Wasserstoff im Eigenheim

Es gibt noch einen Bereich, in dem die Wasserstoff-Technologie allmählich an Boden gewinnt: bei der dezentralen Produktion von Wärme und Strom für Gebäude. Die Energie des Gases kann dabei über Brennstoffzellen in Strom und Wärme umgewandelt werden oder man mischt den Wasserstoff dem Stadtgas bei und nutzt ihn so direkt als Brennstoff.

Moderne Brenstoffzellenheizungen sind nicht größer als herkömmliche Anlagen. © Bautsch/ gemeinfrei

Strom und Wärme aus der Brennstoffzelle

Als besonders zukunftsträchtig gelten Brennstoffzellenheizungen. Denn durch die Kopplung von Wärme- und Stromproduktion können sie hohe Wirkungsgrade erreichen – typischerweise liegen sie zwischen 85 und 95 Prozent. Damit sind solche Heizungen beispielsweise effizienter als klassische Erdgasheizungen mit Kraft-Wärmekopplung. „Solche auf Brennstoffzellen basierende Systeme haben eine höhere elektrische Effizienz und niedrigere Emissionen als jedes andere System zur kombinierten Wärme- und Stromproduktion“, erklärt der Wasserstoffexperte Ian Staffell vom Imperial College London.

Nachdem die Brennstoffzellenheizung lange ein teures Nischenprodukt war, ist sie inzwischen von nahezu jedem größeren Heizungsbauer erhältlich. Die Kosten sind heute dank höherer Stückzahlen auf rund 30.000 Euro samt Einbau und Zubehör gesunken. In Deutschland gibt es zudem seit 2016 staatliche Zuschüsse. Expertenangaben zufolge ist die Brennstoffzellenheizung vor allem für Ein- und Zweifamilienhäuser oder für Kleingewerbe geeignet, dank ihrer kleinen Stellfläche von nur einem Quadratmeter hat sie fast jedem Keller Platz.

Schon jetzt sind weltweit knapp 300.000 solcher Brennstoffzellenheizungen installiert – ein Großteil davon in Japan. Dort wird diese Technologie schon seit längerem staatlich gefördert, bis 2030 sollen dort sogar schon mehr als fünf Millionen Haushalte mit dieser Technik beheizt werden. Aber auch in Deutschland arbeiten schon mehr als tausend solcher Heizungen – Tendenz rapide steigend.

Wie funktioniert die Brennstoffzellenheizung?

Typischerweise wird die Brennstoffzellenheizung nicht direkt mit Wasserstoff betrieben. Stattdessen dient meist Erdgas als Rohstoff, das in der Heizungsanlage durch Dampfreformierung in Wasserstoff und Kohlendioxid zerlegt wird – völlig emissionsfrei ist das Ganze daher bislang nicht. Dafür hat dies den Vorteil, dass solche Heizungen schon jetzt einfach an bestehende Gasnetze angeschlossen werden können.

Noch besser allerdings wäre es, den Wasserstoff nicht aus einem fossilen Brennstoff, sondern aus erneuerbaren Energien zu gewinnen. Tatsächlich gibt es bereits erste Systeme, die Solarmodule und Brennstoffzellen kombinieren. Die Photovoltaik produziert dabei Strom für den Haushalt, aber auch zur internen Wasserstoffproduktion. Dieser wird über eine Elektrolysezelle aus Wasser erzeugt und füllt einen Tank auf. Von den laufend ergänzten Gasvorräten zehrt dann die Brennstoffzelle – vor allem im Winter, wenn der Solarstrom weniger wird. Noch allerdings ist dieses Kombisystem mit gut 50.000 Euro nicht wirklich günstig. Aber auch hier rechnen Experten mit schon bald deutlich sinkenden Kosten.

Wasserstoff kann im Stadtgasnetz dem Erdgas beigemischt und ganz normal verbrannt werden. © Germanovich/ iStock.com

Wasserstoff im Stadtgas

Eine andere Variante, Wasserstoff für die Versorgung von Haushalten zu nutzen, ist eine Beimischung zum Stadtgas. Der Wasserstoff wird dann zusammen mit dem Erdgas ganz normal in Herden oder Heizungen verbrannt. Dadurch sinkt zwar die Energiedichte des Stadtgases insgesamt ein wenig, dafür verringert dies die CO2-Emissionen. Neu ist diese Idee allerdings nicht: Im 19. Jahrhundert wurde Stadtgas meist durch Kohlevergasung hergestellt und bestand daher zu rund 50 Prozent aus Wasserstoff.

Ein so hoher Wasserstoffanteil ist allerdings heute nicht mehr überall möglich, weil Wasserstoff Gasleitungen aus den meisten Metallen angreift, wodurch sie schneller korrodieren. Kunststoffleitungen oder spezieller Edelstahl dagegen sind unempfindlich. Wie hoch der Wasserstoffanteil sein darf, ohne dass die Leitungen zu stark leiden, wird zurzeit in mehreren Projekten getestet.

Im Mainzer Stadtteil Ebersheim werden dem Stadtgas schon seit 2017 rund zehn Prozent Wasserstoff beigemischt – bislang erfolgreich. In Großbritannien testen Wissenschaftler der Keele University zurzeit die Machbarkeit einer Beimischung von 20 Prozent Wasserstoff im Leitungsnetz des Unicampus. In der britischen Stadt Leeds, in Irland und Australien laufen aber auch bereits Projekte mit höheren Wasserstoffanteilen.