Funktionsweise der Brennstoffzelle verständlich erklärt

Die Funktionsweise einer Brennstoffzelle wirkt komplizierter als sie wirklich ist. Für die Wärme- und Stromgewinnung nutzt die innovative Technologie eine elektrochemische Reaktion innerhalb der Brennstoffzelle. Dazu benötigt die effiziente Technologie nur Sauerstoff und aus emissionsarmem Erdgas gewonnenen Wasserstoff. Mit dieser leicht verständlichen Funktionsweise der Brennstoffzelle decken Besitzer solcher Anlagen ihren Bedarf an Heizungswärme und reduzieren den Fremdbezug von Strom.

Funktionsweise der Brennstoffzelle ist einfacher als viele denken

Die Funktionsweise einer Brennstoffzelle basiert auf der elektrochemischen Reaktion beim Zusammentreffen von Sauerstoff und Wasserstoff, der sogenannten kalten Verbrennung. Um diese Reaktion zu ermöglichen, kommt emissionsarmes Erdgas zur Anwendung. Aus diesem wird der Wasserstoff abgespalten und anschließend der Brennstoffzelle zugeführt. Zeitgleich erfolgt die Zufuhr von Sauerstoff. Ein Katalysator spaltet die Wasserstoffmoleküle auf der Anodenseite in positive Wasserstoffionen und negative Elektronen. Während das Elektron zur Kathode fließt und dabei elektrische Spannung, also Strom, produziert, diffundiert das Wasserstoffion in Richtung Kathode. Durch diese Trennung wird eine Knallgasreaktion verhindert. Zudem vereint sich das Wasserstoffion im Rahmen der "kalten Verbrennung" am Ende der Kathode mit dem Luftsauerstoff. Dabei entstehen Wärmeenergie und Wasserdampf. Diese steht der Heizung als Wärme für die Erhitzung von Brauch- und Heizungswasser zur Verfügung. Die als Gleichstrom produzierte elektrische Energie wird in Wechselstrom umgewandelt.

Erklärung der Funktionsweise der Brennstoffzelle anhand einer Grafik

Funktionsweise der Brennstoffzelle ideal für innovative Heizungsanlagen

Zwar ist diese stromerzeugende Heizung moderner Stand der Technik, doch ihre Entwicklung fand bereits im vorletzten Jahrhundert ihren Anfang. Erfahren Sie mehr dazu im Beitrag zur Geschichte der Brennstoffzelle

Bei der Brennstoffzellenheizung für Ein- und Zweifamilienhäuser handelt es sich heutzutage immer um eine Niedertemperatur-Brennstoffzelle. Denn der für die sichere Funktionsweise der Brennstoffzelle nötige Wasserstoff wird außerhalb der Brennstoffzelle gewonnen. Nur in großen Heizungsanlagen dieses Typs erfolgt die Wasserstoffgewinnung aus Erdgas direkt in der Brennstoffzelle unter großer Hitze. Für die Funktionsweise der Brennstoffzelle in kleinen Anlagen benötigt der Anlagenbetreiber einen Speicher für Erdgas. Dort wird das für die Wasserstoffgewinnung erforderliche Erdgas gelagert und die Brennstoffzellen mit Gas versorgt. Zur Abdeckung von Wärmespitzenlasten bei besonders kalten Temperaturen steht zusätzlich ein Gasbrennwertkessel zur Verfügung. Dieser produziert bei Bedarf zusätzlich benötigte Wärme.

Vor- und Nachteile der Brennstoffzellenheizung

In Japan zählen Brennstoffzellenheizungen aufgrund der effizienten Funktionsweise der Brennstoffzelle zur beliebtesten innovativen Heiztechnologie. Aktuell befindet sich diese Technologie mitten in der erfolgreichen Markteinführung. Deutschland zeigt sich diesbezüglich eher zurückhaltend mit der Realisierung einer neuen Heizungsanlage in Form einer Brennstoffzellenheizung. Und das, obwohl diese im Vergleich zu anderen KWK-Heizungen die höchste Effizienz aufweist. Im Prinzip erfüllt die Funktionsweise der Brennstoffzelle als integraler Heizungsanlagenbestandteil alle Anforderungen, die an innovative Heizsysteme gestellt werden. Sie reduziert den CO2-Ausstoß eines Haushalts um bis zu 50 Prozent und verringert ferner die laufenden Energiekosten um bis zu 40 Prozent. Ideal sind diese Heizanlagen für Ein- und Zweifamilienhäuser.

Einziger Nachteil dieser Heiztechnologie sind die hohen Investitionskosten. Für alle, die an der Funktionsweise der Brennstoffzellen interessiert sind, gibt es aber interessante Zuschüsse in Form einer Förderung für eine Brennstoffzellenheizung. Überschüssige elektrische Energie kann zudem gegen Vergütung in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

Heizung.de Autor Philipp Hermann

Fazit von Philipp Hermann

Die Funktionsweise der Brennstoffzellenheizungen überzeugt durch hohe Effizienz und Umweltfreundlichkeit. Trotz der hohen Investitionskosten ist sie eine interessante Alternative zu anderen Heizungsanlagen. Mit einer Einsparung von bis zu 40 Prozent der Energiekosten und ihrer überdurchschnittlichen Umweltfreundlichkeit zählt dieser Heizungstyp zu den Zukunftstechnologien, deren Erfolg sich bereits heute abzeichnet.

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