Wasserstoff-Heizung: Alle Infos zum Heizen mit Wasserstoff

Welche Heizung ist die richtige? Zu Zeiten steigender Preise, Rohstoffknappheit und der Abhängigkeit von Gasimporten machen sich viele Eigenheimbesitzer Gedanken über alternative Heizmethoden. Eine bietet das Heizen mit Wasserstoff. Mit welchen Kosten eine Wasserstoff-Heizung verbunden ist und welche Vor- und Nachteile sie bietet, erfahren Sie hier auf Effizienzhaus-online.

Wasserstoff-Heizung: Wie funktioniert sie?

Eine Wasserstoff-Heizung produziert mithilfe von Wasserstoff Wärme für Ihr Gebäude und verzichtet dabei auf Brennstoffe wie Öl oder Gas. Für das Heizen mit Wasserstoff bieten sich unterschiedliche Möglichkeiten an:

H2-Readiness von Gasheizungen

H2-Ready Gasheizungen sind für den Betrieb mit einem gewissen Anteil Wasserstoff geeignet. Eine Beimischung des Gases zum herkömmlichen Erdgas mit bis zu 20 Prozent ist derzeit möglich. Dadurch wird der Verbrauch von Erdgas sowie die Erzeugnis schädlicher Emissionen wie Kohlenstoffdioxid beim Verbrennen reduziert.

Zukünftig ist ein Betrieb von H2-Ready Heizungen mit bis zu 100 Prozent Wasserstoff denkbar, um die Unabhängigkeit von Gasimporten weiter voranzutreiben. Im gleichen Zug wirkt die Verwendung von Wasserstoff und die Reduzierung von Erdgas dem Klimawandel entgegen.

Die Brennstoffzelle

Anders als Gasheizungen, die auf Wasserstoff umgerüstet werden, verhält es sich mit der Brennstoffzellenheizung. Diese ist so ausgelegt, dass das System gänzlich mit Wasserstoff arbeiten kann. Weiterer Vorteil dieses Systems: Neben Wärme produziert die Brennstoffzelle gleichzeitig Strom für Ihr Haus.

Aufgrund einer noch schlecht ausgebauten Wasserstoffinfrastruktur in Deutschland arbeitet der Großteil der Wasserstoff-Heizungen im Land jedoch noch immer mit Erdgas. Was dieses System für die Zukunft interessant macht, erfahren Sie weiter unten bei den Zukunftsaussichten.

Aufbau der Wasserstoff-Heizung

Eine Wasserstoff-Heizung, die mithilfe einer Brennstoffzelle Wärme und Strom erzeugt, unterscheidet sich sowohl in Aufbau als auch Funktionsweise von herkömmlichen Heizungen. Denn der Wasserstoff wird nicht wie andere fossile Brennstoffe verbrannt. Im Innern der Brennstoffzelle findet ein chemischer Prozess – die “kalte Verbrennung” – statt.

Der Aufbau der Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden: einer Anode und einer Kathode. Eine halbdurchlässige Membran trennt diese voneinander. Verbunden sind die beiden Elektroden mit einem elektrisch leitenden Draht, wie die folgende Abbildung zeigt:

Wie funktioniert eine Wasserstoff-Heizung?

Die Funktionsweise einer Wasserstoff-Heizung mit Brennstoffzelle gründet auf dem Phänomen der Elektrolyse. Dabei wird Wasser mithilfe von Strom in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.

Beim umgekehrten Prozess wandelt die Brennstoffzelle Wasserstoff unter Zugabe von Sauerstoff in Wasser um. Bei diesem chemischen Prozess entstehen als Nebenprodukte Strom und Wärme, die Sie für Ihre Immobilie nutzbar machen. Die Brennstoffzelle unterscheidet sich damit von einem Blockheizkraftwerk (BHKW), da bei ihr Strom und Wärme in einem Prozess produziert werden.

Chemischer Prozess der Wasserstoff-Heizung: 2 H2 → 4 H+ + 4 e– (Oxidation / Elektronenabgabe) O₂ + 4 H+ + 4 e– → 2 H₂O (Reduktion / Elektronenaufnahme) Beide Komponenten ergeben zusammen die Zellreaktion: 2 H2 + O₂ → 2 H₂O (Redoxreaktion)

Die Vorteile und Nachteile einer Wasserstoff-Heizung

Vorteile einer Wasserstoffheizung:

• die Brennstoffzellenheizung produziert gleichzeitig Wärme und Strom für Ihre Immobilie
• dadurch größere Unabhängigkeit von steigenden Strompreisen
• Fördermöglichkeiten für Anschaffung und Installation vorhanden
• Wasserstoff ist erneuerbar
• hoher Wirkungsgrad einer Heizung mit Wasserstoff
• die Brennstoffzelle arbeitet wirtschaftlich bei hohem Verbrauch
• Wasserstoff ist verhältnismäßig leicht zu speichern
• keine schädlichen Emissionen beim Heizen mit Wasserstoff
• geräusch- und wartungsarmer Betrieb der Brennstoffzelle
• wird voraussichtlich in Zukunft an Relevanz gewinnen

Nachteile einer Wasserstoffheizung:

• hohe bis sehr hohe Anschaffungskosten
• vergleichsweise geringe Fördermöglichkeiten vorhanden
• Betrieb derzeit überwiegend mit Erdgas
• Alternativen wie Biogas teuer und nicht als vollständiger Ersatz möglich
• Brennstoffzellenheizung benötigt einen zusätzlichen Gaskessel für Spitzenlasten
• derzeit kein ausgebautes Wasserstoffnetzwerk in Deutschland vorhanden

Ist eine Wasserstoff-Heizung gefährlich? Nein. Anders als bei einer Knallgasreaktion, bei der ein Funke ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff explodieren lässt, birgt Wasserstoff allein keine Gefahr. Ohne einen zusätzlichen Oxidator und eine Zündungsquelle ist das Heizen mit Wasserstoff gefahrlos.

Kosten für das Heizen mit Wasserstoff

Je nachdem, für welches System Sie sich entscheiden, fallen unterschiedliche Kosten an. Während Gasheizungen zunehmend als H2 Ready ausgeschrieben sind, zahlen Sie für Gas-Brennwertheizungen im Schnitt zwischen 7.500 und 12.500 Euro. Ist die Gasheizung darüber hinaus “Renewable Ready” und lässt sich mit erneuerbaren Energien kombinieren, liegen die Gesamtkosten bei etwa 15.000 bis 18.000 Euro.

Bedenken Sie: Für Gasheizungen gibt es keine Fördermöglichkeiten!

Höhere Anschaffungskosten haben Sie bei der Installation einer Brennstoffzellenheizung: Bei dieser bewegen Sie sich durchschnittlich zwischen 30.000 und 40.000 Euro – abhängig von Ihrer Immobilie und dem Heizsystem, welches Sie ersetzen.

Systeme, die gänzlich auf Erdgas verzichten und vollständig autark arbeiten, wie das picea-System von HPS, kosten im Schnitt 85.000 bis 125.000 Euro. Der konkrete Preis variiert je nach Anlage und den Voraussetzungen Ihres Gebäudes. Zu den Kostenfaktoren zählen hier neben der Brennstoffzelle ebenfalls eine PV-Anlage, die den Strom für die eigene Herstellung grünen Wasserstoffes ermöglicht, sowie ein Lager- und Speichersystem.

Was ist grüner Wasserstoff? Als grüner Wasserstoff wird eine umweltfreundliche Herstellungsvariante des Gases beschrieben. Dabei entsteht dieses durch Elektrolyse. Der dazu verwendete Strom wird in Gänze aus erneuerbaren Energien gewonnen – beispielsweise Wind- oder Solarstrom. Dadurch entstehen keinerlei Abgase oder schädlichen Emissionen.

Beispielrechnung für eine Wasserstoff-Heizung

Die folgende Tabelle zeigt Ihnen ein mögliches Kostenbeispiel für die Anschaffung einer Wasserstoffheizung – inklusive der Kosten für den Umstieg von einer alten Ölheizung:

Bei dieser Rechnung handelt es sich lediglich um ein Beispiel. Die konkreten Kosten sind abhängig von Ihrem bestehenden Heizsystem, der Auslegung des neuen sowie dem Anbieter, Modell und den individuellen Voraussetzungen Ihrer Immobilie.

Laufende Kosten: Wartungs- und Brennstoffkosten

Die Wartungskosten unterscheiden sich je nach gewählter Wasserstoff-Heizung. Während Sie für die jährliche Wartung einer H2 Ready Gasheizung mit durchschnittlich 100 bis 220 Euro rechnen, belaufen sich die Wartungskosten einer Brennstoffzellenheizung auf etwa 400 bis 650 Euro im Jahr.

Die Wartung der Heizungsanlage stellt einen störungsfreien Betrieb sicher. Spezielle Wartungsverträge, oftmals über zehn Jahre, sind beispielsweise Voraussetzung, wenn Sie Ihre Wasserstoff-Heizung durch die KfW fördern lassen.

Da der Betrieb mit reinem Wasserstoff größtenteils noch nicht realisierbar ist, arbeiten Brennstoffzellenheizungen überwiegend mit Erdgas. Dieses wird mithilfe eines Reformers in Wasserstoff umgewandelt. Stand November 2022 belaufen sich die Preise für Gas im Schnitt auf etwa 19 Cent pro Kilowattstunde. Die Kosten für den Brennstoffverbrauch zählen neben den Preisen für die Wartung zu den laufenden Kosten.

Im Vergleich zu einer reinen Gasheizung bietet Ihnen die Wasserstoff-Heizung mit Brennstoffzelle jedoch neben der Wärmeerzeugung die Möglichkeit der eigenen Stromproduktion. Bei einem Stromarbeitspreis von rund 50 Cent pro Kilowattstunde (Stand: November 2022) machen Sie sich mit der Brennstoffzelle unabhängiger von steigenden Stromkosten.

Gibt es Fördermöglichkeiten für eine Wasserstoff-Heizung?

Während für Gasheizungen keine Förderungen bestehen (selbst bei H2-Readiness) gibt es durchaus Fördermöglichkeiten für Brennstoffzellenheizungen:

• KfW 433: Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle
• KfW 261: Wohngebäude Kredit (im Rahmen einer umfassenden Sanierung Ihres Gebäudes zum Effizienzhaus)
• BAFA: KWK-Zuschlag aus dem Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz
• Steuerliche Förderung nach § 35c EStG
• Entlastung für die Stromerzeugung nach § 53a EnergieStG

Wichtig: Die einzelnen Fördermöglichkeiten sind nicht miteinander kombinierbar! Am lukrativsten ist daher die Förderung durch die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW).

Das KfW-Förderprogramm 433 umfasst einen leistungsabhängigen Zuschuss von maximal 34.300 Euro. Dieser setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: einem Festbetrag und einem leistungsabhängigen Betrag.

Festbetrag: Der Festbetrag für die KfW-Förderung Ihrer Wasserstoffheizung beträgt 6.800 Euro. Leistungsabhängiger Betrag: Je angefangener 100 Watt elektrischer Leistung der Brennstoffzelle erhalten Sie zusätzlich zum Festbetrag 550 Euro.

Um die Förderung bei der KfW zu beantragen, muss Ihre Wasserstoff-Heizung eine elektrische Leistung zwischen 0,25 und fünf Kilowatt aufweisen. Sie benötigen einen Energieeffizienz-Experten sowie einen Vollwartungsvertrag über zehn Jahre.

Wasserstofftechnologie der Zukunft: Ausblick der Wasserstoff-Heizung

Während nachhaltiges Heizen mit grünem Wasserstoff derzeit aufgrund unzureichender Voraussetzungen nicht umsetzbar ist, kann diese Art der Wohnraumbeheizung zukünftig eine große Rolle spielen. So sind bereits jetzt vielversprechende Entwicklungen in Bezug auf Wasserstoff-Heizungen und den Ausbau der Wasserstoffversorgung in Deutschland geplant.

Wasserstoffabkommen und Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur

Da Deutschland derzeit den Bedarf an grünem Wasserstoff nicht allein decken kann, sind internationale Kooperationen eine Möglichkeit, die nationale Wasserstoffstrategie zu unterstützen. Partnerschaften mit Australien und Neuseeland sind denkbar. Im August 2022 unterschreiben Deutschland und Kanada ein Wasserstoffabkommen, das erste geplante Importe für 2025 einschließt.

Um die Verfügbarkeit von Wasserstoff in Zukunft zu gewährleisten, schlagen Gas-Fernleitungsnetzbetreiber 2020 ein Konzept zum Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur vor. Geplant ist demnach ein nationales Wasserstoffnetz, das bis 2030 eine Länge von 5.100 Kilometer und bis 2050 etwa 13.300 Kilometer umfassen kann. Einen Großteil der Strecke sollen umgestellte Gasleitungen ausmachen.

Wasserstoffmodule zur Erzeugung grünen Wasserstoffes

Es sind bereits Wasserstoff-Heizungen als Komplettsystem auf dem Markt verfügbar. Diese stellen sowohl grünen Wasserstoff als auch Heizenergie und Strom für Ihr Haus zur Verfügung. Nachteil: Sie sind mit sehr hohen Anschaffungskosten verbunden und daher noch nicht als flächendeckende Alternative für herkömmliche Heizungen umsetzbar.

Vielversprechend erscheint hier ein Projekt von Forschern der KU Leuven. Sie entwickeln Wasserstoffmodule, die ähnlich wie PV-Module Sonnenenergie nutzen. Durch gleichzeitiges Einfangen von Wasserdampf aus der Luft produzieren die Module Wasserstoff. Anders als bei Photovoltaik sind die Module mit Gasrohren miteinander verbunden. Eine kommerzielle Verfügbarkeit ist ab 2026 geplant.

H2-Readiness mit 100 Prozent Wasserstoff

Während H2-Ready derzeit noch für eine Beimischung von 20 bis 30 Prozent Wasserstoff steht, sieht die Zukunft vielversprechend aus: H2 Ready Brennwertgeräte, die mit bis zu 100 Prozent Wasserstoff betrieben werden können, befinden sich bereits in der Entwicklung. Ein Betrieb ab 2025 ist geplant.

Kurzfristige Alternative: Biogas

Bereits jetzt schon möglich: Die Beimischung von Windgas ins bestehende Gasnetz. Dieses ist grüner Wasserstoff, der aus Windenergie gewonnen wird. Dadurch wird der Erdgasverbrauch um bis zu 20 Prozent gesenkt.

Ein vollständiger und nachhaltiger Ersatz für Erdgas wäre Biogas. Es entsteht aus vergärender Biomasse in luftdichten Tanks. Aufgrund der noch ungenügenden Verfügbarkeit ist ein flächendeckender Gebrauch jedoch derzeit nicht möglich.

Lohnt sich das Heizen mit Wasserstoff? Eine Zusammenfassung

Als zukünftige Investition kann die Installation einer Wasserstoff-Heizung in Ihrem Haus durchaus interessant sein. Bereits heute bieten Brennstoffzellenheizungen Vorteile gegenüber herkömmlichen Heizsystemen. Wichtig ist hierbei, Ihre individuellen Voraussetzungen zu beachten. Berücksichtigen Sie, bei welchen Gebäuden das Heizen mit Wasserstoff sein volles Potenzial ausspielt.

Stellen Sie sich dazu folgende Fragen:

• Habe ich einen hohen Energiebedarf – sowohl für Wärme als auch Strom?
• Besitze ich einen sanierten oder unsanierten Altbau?
• Verfüge ich über die finanziellen Mittel, um hohe Anschaffungskosten tragen zu können?
• Nehme ich es in Kauf, noch einige Jahre auf Erdgas angewiesen zu sein, bis Wasserstoff als Brennstoff besser verfügbar ist?

Überlegen Sie eine Brennstoffzellenheizung zu kaufen, wägen Sie neben einigen Vorteilen stets die Nachteile ab: So eignet sich eine Wasserstoff-Heizung mit Brennstoffzelle für Gebäude mit einem hohen Verbrauch – beispielsweise den sanierten oder unsanierten Altbau, aber auch für Ein- und Mehrfamilienhäuser. Ein Betrieb der Wasserstoff-Heizung ohne Gas, mit reinem Wasserstoff, ist jedoch in vielen Fällen derzeit noch nicht realisierbar – oder aber mit hohen Kosten verbunden.

Die Zukunft scheint jedoch in Bezug auf die Entwicklung und Planung vielversprechend für das Heizen mit Wasserstoff zu sein. Dadurch hält die Wasserstofftechnologie durchaus Potenzial bereit.

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