert. Brennstoffzellen werden innerhalb des Anreizprogrammes Energieeffizienz (APEE) umfangreich gefördert (siehe Förderung von Brennstoffzellen-Heizungen). Kombinierbar ist dieser Zuschuss sogar mit denen für die Kraft-Wärme-Kopplung. „Wenn die Kunden die Gesamtkosten über die Nutzungsdauer mit anderen Optionen zur Energieversorgung im Haus vergleichen, werden sie Vorteile erkennen“, rechnet Doris Wittneben. Das angelaufene Förderprogramm KfW 433 sei gut geeignet, den Marktdurchbruch herbeizuführen. Hier gebe es je nach Größe und Leistungsklasse der Brennstoffzelle angepasste Zuschüsse bis über 10.000 €.

Rechnet man noch die Rückvergütung für den erzeugten Strom mit ein, können Brennstoffzellen, so eine Untersuchung der Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch (ASUE), schon heute wirtschaftlich betrieben werden.

Nur da, wo Gas ist

Brennstoffzellen laufen mit Wasserstoff oder Erdgas. Innerhalb des Callux-Programmes wurden reine Erdgas-Brennstoffzellen verbaut. Kein Wunder – das Gasnetz ist in Deutschland gut ausgebaut, während eine Wasserstoff-Infrastruktur zumindest im Gebäudesektor noch nicht mal in den Kinderschuhen steckt. Das hat auch eine weiteren Vorteil: Denn am bisherigen Gasverbrauch kann auch geschätzt werden, wie groß die Brennstoffzelle für einen Haushalt dimensioniert sein muss. Diese Bewertung richtet sich immer nach dem Wärmebedarf. Allerdings: Bei der Berechnung der Wirtschaftlichkeit muss auf die Gesamtenergiekosten des Hauses geschaut werden und nicht nur auf die Wärmekosten.

Der Strom ist für den großen Unterschied verantwortlich, der bei einer Installation beachtet werden muss. Dadurch sei ein Elektriker gefragt, so Doris Wittneben. Zudem sei der Warmwasserspeicher in einigen Fällen größer als bei einem üblichen Heizungskessel. Der Einbau durch geschulte Fachkräfte stelle hingegen keine besonderen Hindernisse dar. Brennstoffzellen seien zudem wesentlich leiser als übliche KWK-Anlagen. Zur Installation bieten alle Hersteller Schulungen an. Ein Schulungsprogramm gibt es auf Landesebene in Baden-Württemberg. In Hessen und in Nordrhein-Westfalen ist dies mit einem eigenen Brennstoffzellen-Förderprogramm angedacht. Zudem gibt es bei der für das Programm führenden NOW GmbH ein Online-Schulungstool (www.now-gmbh.de).

Ausblick rosig, weil strombasiert

Wie wird sich die Brennstoffzelle nun entwickeln? Ein Blick nach Japan könnte das verraten. Dort heizen bereits 100.000 Brennstoffzellen Häuser, meist installiert von den Marktführern Panasonic und Toshiba. Ein Grund: Die Förderung, die sich nicht auf die Forschung, sondern die Installation vor Ort bezog. Die hohen Stückzahlen bedingten zudem fallende Preise und eine bessere Qualität.

Legt man die Pläne der Bundesregierung zugrunde, mittels Energiewende alle Bereiche, auch den Wärmemarkt zu elektrifizieren, stehen die Chancen hierzulande nicht schlecht. Der japanische Weg der Förderung wird ja nun auch hierzulande mittlerweile angegangen. „Dass die Bedeutung des Stromes ansteigt, ist aus Sicht der Brennstoffzelle sicherlich kein Fehler“, so Ullrich Schmidtchen. „Zwar laufen sie derzeit mit Erdgas und das ist nicht die ganz reine Lehre. Allerdings ist auch das ein Fortschritt gegenüber dem einfachen Verbrennen von Erdgas. Denn die Emissionen sind weitaus geringer.“ Dennoch könne Erdgas nur ein Übergangsbetrieb sein.