Brennstoffzellen-Entwickler verweisen auf Fortschritte

Die Entdeckung der Beharrlichkeit

Dienstag, 13.09.2016

Nach wie vor bleiben die großen Akteure der Heizungsindustrie an der Brennstoffzelle dran. BDR Thermea, Bosch Thermotechnik, Vaillant, Viessmann und die Spezialisten wie Elcore, Hexis und Solid Power sprechen von Fortschritt. Sie präsentierten ihn im Rahmen der Kampagne „KWK.NRW“ der EnergieAgentur.NRW Ende September 2015 in Duisburg. Beim Schriftsteller Nadolny war es die Langsamkeit, die zum Ziel führte, das Abwägen. Bei der Brennstoffzelle könnte es die Beharrlichkeit sein.

Ein Brennstoffzellen-Heizgerät in einem Keller. — Quelle: www.callux.net
Ein Brennstoffzellenheizgerät sollte so dimensioniert sein, dass es etwa 70 bis 80 Prozent des Eigenbedarfs an Strom liefert und 30 bis 50 Prozent der Wärme.

Wenn Alexander Dauensteiner, Head of Technology Portfolio Development der Vaillant Group sowie Sprecher der Initiative Brennstoffzelle (IBZ), in seinem Statement im Zentrum für BrennstoffzellenTechnik ZBT der Universität Duisburg-Essen festhält, „Brennstoffzellen als Geräte sind marktreif. Sie erreichen schon heute sehr hohe Lebensdauern und Verfügbarkeiten. Spezifische Förderprogramme können die noch relativ hohen Anschaffungskosten abfedern. Wir warten gespannt auf das vom Bund angekündigte Förderprogramm, das auf die existierenden Programme der Länder, wie etwa NRW, aufgesetzt werden kann“, dann meint er mit Marktreife tolerierbare Zuverlässigkeit. Das IBZ koordiniert die entsprechenden Aktivitäten seiner Mitglieder aus Industrie, Energiewirtschaft und Wissenschaft und vertritt sie gegenüber der Politik. Es war Mitveranstalter des Informationstags in Duisburg, zu dem das Netwerk Brennstoffzelle und Wasserstoff NRW eingeladen hatte.

Tisch mit Ausschnitten aus den Arbeiten des ZBT. — Quelle: Autor
Als anwendungsorientiertes und unabhängiges Entwicklungsinstitut unterstützt das ZBT Industrieunternehmen bei dem Ziel, den Markteintritt von Brennstoffzellen zu erreichen. Unter anderem konzentriert sich das ZBT auf Werkstofffragen und Fertigungstechniken für die verschiedenen Komponenten. Im Bild ein Ausschnitt aus den Arbeiten.

Mit den Schwächen leben

Tatsächlich scheint man einige Schritte weitergekommen zu sein. Oder sagen wir es so, die Entwickler akzeptieren zurzeit jene Eigenarten der Brennstoffzelle (BZ), die sich ihr nur schwer austreiben lassen, indem sie den Betrieb diesem Verhalten anpassen. Etwa dem trägen Kaltstart. Dass also frühestens, je nach Typ, nach einer Stunde oder vier Stunden Wärme und Strom zur Verfügung stehen. Das Anpassen geschieht durch Auslegen der Geräte auf Dauerbetrieb (im Idealfall ununterbrochen 8.750 Stunden im Jahr). Der muss aber nicht sein, im Urlaub darf die Brennstoffzelle ebenfalls Urlaub machen. Sie verträgt es, einige Male im Jahr ein- und ausgeschaltet zu werden. Aber den üblichen, intermittierenden Betrieb der Kessel und Thermen mit zig Starts und Stopps pro Tag oder auch der KWK mit Verbrennungsmotor gestattet diese Technologie nicht. Das hat erstens etwas mit der Aufbereitung des Erd- oder Biogases zu reinem Wasserstoff zu tun. Die Reformierung, die Entschwefelung brauchen ihre Zeit. Es muss schließlich sauberes bis sauberstes H2 sein, sonst vergiften die Zellen. Das Aufwärmen auf Betriebstemperatur der Hochtemperatur-Brennstoffzelle braucht seine Zeit, ebenfalls das Abschalten. Es hat zweitens etwas mit der Spannungsanfälligkeit der Keramik als Elektrolyt der Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC = solid oxide fuel cell) zu tun.

Da es nicht so aussieht, dass es den Entwicklern gelingen wird, diesen Problemkomplex in den nächsten Jahren zu beseitigen, muss sich mithin die Brennstoffzelle mit der Funktion als Zusatzaggregat in der Haustechnik abfinden. Als Dauerläufer kann sie eine Grundlast an Strom und Wärme abdecken, nicht aber der alleinige Wärmeerzeuger sein. Dazu fluktuiert der Wärmebedarf in der Heizsaison einfach zu sehr. Folglich wird sie immer nur den Hauptwärmeerzeuger ergänzen können. Der darf selbstverständlich integriert sein. So sehen denn auch die Angebote der Industrie aus: entweder eine Brennstoffzelle plus Gasheizgerät als Unit oder die Brennstoffzelle als Beistellgerät, sodass sie letztlich auch im Bestand Eingang finden könnte.

Planungs-Empfehlungen

In Duisburg fiel immer wieder eine Marge als Eckpfeiler der Planung: Die Brennstoffzelle sollte so dimensioniert sein, dass sie etwa 70 bis 80 Prozent des Eigenbedarfs an Strom liefert und 30 bis 50 Prozent der Wärme. Dann habe sie eine Chance, sich irgendwann einmal zu rechnen. Eine vierköpfige Familie in einem Einfamilienhaus verbraucht etwa 4.000 kWh_el pro Jahr. Die Brennstoffzelle sollte mithin rund 3.000 kWh bereitstellen. Bei durchgängigem Betrieb reichen dafür Maschinen mit 300 W_el aus. Nun wird es natürlich doch zu einigen Ausschaltzeiten kommen, sodass 600 Wel für diese Objekte stimmig wären. Buderus geht mit der „Logapower“ mit sowohl 700 W elektrisch als auch thermisch unter anderem diese Zielgruppe, die Zielgruppe Einfamilienhäuser an, genauso wie Elcore mit 300 W_el und 700 W_th. Bei 50,3 Mio. gasbeheizter Wohngebäude in Europa sei letztlich der Markt riesig genug, um irgendwann auf eine wirtschaftliche Stückzahl kommen zu können, hieß es in Duisburg. Nur muss sich dann natürlich das Aggregat über diese 3.000 kWh Eigenstrom beziehungsweise über die Preisdifferenz zum öffentlichen Strom refinanzieren. Das heißt, es muss besonders preiswert sein.