Zwei Pilotprojekte für Brennstoffzellenheizgeräte

Die Brennstoffzelle erzeugt elektrische Leistung und ist damit ein Generator. Die Stromerzeugung läuft mit einem Wirkungsgrad bis zu 70% und ist damit deutlich besser, als Verbrennungsmotoren mit nach gekoppelten elektrischem Generator. Neben dem guten Wirkungsgrad ist die geringe Schadstoffemission und der geringe Geräuschpegel als Vorteile der Brennstoffzellensysteme zu nennen.

Neben der elektrischen Leistung entsteht Wärme, die als Heizwärme an das Warmwassersystem oder die Raumheizung abgegeben wird. Zusätzlich zum Brennstoffzellensystem sorgt ein Zusatzbrenner für die Deckung des zusätzlichen Wärmebedarfs im Winterbetrieb.

Verschiedene Heizungsfirmen engagieren sich zur Zeit in der Brennstoffzellentechnik. Sie konzentrieren sich dabei auf verschiedene Brennstoffzellentypen. Zwei Brennstoffzellentypen etablieren sich zur Zeit als Brennstoffzellenheizgeräte kleiner Leistung: Die PEMFC und die SOFC. Diese beiden Zellen haben sehr unterschiedliche Vor- und Nachteile als Brennstoffzellenheizgerät.

Die PEMFC arbeitet mit einer Betriebstemperatur von 60-80°C, d.h. in einem für Heizungsbauer bekannten und bewährten Temperaturbereich. Auf der anderen Seite benötigt die PEMFC reinen Wasserstoff, der mittels einer vorgelagerten Reformierung aus Erdgas erzeugt werden muss. Die PEMFC reagiert empfindlich auf Verunreinigungen wie Kohlenmonoxid und Schwefel. Sie benötigt einen aufwendig geregelten Betrieb für den Feuchtigkeitshaushalt der Zelle.

Die SOFC arbeitet bei einer Betriebstemperatur von 900°C. Damit verbunden sind sehr hoher Anforderungen an die Materialien. Außerdem sind die mechanischen Spannungen zwischen verschiedenen Materialien erheblich während des Temperaturhochlaufs oder der Abkühlung. Auf der anderen Seite hat die hohe Temperatur den Vorteil, dass die Erdgasreformierung teil des Brennstoffzellensystems ist. Die Zelle reagiert unempfindlicher gegen Verunreinigungen in Wasserstoff und in der Luft.

In einem Betriebsgebäude der HSE in Heppenheim wurde ein Brennstoffzellenheizgerät der Firma Sulzer-Hexis des Typs "HXS 1000 PREMIERE" im Mai 2004 installiert. Ein zweites Heizgerät gleichen Types wurde im Januar 2005 in einem Mehrfamilienhaus in Darmstadt installiert. Die Systeme sind für den Einsatz mit Erdgas konzipiert. Die Brennstoffzellen sind vom Typ SOFC. Die Brennstoffzellensysteme decken den gesamten Wärmebedarf sowie den Stromgrundbedarf eines Einfamilienhauses ab (Netz-Parallelbetrieb). Sie ersetzten die konventionellen Gasheizgeräte.

Der Zellstapel (Stack) erzeugt eine elektrische Leistung von 1 kW. Die neben Strom anfallende Wärme wird ausgekoppelt, einem Wasserspeicher zugeführt und kann für Heizzwecke oder Brauchwarmwasser verwendet werden. Auf diese Weise wird das Potenzial der Brennstoffzelle zur gleichzeitigen Strom- und Wärmeerzeugung ausgeschöpft. Das Erdgas kann somit effizienter genutzt werden als bei der konventionellen Kombination zentraler Elektrizitätswerke mit dezentraler Hausheizung. Ein modularer Zusatzbrenner schaltet bei höherem Wärmebedarf automatisch zu. Die gesamte Wärmeversorgung eines Eigenheims ist auf diese Weise gewährleistet.