Kleine Zelle – große Wirkung

BRENNSTOFFZELLE
Kleine Zelle –
große Wirkung
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Pilotprojekt: KWK im eigenen Keller
Die Brennstoffzellen-Technologie ist auf dem Vormarsch und soll Privathaushalten bald eine nahezu
vollständige autarke Energieversorgung ermöglichen. Eigenheimbesitzer
können damit gleich zwei
Fliegen mit einer Klappe
schlagen, denn Brennstoffzellen-Heizungen produzieren nach dem Prinzip
der Kraft-Wärme-Kopplung Strom und Wärme zugleich. Das erhöht den Wirkungsgrad des Gesamtsystems signifikant. Die Effizienz der BrennstoffzellenTechnologie als Beitrag zur
Energiewende wird aktuell
im dreijährigen Demonstrations- und Forschungsprojekt ene.field erprobt.
SANITÄR+HEIZUNGSTECHNIK 12/2014
Dabei setzt der Heizungshersteller Vaillant gemeinsam mit dem Brennstoffzellen-Lieferant sunfire auf die Vorteile der
Solid Oxid Fuel Cell (SOFC-Brennstoffzelle). 80 Vaillant-Kunden haben sich
als Pioniere zur Verfügung gestellt, um
die Praxistauglichkeit von Brennstoffzellen-Heizgeräten drei Jahre lang in ihren Häusern zu testen. Unter diesen
Testpersonen befindet sich auch Wolfgang Seidewitz aus dem sächsischen
Schildau, der schon seit geraumer Zeit
bekennender Fan der BrennstoffzellenTechnologie ist, mit der er sich im Zuge
der Energiewende eingehend beschäigt
hat. Da kam ihm die Teilnahme am Demonstrationsprojekt ene.field gerade
recht. „Brennstoffzellen werden einen
Steigflug erleben, denn die Anlage ist an
den Strom- und Wärmebedarf eines Eigenheims angepasst“, sagt Wolfgang Seidewitz. Der Hauseigentümer ist überzeugt von dem, was er seit Juni 2014 bei
sich im Keller stehen hat. Das in Schildau installierte Brennstoffzellen-Heizgerät ist eines der neuesten Generation
mit SOFC-Technologie. Wolfgang Seidewitz zeigt sich optimistisch, dass die
Brennstoffzelle auch nach den drei Testjahren in seinem Keller bleiben wird:
„Der Winter wird es zeigen“, so der Un-
▲ Wolfgang Seidewitz aus dem säch-
sischen Schildau erhielt das erste
Brennstoffzellen-Heizgerät in Sachsen im Rahmen des Demonstrationsprojekts ene.field. Technologiepartner sind die Vaillant GmbH und die
sunfire GmbH.
ternehmer, der vor allem in den kommenden kalten Jahreszeit von der gekoppelten Wärme-Strom-Produktion
im Verhältnis 2:1 profitieren möchte.
Die Verbundnetz Gas AG (VNG) hat
den Einbau der Brennstoffzelle in Schildau über ihr Förderprogramm „Heizungskeller 2.0 – Innovation Brennstoffzelle“ unterstützt.
Umwandlung von chemischer in
elektrische Energie
Dabei ist die Brennstoffzelle eigentlich
keine neue Erfindung. Schon 1838 entstand die Idee dazu, aber erst in den
1960er Jahren wurde sie durch die NASA praktisch umgesetzt. Brennstoffzellen
nutzen die chemische Energie von Erdgas oder Biogas zur direkten Umwandlung in elektrische Energie. Dazu dienen
Elektroden, die durch Elektrolyte voneinander getrennt sind. Um genügend
Leistung zu erbringen, werden die einzelnen, dünnen Zellen zu sogenannten
Brennstoffzellen-Stacks aufgereiht. Ist
das Brennstoffzellen-Heizgerät an das
Erdgasnetz angeschlossen, wandelt ein
Reformer das Erdgas zunächst in ein
wasserstoffreiches Gas um. Dieses reagiert dann im Brennstoffzellen-Stack mit
dem Sauerstoff der Lu in einer geräuschlosen „kalten Verbrennung“. Bei
dieser Verbrennung entstehen Strom
und Wärme.
teile. Als innovativer Stromspeicher, der
den nicht benötigten Strom zwischenspeichert und je nach Bedarf ein- oder
ausspeist, wird beispielswiese das S10Hauskrawerk mit Lithium-Ionen-Akkus des Osnabrücker Unternehmens
E3/DC eingesetzt. Es misst im Sekundentakt den Stromverbrauch aller elektrischen Geräte und speichert in den
gleichen Intervallen den Strom aus verschiedenen Energiequellen, so auch aus
Brennstoffzellen-Heizgeräten.
SOFC – die neue Generation der
Brennstoffzelle
Die vom Dresdner Unternehmen sunfire
entwickelte SOFC geht allerdings noch
einen entscheidenden Schritt weiter. Sie
zählt zu den Hochtemperatur-Brennstoffzellen, bei der ein keramischer Festelektrolyt verwendet wird. Die Arbeitstemperatur liegt bei ungefähr 900 Grad Celsius. Dies erlaubt einen relativ einfachen,
kostengünstigen und integrierten Reformierungsprozess. SOFC-Systeme arbeiten mit einem Gesamt-Wirkungsgrad
von 90 Prozent, während ein elektrischer
Wirkungsgrad von über 50 Prozent erzielt
werden kann. „Gegenüber Gas-Brennwertgeräten haben Brennstoffzellen den
Vorteil, dass sie sowohl Wärme als auch
Strom erzeugen und damit aus dem eingesetzten Gas hochwertige Energie gewonnen wird“, weiß Christian von Olshausen, CTO von sunfire.
Großes CO2-Einsparpotenzial
Brennstoffzellen gelten als die KWKTechnologie mit dem höchsten Potenzial
zur CO2-Vermeidung. Sie bestehen, so
ein weiterer Vorteil, aus nur wenigen, mechanisch beanspruchten Teilen, sind ro-
bust und geräuscharm. Gegenüber Motoren als Basis für KWK-Anlagen versprechen Brennstoffzellen einen deutlichen
Technologiesprung: Im Vergleich zur üblichen arbeitsteiligen Strom- und Wärmeerzeugung verbrauchen sie bis zu 25
Prozent weniger Primärenergie und senken den CO2-Ausstoß um bis zu 50 Prozent. Doch vor dem breiten Einsatz im
Markt müssen vor allem Kosten reduziert
und Wirkungsgrade verbessert werden.
Dazu dienen verschiedene Pilotprojekte,
die teilweise staatlich gefördert werden
und Anreize schaffen sollen, als Testperson Brennstoffzellen-Heizgeräte über drei
Jahre auszuprobieren. Neben dem Demonstrationsprojekt ene.field gehören der
Praxistest Callux und Förderprogramme
einiger Bundesländer dazu.
▼ Sächsische
Hochtechnologie: Die
Dresdner sunfire GmbH lieferte Vaillant die
Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC) für
Sachsens erstes
Brennstoffzellen-Heizgerät in
einem Privathaushalt.
Ideale Strom- und
Wärmeerzeuger
Auf Basis dieser SOFC-Brennstoffzelle
hat Vaillant das erste wandhängende
Brennstoffzellen-Heizgerät als Vorserien-Gerät entwickelt, das effizient und
emissionsarm elektrische Energie und
Wärme aus Gas (Methan, Wasserstoff)
erzeugt. „Brennstoffzellen sind ideale
dezentrale Strom- und Wärmeerzeuger“,
sagt von Olshausen. Während die Wärme direkt genutzt wird, kann der Strom
je nach Bedarf selbst verwendet, zwischengespeichert oder ins öffentliche
Netz eingespeist werden. Auch ein Zusammenschluss mehrerer Brennstoffzellen-Heizgeräte zu virtuellen Krawerken ist möglich und eröffnet dem
Endkunden weitere wirtschaliche Vor▶ Display vom Brennstoffzellen-
Heizgerät der Firma Vaillant bei
Wolfgang Seidewitz in Schildau.
Bilder 1 bis 3: Vaillant GmbH / © 2014
Michael Schmidt - www. schmidt.fm
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Marktreife bis 2016 geplant
Vor fünf Jahren startete mit Callux ein
deutschlandweiter, großer Praxistest unter dem Motto „Brennstoffzelle fürs Eigenheim“. Der Praxistest sollte dabei helfen, die Technologie bis zum Jahr 2017
zur Marktreife zu bringen. Projektpartner bei Callux sind neben Herstellern
von Brennstoffzellen-Heizgeräten auch
zahlreiche Energieversorger, wie EnBW
oder EWE. Fast 500 BrennstoffzellenHeizgeräte von Vaillant, Baxi Innotech
oder Hexis sind seitdem im Feld erprobt
worden. Mit 100 Brennstoffzellen-Heizgeräten sammelten Vaillant und sunfire
so Erfahrung in mehr als 600.000 Betriebsstunden. Dabei überzeugten die
Geräte im Schnitt durch sehr hohe Zuverlässigkeit (>97 Prozent). Kostensenkungspotenziale von mehr als 50 Prozent
konnten realisiert werden.
KWK-Technologie im Praxistest
Das Demonstrations- und Forschungsprojekt ene.field läu jetzt seit ziemlich
genau zwei Jahren. Neben Vaillant-Proband Wolfgang Seidewitz aus Sachsen
nimmt auch Eugen Klys aus dem baden-württembergischen Esslingen am
Feldversuch mit dem BrennstoffzellenHeizgerät von Vaillant teil. Anstatt seine
alte Gasheizung überholen zu lassen,
entschied er sich für eine vollständige
energetische Umrüstung seines Eigenheims. „Wir dachten: Wenn wir investieren, dann richtig und umweltfreundlich“, so Eugen Klys. Hauptgrund für diese Entscheidung waren die überdurchschnittlich hohen Stromkosten der Familie. Die lagen bei 3.800 Euro im Jahr.
Das soll sich nun ändern. Eine Photovoltaikanlage in Südausrichtung auf dem
Dach und ein Brennstoffzellen-Heizge-
▼ Blick in die Brennstoffzellenfertigung im Sunfire Ceramic Center (SCC)
in Dresden.
rät im Keller sollen fortan eine weitgehend autarke Energieversorgung absichern. Auch in Esslingen kommt als
Stromspeicher das Hauskrawerk S10
von E3/DC zum Einsatz. „Das Ehepaar
Klys wird mit der KWK-Technologie
durchschnittlich etwa 75 Prozent seines
Eigenbedarfs abdecken und zu Spitzenproduktionszeiten sogar noch kräig
Strom ins öffentliche Netz einspeisen
können“, prognostiziert Patrick Spöttle,
der das Brennstoffzellen-Heizgerät installiert hat.
Der Energiewende ein
Stück näher
Welche Technologiesprünge im Bereich
von Brennstoffzellen-Heizgeräten möglich sind, zeigen die Veränderungen dieser Generation im Vergleich zu dem
Vorgänger-Gerät: Die neue Gerätegeneration ist um 25 Prozent leichter und
kompakter als die vorherige. Zudem
konnten die Projektpartner Vaillant und
sunfire die Herstellkosten um mehr als
die Häle reduzieren. Das SOFC-Heizgerät produziert zeitgleich zwei Kilowatt
Wärme und ein Kilowatt Strom bei einem elektrischen Wirkungsgrad von 3034 Prozent. Bis 2017 schließlich soll die
Marktfähigkeit der BrennstoffzellenHeizungen erreicht sein. Sie schmiegt
sich perfekt an die Entwicklung im Gasbereich und ist daher gerade im Sinne
der dezentralen Energiewende eine bedeutsame Weiterentwicklung. Da in
Deutschland sehr viele Haushalte und
Unternehmen an das Erdgasnetz angeschlossen sind, ist für die Lieferung des
Brennstoffs nicht der Auau einer neuen Infrastruktur notwendig. Neben dem
Einsatz in BZ-Heizgeräten für den
Hausenergiemarkt findet die SOFCTechnologie von sunfire auch ihre Verwendung in weiteren Anwendungen,
wie die unabhängige Stromerzeugung
an Gaspipelines oder für die klimafreundliche Energieerzeugung von Nebenaggregaten und Versorgungssystemen auf Schiffen.
www.sunfire.de
www.vaillant.de
◀ Prüfung eines Brenn-
stoffzellen-Stack bei
sunfire in Dresden.
Bilder 4 und 5:
sunfire GmbH
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