Brennstoffzellen im Wohngebäude
Brennstoffzellen in Gebäuden erzeugen Wärme zum Heizen und Strom.
Die Brennstoffzelle ist eine echte Zukunftstechnologie, die in der Raumfahrt, in U-Booten, Wasserstoffautos und in Wohngebäuden zum Einsatz kommen. Der Wirkungsgrad ist bei der Brennstoffzelle besonders hoch.
Bei der Elektrolyse wird Wasser durch elektrischen Strom (am besten vom eigenem Solarstrom) in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.
In der Brennstoffzelle wird dieser Prozess umgekehrt. Der Wasserstoff wird zu Strom und Wärme. Das nennt man kalte Verbrennung. Dabei wird Wärme und Strom erzeugt und ein wenig Wasser (Wasserdampf).
Bei einer Brennstoffzelle mit Wasserstoff muß der Wasserstoff zuvor erst durch die Elektrolyse hergestellt werden, z.B. aus erneuerbarer Energie wie Solarstrom. Speichereinheiten mit Wasserstoff sind hocheffektiv und verlieren keine Energie. Batterien entladen sich auch ohne Nutzung.
So kann überschüssig produzierter eigener Solarstrom zur Wasserstoffherstellung und für die Batteriespeicherung genutzt werden.
In einer Wasserstoff-Brennstoffzelle wird in einem Tank (links) verdichteter Wasserstoff gefüllt und ein Tank (rechts) mit Sauerstoff aus der Luft „gefüttert“. Treffen Wasserstoff und Sauerstoff zusammen, wird der Wasserstoff in seine Einzelteile zerlegt- in zwei Elektronen (-) und zwei Protonen (+). Die Elektronen fließen direkt als Strom (Gleichstrom) ab und können mit einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt für einen Elektromotor, Kaffeemaschine usw. genutzt werden. Die Protonen fließen nach rechts zum Sauerstoff und werden zu Wasser.
Das ist eine sogenannte „kalte Verbrennung“. Es entsteht Strom, Wärme, und ein wenig Wasserdampf. Die Abwärme kann für die Heizung verwendet werden.
In Wasserstoffautos werden solche einzelnen Brennstoffzellen in einer Vielzahl (400 bis 600) zusammengeschaltet.
Für Elektroautos wird aus regenerativen Quellen (Wasserkraftwerke, Solarstrom, Windkraftwerke) Strom erzeugt. Die Elektroautos werden mit diesem Strom betankt- die Autobatterien werden mit diesem Strom aufgeladen. Zumeist sind diese Batterien hunderte in Reihe geschaltete Notebookakkus (Stacks).
Die Brennstoffzelle ist aber ein Energiewandler, sie wandelt Wasserstoff in Strom um, um den Elektromotor mit Energie zu beliefern.
Das Elektroauto muß nichts umwandeln und trägt die Energie für den Elektromotor in Batterien mit sich. Das ist für ein Auto effektiver.
Eine Brennstoffzelle aber erzeugt auch Abwärme und macht sich somit für die Stromzeugung und zur Heizung in Gebäuden attraktiv.
In einer Gebäude-Heizung-Brennstoffzellenanlage werden auch eine Vielzahl an Brennstoffzellen aneinandergereiht oder gestapelt, sogenannte Stacks. Der Wasserstoff wird durch Erdgas ersetzt. Wasserstoff H² und Sauerstoff O² sind auch Gase. Ein sogenannter „Reformer“ filtert oder extrahiert aus dem Erdgas den Wasserstoff. Es ist also ein öffentlicher Erdgasanschluss erforderlich, wenn man nicht selbst Wasserstoff herstellt und speichert. Natürlich könnte man auch in den Sonnenmonaten mit überschüssigen Strom aus der Photovoltaikanlage Wasserstoff erzeugen und für die Wintermonate speichern um damit in sonnenschwachen Monaten Strom und Heizwärme zu erzeugen. Auch muß das Gebäude eine eigene Heizungsanlage haben, um ausgleichen zu können. Überschüssige Wärme und Strom kann dann auch ins öffentliche Netz eingespeist werden.
Die Technologie der Brennstoffzelle ist recht einfach aber in Kombination mit anderen Technologien zur Umsetzung noch nicht richtig ausgereift- meine Meinung. Ich bin aber vom Wasserstoff und der Brennstoffzelle überzeugt. Weil aber die Anschaffungskosten für Brennstoffzellenheizungen, trotz KfW Förderprogramme, noch recht hoch sind, rentiert sich das im Moment erst bei größeren Wohn-, Verwaltungs- und Bürogebäuden. Doch die Technologie der Brennstoffzelle ist effektiv, speicherstark und vielversprechend, besonders in der Kooperation mit Photovoltaik und selbst erzeugten Strom (erneuerbare Energien). Als Energiespeicher ist Wasserstoff das beste, was es gibt. Wir werden das weiter beobachten. Sobald sich die Brennstoffzellentechnologie für unsere Zwecke rentiert, werden wir diese in unser Leistungsportfolio integrieren.
Armin Erle