Wissenswertes für Architekten und Planer

Brennstoffzellen können für die Versorgung von Gebäuden mit Wärme und Strom in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Sie eröffnen die außergewöhnliche Möglichkeit, mit einer einzigen Anlage neben Wärme für Heizung und Warmwasser auch elektrischen Strom zu erzeugen, der vor Ort genutzt werden kann. Ein Brennstoffzellen-Heizgerät gewinnt aus Erdgas das Gas Wasserstoff, das in der eigentlichen Brennstoffzelle in einer kontrollierten Reaktion mit dem Sauerstoff der Luft zu Wasserdampf reagiert. Dabei werden Strom und Wärme frei (eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise finden Sie hier»).

Diese Umsetzung des Energieträgers Erdgas in nutzbare Energie erfolgt äußerst effizient und genau an dem Ort und zu der Zeit, an dem sie gebraucht werden. Das macht die Brennstoffzelle zu einer interessanten Option zur energieeffizienten Versorgung von Gebäuden. Bisher sind die Geräte jedoch noch in der Entwicklung und werden erst in einigen Jahren marktreif sein.

Strom und Wärme

Brennstoffzellen erzeugen Strom und Wärme immer gleichzeitig. Ein Brennstoffzellen-Heizgerät kann daher nur dann effizient arbeiten, wenn sowohl die elektrische Energie als auch die thermische Energie genutzt werden können. Wird gerade Wärme, aber kein Strom benötigt, kann der überschüssige elektrische Strom ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

In der Regel werden Brennstoffzellen für die Hausenergie so ausgelegt, dass sie lediglich die Grundlast an Strom und Wärme eines Gebäudes abdecken können. Für Spitzenlasten, zum Beispiel an kalten Tagen, wird eine weitere Wärmequelle benötigt. Üblicherweise sind das Gasbrennwertgeräte, wie sie bereits seit vielen Jahren in Millionen von Häusern eingesetzt werden. Diese Wärmeerzeuger sind entweder in das Brennstoffzellen-Heizgerät integriert oder werden separat betrieben.

Die von den Mitgliedsunternehmen der Initiative Brennstoffzelle (IBZ) derzeit in Tests erprobten Brennstoffzellen-Heizgeräte haben daher maximale Wärmeleistungen von 2,5 bis 7 Kilowatt und maximale elektrische Leistungen von 1,5 bis 4,6 Kilowatt.

Die Brennstoffzelle liefert über einen Speicher-Wassererwärmer Wärme für Heizung und Brauchwasser im Haus. Für Spitzenlasten schaltet sich ein herkömmlicher Gas-Brennwertkessel zu, der entweder separat installiert oder in das Brennstoffzellen-Heizgerät integriert ist. Das Brennstoffzellen-Heizgerät produziert auch elektrischen Strom, der entweder im Haus verbraucht oder ins Stromnetz eingespeist wird. In Spitzenzeiten kann auch Strom aus dem Stromnetz bezogen werden.

Die wichtigsten Fragen von Architekten zum Thema Brennstoffzelle:

1. Ich möchte mehr wissen zur Funktionsweise einer Brennstoffzelle und den verschiedenen Brennstoffzellentypen.
• Dann klicken Sie bitte hier».
2. Sind bereits Brennstoffzellen auf dem Markt?
• Brennstoffzellen für die Hausenergie befinden sich derzeit noch in der Entwicklung. Die Anlagen, die bereits an vielen Orten in Deutschland installiert wurden, sind Prototypen. Bei der Entwicklung geht es jedoch nicht nur um die Funktion, sondern auch um den Preis, denn viele Systeme sind noch zu teuer, um gegen herkömmliche Technologien konkurrieren zu können. Mit der Markteinführung von Brennstoffzellen für die Hausenergieversorgung wird frühestens ab 2010 gerechnet.
3. Warum dauert die Entwicklung von Brennstoffzellen für die Hausenergie so lange?
• Die Brennstoffzelle ist im Vergleich zu anderen Formen der Energienutzung eine junge Technologie. Da Brennstoffzellen für die Hausenergie eine sehr hohe Lebensdauer erreichen müssen, ist die Entwicklung dieser Systeme sehr aufwendig und erfordert umfangreiche Tests. Mit einer Markteinführung kann daher erst in einigen Jahren gerechnet werden. Bei kleinen tragbaren Brennstoffzellensystemen, die beispielsweise als mobile Stromquellen oder in Kleingeräten eingesetzt werden, sind die Anforderung an die Lebensdauer weitaus geringer. Die ersten Geräte sind daher schon auf dem Markt.
4. Einer meiner Bauherren ist an einer Brennstoffzelle für seinen Neubau interessiert. Wie kann er heute diese Option für die Zukunft offenhalten?
• Brennstoffzellensysteme für die Hausenergie werden mit Erdgas betrieben. Deshalb sollte ein Erdgasanschluss vorhanden sein. Bis die Brennstoffzellentechnologie marktreif ist, wird das Gebäude am besten mit einem Gas-Brennwertkessel beheizt. Dieser kann grundsätzlich auch nach der Installation einer Brennstoffzelle eingesetzt werden, um Spitzenlasten abzudecken. Eine Solaranlage zur Warmwasserbereitung oder zur Heizungsunterstützung ist keine sinnvolle Ergänzung eines Brennstoffzellensystems.
5. Gibt es die Möglichkeit, an einem Brennstoffzellen-Modellprojekt teilzunehmen?
• Die Modellprojekte zur Erprobung von Brennstoffzellen für die Hausenergie werden in der Regel von den jeweiligen lokalen Energieversorgern koordiniert und gemeinsam mit den Herstellern von Brennstoffzellenanlagen durchgeführt. Viele der Unternehmen, die solche Modellprojekte durchführen, sind Mitglied der IBZ (Link auf IBZ-Mitglieder-Seite). Wenn Sie sich für die Teilnahme an einem solchen Projekt interessieren, wenden Sie sich entweder an einen der Hersteller oder an Ihren Strom- oder Gasversorger. Erfahrungsgemäß ist die Nachfrage nach einer Teilnahme an den Projekten jedoch sehr viel größer als das Angebot.
6. Was werden Brennstoffzellen einmal kosten?
• Damit Brennstoffzellen mit den bereits marktreifen Klein-Blockheizkraftwerken (BHKWs) konkurrieren können, werden die Preise künftiger Systeme auf ähnlichem Niveau wie bei diesen Anlagen liegen müssen. Eine genaue Preisangabe lässt sich jedoch noch nicht machen.
7. Warum werden Brennstoffzellen mit Erdgas betrieben?
• Erdgas dient als Wasserstofflieferant für die in der Hausenergie eingesetzten Brennstoffzellen. In dem Gas, das überwiegend aus Methan besteht, kommen auf ein Kohlenstoffatom vier Wasserstoffatome. Damit besitzt Erdgas im Vergleich zu anderen kohlenwasserstoffreichen Brennstoffen den höchsten Wasserstoffanteil. Der entscheidende Vorteil von Erdgas ist, dass in den meisten Industrieländern bereits ein flächendeckendes Versorgungsnetz besteht. Im Gegensatz zu Wasserstoff als Energieträger ist Erdgas bereits heute schon nahezu überall verfügbar.
  
  Mit Erdgas betriebene Anlagen werden die ersten sein, die der Zukunftstechnologie Brennstoffzelle zur Marktreife verhelfen. Da sich die bestehenden Leitungsnetze auch zum Transport von Wasserstoff verwenden lassen, könnte Erdgas könnte eine Brücke auf dem Weg zur Wasserstoffwirtschaft sein. Auch kann Erdgas mit Biogas angereichert und in die Leitungsnetze eingespeist werden. Die ersten Anlagen zur Herstellung dieses Energieträgers aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen bereits.
8. Welche baulichen Besonderheiten müssen Gebäude haben, die auf die Versorgung mit Brennstoffzellen ausgelegt sind?
• Brennstoffzellen können in jedem Gebäude genutzt werden, in dem auch konventionelle Heiztechnik mit Erdgas zum Einsatz kommt. Besondere bauliche Voraussetzungen müssen nicht erfüllt werden. Je höher die energetische Qualität eines Gebäudes jedoch ist, desto größer kann der Beitrag der Brennstoffzelle zum gesamten Wärmebedarf sein.