Brennstoffzellen BHKW

I. Einführung in das Thema Brennstoffzellen BHKW

Der Brennstoffzelle wird schon seit Langem eine glänzende Zukunft vorausgesagt. Die Vorräte an fossilen Energieträgern sind endlich und in den nächsten Jahrzehnten wird es nach und nach zu einer Umstellung auf künstliches Methan bzw. die Wasserstoffwirtschaft kommen. Besonders interessant ist die Nutzung von Brennstoffzellen in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen zur dezentralen Energieerzeugung. Derzeit befinden sich einige Modelle in der Erprobungsphase sowie teilweise schon in der Markteinführung, die auf Brennstoffzellen zur Strom- und Wärmeerzeugung setzen. Energieträger ist bei allen Modellen Erdgas.

Direkte Stromerzeugung ohne Umwandlung

Während konventionelle Blockheizkraftwerke elektrische Energie und Wärme nur indirekt durch die Verbrennung von fossilen oder regenerativen Energieträgern erzeugen, lässt sich mit einer Brennstoffzelle Strom auf einem direkten Weg erzeugen. Der sonst notwendige Generator ist unnötig. Eine Brennstoffzelle wirkt elektrochemisch und wandelt die gebundene Energie des Trägerstoffs direkt in elektrische Energie um. Die dabei entstehende Wärme wird über einen Wärmetauscher abgeführt.

Zwei Systeme im Vergleich

Für Brennstoffzellen in Blockheizkraftwerken befinden sich derzeit zwei verschiedene Systeme in der Erprobungsphase, zum einen PEM-Brennstoffzellen und zum anderen SOFC-Brennstoffzellen. PEM steht für „Proton Exchange Membran“. Diese Zellen arbeiten in einem Temperaturbereich zwischen 60 °C und 90 °C und können nicht direkt mit Erdgas betrieben werden. Sie benötigen zunächst einen vorgeschalteten Reformer, der das Erdgas entsprechend umwandelt. Im Gegensatz dazu benötigen SOFC-Brennstoffzellen (Solid Oxide Fuel Cell) eine Arbeitstemperatur von 700 °C bis 800 °C. Das Erdgas kann in diesen Zellen direkt umgewandelt werden, externe Reformer werden nicht benötigt.

II. Initiativen

Um die Entwicklung von Brennstoffzellen für den Einsatz in Blockheizkraftwerken voran zu treiben, gibt es in Deutschland mehrere Initiativen, die es sich zur Aufgabe gemacht haben, Forschungsprojekte und Feldtests zu fördern, um eine breite Markteinführung in den nächsten Jahren zu realisieren.

IBZ – Initiative Brennstoffzelle

Die Initiative Brennstoffzelle (IBZ) ist ein Verein von verschiedenen forschenden und herstellenden Unternehmen, die an der Markteinführung von Brennstoffzellen für die Nutzung in Ein- und Mehrfamilienhäusern arbeiten. Zu den Mitgliedern gehören unter anderem Vaillant, Viessmann und Bosch, aber auch Versorgungsunternehmen wie e.on Ruhrgas und EWE. Die Deutsche Energieagentur gehört ebenfalls zu den Mitgliedern. Die beteiligten Unternehmen führen dabei Feldversuche durch, entwickeln neue Geräte und unterstützen das Handwerk durch Schulungen und versuchen einheitliche Normen und Standards zu entwickeln. Als weitere zentrale Aufgabe soll die IBZ Informationen zur Verfügung stellen, um die Akzeptanz und das Verständnis der Funktionsweise von Brennstoffzellen in Blockheizkraftwerken zu steigern. Auf den Internetseiten der IBZ finden sich viele weitergehende Informationen zur Funktionsweise.

Callux – Feldtest für Brennstoffzellen-BHKW

Die zweite Initiative nennt sich Callux, zu den Mitgliedern gehören auch hier namhafte Energieunternehmen und Gerätehersteller. E.on Ruhrgas, EWE und Vaillant sind an der Initiative beteiligt und die Umsetzung wird durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung gefördert. Callux ist nach eigenen Angaben der bundesweit größte Praxistest für Blockheizkraftwerke mit Brennstoffzellentechnik. In derzeit zehn Bundesländern wurden Testgeräte installiert, die für die Energieversorgung von Ein- und Mehrfamilienhäusern optimiert wurden. Aus dem Praxistest erhofft sich die Initiative weitere Erkenntnisse zur praktischen Nutzung von Brennstoffzellen in der Haustechnik. Bis Ende 2012 wollen die Mitglieder genügend Geräte installiert haben, um die zweite Phase der Markteinführung zu starten.

III. Entwicklungen

Brennstoffzellen in Blockheizkraftwerken sind derzeit noch nicht wirklich verbreitet, da es bislang nur ein einziges Modell in die Serienproduktion geschafft hat. Das BlueGen Blockheizkraftwerk des Herstellers Ceramic Fuel Cells wird aktuell in einer Kleinserie produziert und in Deutschland durch die Ceramic Fuel Cells GmbH vertrieben. Weitere aussichtsreiche Geräte befinden sich noch in der Testphase.

Marktüberblick

Neben dem BlueGen gibt es derzeit noch vier weitere Modelle, die aber noch nicht marktreif sind. Zwei davon arbeiten mit SOFC-Technik, die anderen beiden nutzen die PEM-Technik. Das Modell „Gamma 1.0“ der Baxi Innotech GmbH erzeugt eine elektrische Energie von maximal ein kW, die thermische Leistung wird mit bis zu 21 kW angegeben. Die RBZ GmbH erprobt derzeit das Modell „Inhouse 5000“. Es soll 5 kW elektrische Energie erzeugen, und bis zu 10 kW an thermischer Leistung liefern. Das „Gamma 1.0“ und das „Inhouse 5000“ nutzen die PEM-Technik, die mit niedrigen Betriebstemperaturen arbeitet. Die Hexis AG testet aktuell das ihr Modell „Galileo 1000N“, das eine thermische Leistung von 2 kW erreichen soll. Die elektrische Leistung wird mit einem kW angegeben. Vaillant entwickelt einen Prototyp mit dem Namen „BZH“, er soll ebenfalls 1 kW elektrische und 2 kW thermische Leistung erreichen. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei allen Modellen zwischen 30 % und 34 %. Das bereits erhältliche Modell „BlueGen“ liefert als Einziges einen elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 60 %.