Brennstoffzellen-Heizung: Kosten, Funktion und Nutzen

Eine Brennstoffzellen-Heizung erzeugt Wärme und Strom mithilfe von Wasserstoff. Für welche Haushalte das Heizen mit Brennstoffzelle sinnvoll sein kann und wie viel es kostet.

• Brennstoffzellen-Anlagen sind teurer als andere Heizsysteme, aber auch effizienter

• Was fürs Heizen mit Brennstoffzelle nötig ist und für welche Haushalte es sich eignet

• Förderung der Anlage und Zuschüsse für Stromverbrauch und -einspeisung möglich

Was ist eine Brennstoffzellen-Heizung?

Eine Brennstoffzellen-Heizung produziert nicht nur Wärme, sondern auch Strom. Dazu macht sie sich die sogenannte Kraft-Wärme-Kopplung zunutze. Strom und Wärme erzeugt sie dabei im ähnlichen Verhältnis. Das besondere an der Technik ist, dass sie zwar Gas nutzt, es aber nicht auf dem üblichen Weg verbrennt. Sie arbeitet nicht nur sauber, sondern auch leise.

Je nach Be­darf und Grö­ße der Im­mo­bi­lie gibt es Ge­räte mit verschiedenen Leistungsklassen. Brennstoffzellen gibt es als Kombi-Anlagen mit integrierter Gas-Brennwerteinheit oder als Beistellgeräte, zum Beispiel zur Einbindung in ein vorhandenes Heizsystem. Im Vergleich zu anderen Heizsystemen sind sie deutlich effizienter, allerdings auch teurer. Durch Förderung und Zuschläge kann man sich die Investitionskosten allerdings teilweise wieder zurückholen.

So funktioniert Heizen mit Brennstoffzelle

Die Wärme- und Stromproduktion der Brennstoffzelle gelingt durch einen elektrochemischen Prozess. Dabei reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft. Der Wasserstoff wird aus Erdgas oder Biogas im sogenannten Reformer des Geräts mithilfe von Wasserdampf gewonnen. Bei dieser Reaktion entstehen deutlich weniger CO₂-Emissionen als bei einer herkömmlichen Verbrennungsheizung. Am Ende bleibt nur Wasser übrig.

Die elektrische Energie wird als Gleichstrom aus der Brennstoffzelle geleitet und über einen integrierten Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt. Er kann im Haushalt genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist werden. Die thermische Energie wird über einen Wärmetauscher an einen Heizwasser-Pufferspeicher abgegeben und zur Erwärmung des Trinkwassers oder des Heizkreises genutzt.

Brennstoffzellen sind eine der ef­fi­zien­tes­ten Hei­zungs­arten, um Ener­gie für das Ei­gen­heim zu pro­du­zie­ren. Der Wirkungsgrad einer Brennstoffzellen-Heizung beträgt etwa 90 Prozent, je nach Modell etwas mehr. Der Wert gibt an, wie viel der zugeführten Energie in Wärme umgewandelt wird. Im Vergleich dazu liegt der Wirkungsgrad klassischer Öl- und Gasheizungen im Schnitt bei circa 80 Prozent, bei älteren Modellen darunter.

Brennstoffzellen-Heizungen sind für den Dauerbetrieb ausgelegt und können den täglichen Grundbedarf an Wärme und Strom in einem Ein- oder Zweifamilienhaus abdecken. Dadurch lassen sich die Kosten für Heizen und Strom nach Herstellerangaben um 40 bis 50 Prozent senken. Haushalte machen sich zudem unabhängiger von den schwankenden Energiemarktpreisen. Nur wenn mehr Leistung nötig ist, springt der zusätzliche Heizkessel ein, und der Haushalt benötigt Strom aus dem öffentlichen Netz.

Voraussetzungen für die Heizalternative

Die wichtigste Voraussetzung für das Brennstoffzellen-System ist ein Gasanschluss im Haus. Ist dieser nicht vorhanden und ein Nachrüsten zu aufwendig oder teuer, kann die Heizung auch mit Flüssiggas betrieben werden. Jedoch ist dafür eine Tankanlage erforderlich, die auch einiges kostet.

Wer ei­ne Ein­spei­sever­gü­tung vom Netz­be­trei­ber erhalten will, muss nachweisen können, wie viel überschüssiger Strom in das öf­fent­li­che Netz ein­ge­speist wird. Dafür sollte ein Zwei­richtungszäh­ler am Haus­an­schluss in­stal­liert sein. Zu­dem ist ein wei­te­rer Zäh­ler di­rekt am Ge­rät nötig, der die Men­ge des selbst er­zeug­ten Stroms misst und somit eine För­de­rung nach dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz er­mög­licht. Er ist oft schon integriert.

Wichtige Komponenten für den Heizbetrieb sind ein Spitzenlastkessel und ein Pufferspeicher für Warmwasser. Ersterer unterstützt das System bei der Abdeckung eines erhöhten Wärmebedarfs im Winter. Als zusätzliches Gasheizgerät springt der Spitzenlastkessel ein, wenn der Wärmebedarf über die von der Brennstoffzelle gelieferte Energie hinausgeht. Für den entgegengesetzten Fall gibt es den Pufferspeicher. Er sorgt dafür, dass überschüssig produzierte Wärme über einen gewissen Zeitraum gespeichert werden kann. Als Trägermedium kommt Wasser zum Einsatz.

Stromspitzen müssen über das öffentliche Netz abgedeckt werden. Alternativ kann man einen Stromspeicher installieren, der erzeugte Überschüsse bis zum nächsten Tag zwischenspeichert.

Kosten beim Heizen mit Brennstoffzelle

Für die Anschaffung einer Brennstoffzellen-Heizung sollten Sie mindestens 20.000 bis 25.000 Euro kalkulieren. Hinzu kommen Aufwendungen für die Installation der Anlage sowie das Zubehör. Dazu zählen ein Wärmespeicher, ein Spitzenlastkessel und unter Umständen das Nachrüsten eines Gasanschlusses. Insgesamt beläuft sich der Heizungstausch somit auf 30.000 bis 35.000 Euro oder mehr. Damit ist die Anschaffung teurer als zum Beispiel bei einer Gasheizung oder einer Ölheizung.

Die laufenden Betriebskosten hängen von vielen Faktoren ab. Unter anderem von der Effizienz der Anlage. Über den Daumen gepeilt lassen sich mit einer Kilowattstunde Erdgas ungefähr 0,4 Kilowattstunden Strom und 0,5 Kilowattstunden Wärme erzeugen. Damit der Betrieb der Brennstoffzellen-Heizung wirtschaftlich sinnvoll ist, sollten Sie mit einem Gasverbrauch von mindestens 10.000 und 12.000 Kilowattstunden im Jahr rechnen. Dadurch ließen sich 5000 bis 6000 Kilowattstunden Wärme und 3750 bis zu 4500 Kilowattstunden Strom im Jahr produzieren.

Beispielberechnung:

Vier Personen in einem Einfamilienhaus haben einen Wärmebedarf von 8000 Kilowattstunden pro Jahr. Um den zu decken, verbraucht eine Brennstoffzellenheizung mit üblicher Energieumwandlung 16.000 Kilowattstunden Gas pro Jahr (Formel: 8000 kWh / Faktor 0,5 = 16.000 kWh). Dabei erzeugt sie gleichzeitig 6400 kWh Strom (Formel: 16.000 kWh x Faktor 0,4 = 6400 kWh).

Bei einem Gaspreis von 9,24 Cent pro Kilowattstunde (Stand August 2024) entstehen also Betriebskosten von 1478,40 Euro pro Jahr. Zusätzliche Gaskosten können beim Betrieb des Spitzenlastkessels anfallen, wenn der Haushalt mehr Wärme benötigt, als die Brennstoffzelle erzeugen kann. Hinzu kommen Kosten für die Wartung von 400 bis 800 Euro im Jahr.

Da der Strom aus der Anlage meist nicht komplett im Haushalt verbraucht wird, geben Hersteller eine Quote von 60 Prozent an (ohne Stromspeicher). Im Beispielfall wären das umgerechnet 3840 Kilowattstunden. Bei einem Strompreis von 42,22 Cent pro Kilowattstunde (Durchschnitt im ersten Halbjahr 2024) springt eine Ersparnis von 1621 Euro heraus. Anschaffungskosten von 30.000 Euro hätten sich durch die Stromeinsparung innerhalb von gut 19 Jahren amortisiert (ohne Förderung).

Förderung für Brennstoffzellen-Heizung

Die staatliche KfW-Bank bezuschusst beim Kauf und Einbau einer neuen, klimafreundlichen Heizung bis zu 70 Prozent der förderfähigen Kosten. Dies ist Teil der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) und ein Anreiz zur Anschaffung einer Brennstoffzellen-Heizung.

Die Grundförderung für private Eigentümerinnen und Eigentümer, die ihr Haus selbst bewohnen, deckt 30 Prozent der Investitionskosten ab. Wer seine alte Heizung bis Ende 2028 austauscht, kann einen Geschwindigkeitsbonus von 20 Prozent beantragen. Für Haushalte mit Eigenheim und einem Gesamteinkommen bis 40.000 Euro pro Jahr kommt ein Einkommensbonus von 30 Prozent dazu.

Voraussetzungen für die BEG-Förderung einer Brennstoffzellen-Heizung sind unter anderem:

• Ihre Brennstoffzellen-Heizung darf nur mit Biomethan (kann über herkömmlichen Gasanschluss bezogen werden), grünem Wasserstoff (Produktion aus Wasser mittels Elektrolyse, Strom aus erneuerbaren Energien) oder blauem Wasserstoff (Produktion aus Erdgas mit Speicherung/Bindung von Kohlenstoffdioxid) genutzt werden.

• Sie müssen die Brennstoffzellen-Heizung in das gesamte Wärme- und Stromnetz Ihres Gebäudes einbinden.

• Zur Inbetriebnahme muss ein Gesamtwirkungsgrad von mindestens 82 Prozent und ein elektrischer Mindestwirkungsgrad von 32 Prozent erreicht werden.

Sind die Fördermaßnahmen durchgeführt, müssen die von der Brennstoffzellen-Heizung versorgten Wohneinheiten zu mindestens 65 Prozent durch erneuerbare Energien beheizt werden.

Zuschlag und Vergütung nach KWKG

Da es sich bei der Brennstoffzellen-Heizung um eine Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlage (KWK) handelt, fällt sie unter das KWKG (Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz). Egal, ob der Strom selbst genutzt oder ins öffentliche Netz eingespeist wird: Es gibt für jede erzeugte Kilowattstunde einen staatlichen KWK-Zuschlag. Die Hö­he der Zah­lun­gen hängt zum ei­nen von der Leis­tung der An­la­ge und zum an­de­ren da­von ab, ob der Strom selbst ge­nutzt wird (bis 50 kW: 0,04 €/kWh) oder ein­ge­speist (bis 50 kW: 0,08 € /kWh). Auch die Dauer der Zahlung ist geregelt. Für neue KWK-Anlagen ist der Zuschlag zum Beispiel auf 30.000 Vollbenutzungsstunden begrenzt.

Der zuständige Netzbetreiber vergütet darüber hinaus den Strom aus der Brennstoffzellen-Heizung, der in sein Netz eingespeist wird. Nach dem Kraft-Wärme-Kopplung-Gesetz wird der marktübliche Strompreis als Basis für die Einspeisevergütung von KWK-Anlagen herangezogen. Abgebildet ist er im KWK-Index, der im Jahr 2024 bislang im Schnitt bei 0,07 €/kWh gelegen hat.

Voraussetzung für den KWK-Zuschlag ist eine Zulassung der Anlage durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle. Sowohl die gesetzliche Förderung für eingespeisten als auch die für den selbst verbrauchten Strom sind nicht mit anderen Investitionszuschüssen kombinierbar.

Wann lohnt sich diese Heizungstechnik?

Eine Brennstoffzellen-Heizung lohnt sich nur bei einer hohen jährlichen Laufzeit. Die jährlichen Einsparungen bei den Strom- und Heizkosten amortisieren die hohen Investitionen, wenn ein ausreichend großer und möglichst konstanter Energiebedarf besteht. Wirtschaftlich sinnvoll kann die Nutzung in Haushalten mit mehr als zwei Personen in Ein- oder Zweifamilienhäusern sein. Die Initiative Brennstoffzelle hält einen Wärmebedarf für Heizung oder Warmwasser ab 10.000 Kilowattstunden im Jahr für geeignet. Der Strombedarf sollte zudem nicht zu niedrig sein.

Für die Wirtschaftlichkeit der Anlage ist es wichtig, dass Wärme- und Strombedarf nicht zu weit auseinanderklaffen. Die Hersteller empfehlen daher den Einsatz im Neubau und modernisierten Gebäudebestand. In einem schlecht isolierten Altbau lohnt sich eine Brennstoffzellen-Heizung nicht, weil der Wärmebedarf viel höher ist als der Strombedarf. Im gut sanierten Altbau hingegen kann eine Brennstoffzellen-Heizung durchaus sinnvoll sein und sogar eine bessere Alternative als beispielsweise eine Wärmepumpe.

Ob sich eine Brennstoffzellen-Heizung lohnt, hängt auch davon ab, ob man eine Förderung erhält. Entscheidend ist hierbei vor allem die flächendeckende Versorgung mit Biomethan sowie grünem oder blauem Wasserstoff, die noch nicht immer gegeben ist. Auch die Zahlungen, die es für die Stromerzeugung und -einspeisung mittels Brennstoffzellen-Heizung gibt, sind bei der Kalkulation zu berücksichtigen. Entscheidend ist nicht zuletzt, die Leistungsgröße und Dimensionierung der Brennstoffzellen-Heizung und die Komponenten passend zum Haushaltsbedarf zu planen.