Wie funktioniert eigentlich eine Brennstoffzellen-Heizung?

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Wasserstoff stellt eine mögliche Zukunftsperspektive einer nicht-fossilen künftigen Energieversorgung der Menschheit dar. Der Wasserstoff könnte dabei elektrolytisch aus photovoltaisch erzeugtem Gleichstrom gewonnen werden.

Eine wesentliche Anwendung der Wasserstofftechnologie, die vor allem für die Raumheizung interessant sein könnte, ist die Brennstoffzelle. Mit ihr lässt sich nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung mit hohem elektrischen Wirkungsgrad Strom erzeugen, wobei die gleichzeitig entstehende Wärme zur Heizung genutzt werden kann.

In einer Brennstoffzelle wird vollkommen geräuschlos und ohne mechanisch bewegte Teile Wasserstoff und Luftsauerstoff miteinander verbrannt ("kalte Verbrennung"), wobei als Endprodukt Wasser entsteht.

Der Vorteil liegt in der Speicherfähigkeit des Wasserstoffs, dem hohen Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung von 40 % und in der Umweltfreundlichkeit der Verbrennung.


Wirkungsweise

Der Prozess verläuft umgekehrt wie bei der Wasserstoff-Elektrolyse: An den zwei porösen, gasdurchlässigen Elektroden (Anode und Kathode), die durch eine ionenleitende Elektrolytmembran getrennt sind, reagieren Wasserstoff und Luftsauerstoff elektrochemisch miteinander.


An der Anode gibt der Wasserstoff seine Elektronen ab, durchdringt die Elektrolytmembran und reagiert auf der Kathodenseite mit dem Sauerstoff zu Wasser. Bei dieser still ablaufenden Reaktion werden Elektronen ausgetauscht. Die Elektrolytmembran ist nur für Wasserstoff-Protonen durchlässig und zwingt so die Elektronen, den Umweg über den Stromkreislauf zu nehmen: Es fließt ein Strom. Gleichzeitig wird Wärme frei, die zur Raumheizung und zur Warmwasserbereitung genutzt werden kann. Für höhere Leistungen werden die einzelnen Zellen in Reihe (in Stapeln, englisch "stacks") geschaltet.

Es gibt unterschiedliche Zelltypen mit verschiedenen Temperaturen. Wegen der für Protonen durchlässigen Membran ("Proton-Exchange-Membrane") wird der oben beschriebene Typ PEM-Brennstoffzelle genannt.


Anwendung

Da die Gewinnung des Wasserstoffs im Moment noch relativ teuer ist und für eine breite Anwendung im Allgemeinen nocht nicht zur Verfügung steht, werden derzeit Brennstoff-Heizgeräte entwickelt, die mit Erdgas betrieben werden, aus dem in einer ersten Stufe in einem vorgeschalteten Reformer das Erdgas zu Wasserstoff umgewandelt wird, der dann der Brennstoffzelle zugeführt wird.


Herstellervideo Buderus