Die Funktionsweise der Brennstoffzelle

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 nötig sind nur Sauerstoff und aus emissionsarmem Erdgas gewonnener 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 einem Oxidationsmittel (meist Sauerstoff aus der Luft) und einem Brennstoff (in Form von Wasserstoff), der sogenannten kalten Verbrennung, bei dem Energie entsteht. Um diese Reaktion zu ermöglichen, kommt emissionsarmes Erdgas zur Anwendung. Aus diesem wird der Wasserstoff gewonnen und anschließend der Brennstoffzelle zugeführt. Zeitgleich erfolgt die Zufuhr von Sauerstoff. 

Keine Knallgasreaktion

Ein Katalysator trennt die Wasserstoffmoleküle auf der Anodenseite in positive Wasserstoffionen und negative Elektronen. Während das Elektron zur Kathode fließt und dabei elektrische Spannung, also Strom, entsteht, 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 Wasser und Wärme. Letztere steht der Heizung für die Erhitzung von Brauch- und Heizungswasser zur Verfügung. Die als Gleichstrom produzierte elektrische Energie wird schließlich in Wechselstrom umgewandelt.

Erklärung der Funktionsweise der Brennstoffzelle anhand einer Grafik
© heizung.de

Funktionsprinzip der Brennstoffzelle ist ideal für innovative Heizungsanlagen

Zwar ist diese stromerzeugende Heizung moderner Stand der Technik, doch ihre Entwicklung nahm 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 oft 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. 

Gaskessel deckt Spitzenlasten

Für die Funktionsweise der Brennstoffzelle in kleinen Anlagen benötigt der Anlagenbetreiber einen Gasanschluss. 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 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 Investition 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. Vor der eigentlichen Kaufentscheidung sollten demnach, die Vor- und Nachteile der Brennstoffzelle für den eigenen individuellen Fall abgewogen werden. 

Heizung.de Autor Philipp Hermann

Fazit von Philipp Hermann

Eine Brennstoffzellenheizung 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 die sie zu den Zukunftstechnologien, deren Erfolg sich bereits heute abzeichnet.

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