Heizen mit Brennstoffzelle / Wasserstoff

[andreas.toscan]

Hallo Zusammen

Meine Partnerin und ich beziehen bald ein Haus, in dem noch eine Oelheizung installiert ist. Diese würden wir gerne mittelfristig ersetzen und haben uns hierzu Gedanken gemacht. Folgendes habe ich zu Brennstoffzellenheizungen gefunden und zusammengetragen:
-----
Brennstoffzellenheizungen gelten als eine zukunftsweisende Technologie im Bereich der Heizsysteme. Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizungen, die auf der Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie Gas oder Öl basieren, erzeugen Brennstoffzellenheizungen Wärme und Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff. Dadurch bieten sie eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Heizsystemen.

Vorteile von Brennstoffzellenheizungen:

1. Hohe Effizienz: Brennstoffzellenheizungen wandeln Wasserstoff in Wärme und Strom um und erreichen dabei einen Wirkungsgrad von bis zu 90%. Im Vergleich dazu haben herkömmliche Heizungen einen Wirkungsgrad von etwa 80%. Dies führt zu einem geringeren Energieverbrauch und damit auch zu niedrigeren Heizkosten.
2. Niedrige Emissionen: Da Brennstoffzellenheizungen auf Wasserstoff basieren, stoßen sie bei der Verbrennung nur Wasserdampf und keine schädlichen Emissionen wie CO2 oder Stickoxide aus. Dadurch leisten sie einen Beitrag zum Klimaschutz und zur Verbesserung der Luftqualität.
3. Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen: Brennstoffzellenheizungen können mit Wasserstoff betrieben werden, der aus erneuerbaren Quellen wie Wind- oder Solarenergie gewonnen wird. Dadurch reduzieren sie die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und tragen zur Energiewende bei.
4. Stromerzeugung: Brennstoffzellenheizungen erzeugen nicht nur Wärme, sondern auch Strom. Der erzeugte Strom kann entweder direkt im Haus genutzt oder ins Stromnetz eingespeist werden. Dadurch können Verbraucher Stromkosten sparen und gleichzeitig zur Erzeugung erneuerbarer Energien beitragen.

Kosten von Brennstoffzellenheizungen:

Die Kosten für eine Brennstoffzellenheizung hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Größe der Heizung, der Leistungsfähigkeit und der Installationskosten. In der Regel liegen die Kosten für eine Brennstoffzellenheizung zwischen 30'000 und 50'000 Franken. Dies mag auf den ersten Blick teuer erscheinen, aber es gibt verschiedene Förderprogramme und Finanzierungsmöglichkeiten, die den Kauf einer Brennstoffzellenheizung unterstützen.

Zusätzlich können Brennstoffzellenheizungen langfristig Kosten einsparen, da sie sehr effizient arbeiten und die Energiekosten senken können. Auch die Möglichkeit der Stromerzeugung kann langfristig zu Einsparungen führen.

Fazit:

Brennstoffzellenheizungen bieten viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Heizsystemen. Sie sind effizient, umweltfreundlich und ermöglichen die Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Obwohl die Anschaffungskosten höher sind als bei herkömmlichen Heizungen, gibt es verschiedene Förderprogramme und Finanzierungsmöglichkeiten, die den Kauf einer Brennstoffzellenheizung erleichtern.
-----
Nun meine Frage: Gibt es hier im Forum bereits Erfahrungen mit Brennstoffzellenheizungen oder hat sich sonst wer schon mit diesem Thema beschäftigt? Was mich natürlich am meisten fasziniert ist die Tatsache, dass man damit auch einigermassen unabhängig von Wind und Wetter Strom produzieren kann.

Liebe Grüsse
Tosci

 

[pitw]

Beschäftigt, ja. Es wird wohl die Zukunft, auch in der näheren, Energiegewinnung in autarken Häuser sein. Der eigentliche Kostenpunkt ist die Brennstoffzelle. Erwartet wird für diese eine rechnerische Betriebsdauer von rund 10 Jahren . Die Leistung, ist bei korrekter Berechnung kein Problem. 700V bei Unmengen Ampere (~1A je cm2 Elektrodenfläche) bringen Brennstoffzellen im PW-Bereich. Da sollte es auch für die Ladestation des PW ausreichen, wenn man noch kein Wasserstoff PW hat. Man kann, je nach Wasserstoffreserven ein Haus völlig autark betreiben, wenn man ausreichend Fotovoltaikstrom beziehen kann. Denn aus diesem Überschuss soll ja Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugt werden. Ist der Elektrolyseur bei den Kosten mit dabei? Diese müsste auch ausreichend Wasserstoff erzeugen. Wie lange man durchhält ist eine Frage des Wasserstoffspeichers, und wie viel du selbst erzeugen kannst. Für den Speicher braucht es zur Sensorik einen Platz im freien, damit bei Undichtigkeiten der Wasserstoff sich verflüchtigen kann. Im Gebäude selbst sollte man im Bereich wo mit Wasserstoff gearbeitet eine redundante Sensorik haben, welche beim Ansprechen die Vorratsflaschen schliesst.

Gruss Pit

 

[muraxi9001]

Ich hab gehofft der Chatbot gebe hier eine Einschätzung. Leider Nein.
Wirklich: ich war neugierig.

 

[andreas.toscan]

ich habe das thema eröffnet, bevor er im einsatz war

 

[andreas.toscan]

Hallo @pitw

Ich denke eben auch, dass diese Technologie viel Potenzial hat. Nun kann man ja den Wasserstoff mit Photovoltaik "produzieren" - dies bedingt dann aber auch, dass man ein PV-Anlage hat. Ich habe gelesen, dass man auch mit Erdgas, Wasserstoff produzieren könnte - frage mich aber dann wie effizient das ist und ob es Sinn macht, denn dann ist man ja wieder von fossilen Brennstoffen abhängig.

LG
Tosci

 

[pitw]

Produzieren kann man auch mit Methanol, Ethanol, Ammoniak. Alles liesse sich auch relativ umweltschonend herstellen. Man muss es halt bevorraten, die Preise sollten erträglich sein, und es benötigt ausreichend Nachschub. Einige Brennstoffzellen (Ausführungen) können die Substanzen direkt, ohne Umwandlung zu Wasserstoff versorgen. Man sollte also bei der Brennstoffzelle den passenden Typ nehmen. Welcher das aktuell ist weiss ich allerdings auch nicht. Eine mit Wasserstoff betriebene, hätte evt. den Vorteil, das man eine Vorstufe zur Umwandung in Wasserstoff auch nachträglich einbauen könnte. Eine z.B. Ammoniakbetriebene (Kohlenstoffhaltige Brennstoffe) kann allerdings mit reinem Wasserstoff wenig bis nichts anfangen.
Hast du denn ein Produkt im Auge, was man sich dann technisch genauer ansehen kann?

Gruss Pit

 

[pitw]

Ich hab gehofft der Chatbot gebe hier eine Einschätzung. Leider Nein.

Kurz OT. Nachdem mir die Bing AI mitgeteilt hat, dass 99.9% der Erderwärmung ausschliesslich auf den Menschen zurückzuführen ist, weiss ich wie ich eine AI im Moment einschätzen muss

Gruss Pit

 

[andreas.toscan]

Naja, wenn Du die Frage hier stellen würdest und ein Grüner anwesend wäre, würde er wohl dasselbe antworten ;D Man muss sich - egal von wem die Antwort kommt - halt immer noch selbst fragen, ob und wieviel man glauben will ;-)

 

[Häusseler]

Ich kenne niemand der eine Brennstoffzellenheizungen einsetzt.
Knackpunkt ist meines Wissens immernoch die Erzeugung des Wasserstoffes selbst. Der Wirkungsgrad der Wasserstofferzeugung ist gegenüber der Batteriespeicherung viel schlechter. Das heisst: Überschüssigen Strom der PV-Anlaga speichert man besser in einer Batteriezelle als damit Wasserstoff für die Heizung zu erzeugen. Und mit der Batterie betreibt man im besten Fall eine Erdsondeheizung, wenn einem Off-Grid wichtig ist.

 

[Matia]

Eine generelle Frage:
Wie wird bei einer Brennstoffzellenheizung die Wärme erzeugt? Nur als Abfallprodukt der Verbrennung/Stromgeneration? Ein allgemeiner Wirkungsgrad über Erzeugung und Verbrennung wäre spannend.

 

[eggen]

Ich will keine Werbung machen, habe auch nichts davon, ich weiss nur dass "e3dc" solche Anlagen vertreibt und viel nachzulesen ist. Wenn es so nicht iO ist, bitte löschen.

 

[pitw]

Der Wirkungsgrad der Wasserstofferzeugung ist gegenüber der Batteriespeicherung viel schlechter

Erst einmal die Frage, von welchem Wirkungsgrad du bei der Wasserstoffproduktion sprichst. Faraday-Wirkungsgrad, Spannungswirkungsgrad, DC Wirkungsgrad, System/Anlagen-Wirkungsgrad? Mit modernen Elektrolyseuren ist ein Wirkungsgrad, bezogen auf den den Brennwert, von rund 90% möglich. Funktion eines Elektrolyseures: Gleichstrom ins Wasser-> Wasserstoff. Weiss nicht wo es da ein Knackpunkt geben soll. Mit einer Batteriezelle wirst du wohl kaum autark über den Winter kommen. Wasserstoff wird vorwiegend in den Sommermonaten erzeugt und gespeichert. Verbraucht wird dieser dann im Winter, wenn die solare Leistung nicht ausreicht.

Nur als Abfallprodukt der Verbrennung/Stromgeneration?

Genau so ist es . Niedrigtemperaturbrennstoffzellen haben eine "Betriebs"-Temperatur/Abwärme von 80-200°C. Das genügt sowohl für die Heizung, als auch für die Warmwasseraufbereitung. Am Ende ist es eine Frage wie die Gerätehersteller dies umsetzen.

ich weiss nur dass "e3dc" solche Anlagen vertreibt und viel nachzulesen ist

Was hat die Firma mit Wasserstoff zu tun, habe ich da etwas übersehen?

Gruss Pit

 

[Häusseler]

Also Strom->Wasserstoff->Verbrennen = 90% vom aufgewendete Strom in Heizenergie umgewandelt?
Das wär schon recht gut.

 

[muraxi9001]

Kaum. Pitw hat oben explizit vom Brennwert gesprochen. Strom hat wohl keinen Brennwert. Der erste Google Treffee erwähnt einen Wirkungsgrad von ca 40% für solch ein System.
Hier noch ein Foto

 

[pitw]

Stimmt, ich habe vom Brennwert gesprochen. Habe mein Wissensstand einmal, bezüglich der elektrischen Energie, aktualisiert.
Zu deiner Darstellung muss man wissen, dass Volkswagen Wasserstofffahrzeuge nach aussen hin verabscheut, und eindeutig sich zu Akku betriebenen Fahrzeugen bekannt hat. Weiter werden in Fahrzeugen andere Brennstoffzellentypen verbaut. Auch die % Angabe der Elektrolyse entsprechen, eigentlich schon längere Zeit, nicht mehr dem Stand der Technik. Der Punkt für Transport und Befüllen würden bei Eigenproduktion entfallen.
Ersetzt oder Entfernt man die entsprechenden Daten für eine lokale stationäre Anlage, komme ich auf folgendes.
Strom 100% -> Elektrolyse 98% (Link) -> Kompression&Verflüssigen 61.6% -> Tranport&Befüllung 0% -> Brennstoffzelle 40% = ~70-75% Gesamtwirkungsgrad elektrische Energie.
Was natürlich aktuell noch nicht heisst, dass alles aktuell im Wohnungsbau so möglich, und vor allem verfügbar ist. ist. Es gibt aber einen Blick in die nähere Zukunft. Es gibt auch schon Ersatzmöglichkeiten für die Kompression, welche effizienter wären, und auch die Brennstoffzellentechnologie wird sich fortentwickeln, vor allem was die Lebensdauer, und auch das Recycling, oder die Aufbereitung betrifft.

Gruss Pit

 

[Matia]

Wie kommst du von den 40% auf den Gesamtwirkungsgrad? Und die zweite Frage bezüglich der Heizfrage ist, wieviel Wärme auf diesem Prozess anfällt, welche dann wiederum (zumindest theoretisch) zum Heizen verwendet werden könnte.

 

[pitw]

Das mit den 40% kann ich dir nicht beantworten. Allerdings muss man bei der Darstellung schon darauf achten, dass man mit den %-Zahlen auch auf Anhieb rechnen kann. Ich brauchte auch etwas Zeit um es zu verstehen. Bei der Produktion der elektrischen Energie, bzw. beim Betrieb einer Brennstoffzelle entstehen die von mir ober beschriebenen Temperaturen also 80-200°C bei Niedrigtemperaturzellen. Und ja, es lässt sich problemlos zum Heizen verwenden. Eigentlich braucht man dazu nur einen Wärmetauscher, und eine Pumpe. So allgemein zur Info: Alles so punktgenau in % auszudrücken ist eh nicht möglich. Zum einen sind da die verfügbaren Quellen nie eindeutig, dann gibt es unterschiedliche möglichen Technologien, und dann noch das "tunen" von Zahlen, je nach Verfasser. Meine Zahlen stellen, so gut wie möglich, den aktuellen Stand der Technik dar, ob, und ob überhaupt irgendetwas in die Häuser kommt ist eine Frage der Firmen, der politischen Windrichtung, NGO's, und den Lobbyisten aller Fraktionen. An der Machbarkeit und Effizienz liegt es eher nicht, wenn man denn will.
Gruss Pit

 

[Pustwa]

Ein einzelnes Teil eines Gesamtsystems mit hohem Wirkungsgrad zu bewerben ist in Zeiten in denen jeder das Wort Energieeffizienz kennt sehr beliebt geworden. Da muss man schon aufpassen, dass man das grosse Ganze nicht aus den Augen verliert. Und da muss man dann auch die Anforderungen genau spezifizieren. Wenn ein Saisonspeicher für die selbst geerntete Energie benötigt wird, dann kommt man im Moment trotz schlechterem Wirkungsgrad am Wasserstoff vermutlich nicht vorbei. Vor allem, wenn man nicht nur Wärme (Jenni Speicher) sondern auch Elektrizität speichern möchte. Und da wird dann die Sache mit der Brennstoffzelle schon interessant, weil Strom eine sehr hochwertige Energieform ist und für viel mehr als nur zum Heizen verwendet wird. Strom wird daher wohl auch in Zukunft eine der teuersten Energieformen bleiben, was Investitionen in diesem Bereich interessant machen kann.
Ich persönlich habe aktuell kein Bedürfnis nach einem Saisonspeicher, daher warte ich die Entwicklung beim Wasserstoff neugierig ab und bleibe bei der Wärmepumpe und dem Strom vom Dach, bzw. aus der Steckdose.
Da die Wärmepumpe der Umgebung Wärme entzieht, wird sie immer effizienter sein als eine Wasserstoffheizung. Aber das funktioniert natürlich nur, solange der Strom dafür vorhanden ist. Spannend wäre, wenn mit dem aus der Brennstoffzelle erzeugten Strom eine Wärmepumpe betrieben werden würde. Bei den heutigen Dämmungen der Häuser macht das aber Zuhause keinen Sinn. Höchstens in der Industrie wo eine grosse Menge an Prozesswärme benötigt wird.
Kennt Ihr Hydrospider? Die bauen Elektrolyseanlagen neben Wasserkraftwerke und pumpen den Wasserstoff in Schiffscontainer. Das könnte ein zukunftsfähiges Konzept sein, um die Energie im Wasserstoff zu lagern und per Bahn an den benötigten Ort zu befördern.
Ich denke im Moment ist immer noch die Haltbarkeit der Brennstoffzellen-Membran ein Problem. Die Forschung/Entwicklung steckt immer noch in den Kinderschuhen, ich denke es ist noch ein paar Jahre zu früh für die Brennstoffzelle im Standardhaushalt. Was mich zu der Frage führt: Gibt es Blockheizkraftwerke, welche mit Wasserstoff betrieben werden können? Da müssten wir doch eigentlich mit der Technologie weiter sein und die produzieren auch Wärme und Strom.

 

[pitw]

Gibt es Blockheizkraftwerke, welche mit Wasserstoff betrieben werden können?

Ja, gibt es z.B. hier (link), die Energiequelle ist aber Erdgas und Luft, diese werden dann in Wasserstoff umgewandelt. Technisch betrachtet, kannst du aber auch deutsche U-Boote der Klasse 212A nehmen, welche aber auch noch zusätzlich über andere "Energielieferanten" verfügen.
Es ist also durchaus möglich.
Die reine Elektrolyse stellt eigentlich kein grosses Problem mehr dar. Eher das Komprimieren und der Transport. Aber auch da gibt es Möglichkeiten. z.B das Binden des Wasserstoffs an ein "Gel", welches dann durch Erwärmen sich wieder ohne gefährlich Rückstande in Wasserstoffgas umwandelt. Dazu kann überschüssige Wärmeenergie der Brennstoffzelle verwendet werden. Und ja, Wärmepumpen werden wir noch länger haben. Nur wird der Strom natürlich nicht günstiger, wenn man ihn verknappt, wie die aktuell in D der Fall ist.
Gruss Pit

 

[Matia]

Da die Wärmepumpe der Umgebung Wärme entzieht, wird sie immer effizienter sein als eine Wasserstoffheizung. Aber das funktioniert natürlich nur, solange der Strom dafür vorhanden ist. Spannend wäre, wenn mit dem aus der Brennstoffzelle erzeugten Strom eine Wärmepumpe betrieben werden würde. Bei den heutigen Dämmungen der Häuser macht das aber Zuhause keinen Sinn. Höchstens in der Industrie wo eine grosse Menge an Prozesswärme benötigt wird.

Deswegen würde mich der Wirkungsgrad bezüglich heizen interessieren.