Brennstoffzellenheizung: Kommt der Durchbruch?

Fertigung der Zellstapel (engl. Stacks) für die Brennstoffzelle am Fraunhofer IKTS. Das Institut arbeitet mit dem Heizungshersteller Vaillant an einem kompakten, sicheren und robusten Brennstoffzellensystem. (Foto: Fraunhofer IKTS)
Fertigung der Zellstapel (engl. Stacks) für die Brennstoffzelle am Fraunhofer IKTS. Das Institut arbeitet mit dem Heizungshersteller Vaillant an einem kompakten, sicheren und robusten Brennstoffzellensystem. (Foto: Fraunhofer IKTS)
19.10.2015

Einige Brennstoffzellenheizgeräte sind dieses Jahr neu auf den Markt gekommen. Noch sind die kleinen KWK-Geräten auf dem Weg zum Durchbruch. Doch lohnt sich die Anschaffung und welche Marktanreize gibt es? Ein Überblick zum Stand der Dinge.

Unspektakulär- so sieht eine Brennstoffzellenheizung auf dem ersten Blick auf dem Messestand aus. Eine weiße Kiste, ein Heizgerät wie jedes andere auch. Im Keller des Einfamilienhauses nimmt das Mini-Kraftwerk nicht mehr Platz ein als eine Gefriertruhe. Ins Gerät integriert sind meist ein Brennwertgerät und mehrere Speicher. Mit der Anlage können Hausbesitzer sich mit Strom versorgen und gleichzeitig Wärme für Heizung und Warmwasser erzeugen. Der Unterschied zu gängigen Heizsystemen besteht darin, dass statt verbrennungsbasierte Prozessen jetzt elektrochemische Prozesse in der Brennstoffzelle für Wärme und Strom sorgen.

Deswegen sind Brennstoffzellengeräte die eigentlich die clevereren Mini-Kraftwerke im Vergleich zu den etablierten Motoren-BHKW. Sie besitzen einen viel höheren Gesamtwirkungsgrad. Die Brennstoffzelle ist kompakt. Kein Brummen oder Vibrieren bei der Arbeit. Die Abgase sind sauber, in die Umwelt entweichen keine Stickoxide und kaum Kohlenmonoxid.

Kaum Brennstoffzellen in Deutschland

Technik: Hoch- und Tieftemperatur-Brennstoffzellen

Die Bauarten unterscheiden sich in der Art der Elektrolyte und im verwendeten Brennstoff. Für die Hauskraftwerke kommen Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC, kurz PEM) und die Festoxid-Brennstoffzelle SOFC (englisch für “Solid Oxide Fuel Cell”) zum Einsatz.

Die Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle PEMFC wurde zu Beginn der 1960er Jahre bei General Electric entwickelt. Dieser Typ wird auch für den Antrieb von Autos und Bussen oder in Laptops verwendet. Die Betriebstemperatur liegt im Bereich von 60 bis 120 °C. PEMFC nahezu endlos skalierbar.

Die SOFC sind Hochtemperatur-Brennstoffzellen, deren Elektroden aus Keramik bestehen. Sie arbeiten bei Betriebstemperaturen von 650 bis 1.000 °C. Im Unterschied zu den PEM-Zellen brauchen sie keinen vorgelagerten Reformer. Sie können Erdgas direkt zu Wasserstoff und Kohlenmonoxid umwandeln dank der hohen Betriebstemperaturen.

Trotz aller Vorteile gibt es die smarten Geräte bisher in Deutschland nur in wenigen Hauhalten. 1.000 Brennstoffzellenheizgeräte hat die deutsche Brennstoffzellenindustrie bisher auf den Markt gebracht. Das gab die VDMA Arbeitsgemeinschaft Brennstoffzellen Anfang April 2015 bekannt. Anders in Japan. Dort ließ die Regierung schon über 100.000 staatlich geförderte Anlagen einbauen. Kein Wunder, dass die deutsche Heizungsindustrie mit japanischen Unternehmen zusammenarbeitet.

Auf den diesjährigen Messen zeigten so viele Anbieter wie nie zuvor serienreife Brennstoffzellenheizungen. Dabei ist die junge Geschichte der Technologie bisher turbulent. Wegen der langen Entwicklungszeit ist vielen Unternehmen auf dem Weg zur Serienreife die finanzielle Puste ausgegangen. Insolvenzen und Firmenübernahmen waren die Folge.

Insolvenz beim Pionier

Einer der ersten Anbieter war die Ceramic Fuel Cells GmbH (CFC) aus Heinsberg bei Aachen. Sie hat seit 2012 Brennstoffzellen-Geräte des Typs BlueGen produziert und europaweit vermarktet. Nachdem mehrere Vertriebspartner Insolvenz anmelden mussten, ging das Unternehmen im Frühjahr 2015 selbst in die Zahlungsunfähigkeit. Seit Juli hat die deutsche Tochter des italienischen Unternehmens Solid Power das Geschäft am Standort übernommen. Solid Power mit Hauptsitz in Mezzolombardo, Italien entwickelt, produziert und vertreibt selbst Brennstoffzellengeräte.

So funktioniert ein Brennstoffzellenheizgerät (Grafik: ASUE)

Schon im April 2014 haben die Viessmann Werke ihr Brennstoffzellengerät Vitovalor 300-P auf den Markt gebracht. In einem kompakten Standgehäuse wird das Brennstoffzellenmodul kombiniert mit einem Gas-Brennwertkessel, einem 170-Liter-Pufferspeicher und einem 46-Liter-Trinkwasserspeicher. Viessmann hat das PEM-Gerät zusammen mit Panasonic entwickelt. Das japanische Unternehmen hat bereits für seinen Inlandsmarkt über 35 000 Geräte in Serie gefertigt. Auf dem diesjährigen ISH-Messestand hat Viessmann auch die SOFC-Brennstoffzellenheizung Galileo 1000 N vorgestellt. Diese hat die Hexis AG aus der Schweiz entwickelt. Seit 2012 gehört sie zur Viessmann-Gruppe. Das Unternehmen entwickelt und produziert in Winterthur und Konstanz Brennstoffzellen-Systeme für Ein- und kleine Mehrfamilienhäuser. Das Hexis-Gerät besitzt die Besonderheit, dass die Brennstoffzelle nur in den Wintermonaten heizt. Im Sommer übernimmt ausschließlich der Spitzenlastbrenner die Warmwasserbereitung.

Seite 2: Produktübersicht und Förderung

Dachs BHKW jetzt auch als Brennstoffzelle

Ebenfalls eine Messeneuheit war der Einstieg vom KWK-Anlagenhersteller SenerTec, bekannt durch das Dachs-BHKW, in das Brennstoffzellengeschäft. Zusammen mit Baxi Innotech und Toshiba vermarktet SenerTec aus Schweinfurt das PEM-Brennstoffzellen-Heizgerät Dachs InnoGen. 2016 soll es verkauft werden.

Ein weiterer Akteur ist die Elcore GmbH aus München. Das Unternehmen hat auf der ISH 2015 die neue Generation des Brennstoffzellen-BHKW Elcore 2400 vorgestellt. Mit einer Wärmeleistung von 700 Watt und elektrischer Leistung von 300 Watt zählt es zu den kleiner dimensionierten Geräten auf dem Markt. Laut Unternehmensangaben soll das Komplettlösungen ermöglichen, bei den die Anschaffungs- und Betriebskosten halbiert werden gegenüber herkömmlichen BHKW.

Das Brennstoffzellengerät Galileo heizt nur im Winter mit der Brennstoffzelle. (Foto: Hexis/Viessmann)

Zwei Brennstoffzellen-BHKW bei Bosch

Bosch Thermotechnik mit seinen Marken Junkers und Buderus plant für Anfang 2016 die Markteinführung der Brennstoffzellen-Heizungen. Sie heißen CeraPower FC (Junkers) und Energiezentrale Logapower FC10 (Buderus). Herzstück ist eine SOFC-Zelle. Sie ist zusammen in einem Gehäuse untergebracht mit einem Gas-Brennwertgerät, einem 75-Liter-Warmwasserspeicher und ein 135-Liter-Pufferspeicher. Auf der ISH zeigte Buderus außerdem die LogaPower BZH192iT, eine Designstudie der Energiezentrale mit Glasfrontverkleidung.

Die deutsche Vaillant Group gehört ebenfalls zu den Pionieren bei den Brennstoffzellen-Heizgeräten. Seit 1998 forscht und entwickelt das Unternehmen an dieser Technik. 2015 hat es die sechste Version ihrer Heizung vorgestellt: Das Vaillant Brennstoffzellenmodul ist jetzt zusammen mit Speicher und Trinkwasserstation in ein einziges Standgerät integriert. Noch ist das Gerät im Feldtest. Ende 2015 will Vaillant dessen Ergebnisse veröffentlichen. 2016 kann mit der Markteinführung gerechnet werden.

Designstudie einer zukünftigen Brennstoffzellenenergiezentrale: Das Gerät Buderus Logapower BZH192iT in einer schwarzen Glasverkleidung wird in zwei Jahren erhältlich sein. (Foto: Buderus)

Kosten und Förderung

Eigentlich wollen die Unternehmen mit der Brennstoffzelle die häusliche Energieversorgung revolutionieren, vor allem im Neubaubereich. Doch der Verkauf der springt nicht an wie gedacht. Die Mikro-BHKW sind mit 20.000 bis 25.000 Euro zu teuer für Privathaushalte. Staatliche und kommunale Förderprogramme sollen nun den Kaufanreiz erhöhen.

Bundesweit gibt es die Mini-KWK Förderung des Bundesamtes für Ausfuhrkontrolle (BAFA), die zu Beginn des Jahres 2015 deutlich aufgestockt wurde. Sie fördert alle Mini-KWK-Anlagen. Die neue Regelung bietet eine höhere Basisförderung in kleinen Leistungsbereichen und eine Bonusförderung für besonders effiziente Systeme wie Brennstoffzellenheizgeräte. Mit um die 3.500 € unterstützt das BAFA den Geräteeinbau.

- Übersicht Brennstoffzellen BHKW -

Hersteller  Gerät Technologie Bestandteile geeignet für Markteinführung Elektrische Leistung in % Thermische Leistung in kW Wirkungsgrad el Abmessungen (H x B xT) in mm
Buderus Bosch Thermotechnik  Logapower FC10 SOFC  BZ+GBW+ 2 Speicher (WW+Heizung) Ein-und Zweifamilienhäuser 2016 0,70 15,0/25,0 bis 45 1800 x 1200 x 600
Elcore Elcore MAX SOFC BZ+(Gastherme und Speicher  Markt-Validierung 0,30 0,7 k. A. 1005 x 600 x 550
Junkers Bosch Thermotechnik CeraPower FC SOFC  BZ+GBW,  2 Speicher (WW+Heizung) Ein-und Zweifamilienhäuser 2016 0,70 25,0 bis 45 1800 x 1200 x 600
SenerTec+Baxi Innotech+Toshiba  Dachs InnoGen PEMFC BZ+GBW,  2 Speicher (WW+Heizung) Einfamilienhaus 2016 0,7 0,96 > 35 1800 x 1200 x 1050
Solid Power GmbH BlueGEN SOFC BZ+Spitzenlastkessel Privathaushalte, kleinere Unternehmen, öffentliche Einrichtungen 2012 (CFC) 1,5 1,0  > 60 1010 x 600 x 660 
Vaillant Brennstoffzellengerät? SOFC BZ+GBW+ 2 Speicher (WW+Heizung) Einfamilienhasu 2016 0,8 1,5 35 986 x 600 x 625 
Viessmann Hexis Galileo 1000 N  SOFC BZ (Winter)+Spitzenlastkessel (Sommer) Einfamilienhaus 2015 1,0 1,8 35 1630 x 620 x 580
Viessmann Werke+Panasonic Vitovalor 300-P  PEMFC BZ+GBW+2 Speicher (WW+Heizung) 2014 0,75 1,0 37 1932 x 1080 x 595

Einige Bundesländer bieten spezielle Förderungen für die Brennstoffzellenheizung an. Nordrhein-Westfalen erstattet bis zu 65 % der zuwendungsfähigen Investitionskosten. Ähnliche Förderprogramme bieten Baden-Württemberg, Hessen und Sachsen. Auch bei Stadtwerken und Energieversorgern können sich Brennstoffzelleninteressenten nach Förderungen erkundigen.

Seit Juli 2015 gibt es das neue Förderprogramm des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI). Es fördert brennstoffzellenbasierte Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen mit einer elektrischen Leistung von bis zu 20 kW. Jedes Gerät erhält eine feste Grundförderung von 1.600 Euro. Darüber hinaus erhält jede Anlage einen zusätzlichen Förderbetrag, der sich nach der jeweiligen elektrischen Leistung des Gerätes richtet. Für eine 1 kWel -Anlage ergibt sich damit beispielsweise eine Förderung in Höhe von 9.600 Euro. Das Programm ist aber nicht mit der BAFA-Förderung kumulierbar. Anträge sind an den Projektträger Jülich zu stellen.

Claudia Hilgers


Weitere Informationen:

Initiative Brennstoffzelle

Brennstoffzellen-Praxistest Callux

Brennstoffzellen-Initiative der Europäischen Kommission