https://www.faz.net/-gy9-8wiqm

Brennstoffzelle : Der Traum vom Haus als Selbstversorger

Bild: Hersteller

Wer nicht von den Konzernen abhängig sein möchte, macht sich seinen Strom selbst. Am besten aus Sonne, aber wie speichert man große Mengen für den nächsten Winter?

          5 Min.

          Sich an den Luxus im Alltag zu gewöhnen ist einfach. Das Licht wird am Schalter an- und ausgeknipst, elektrischer Strom kommt aus der Steckdose. Wie er dort hineinkommt, interessiert zunächst nicht, wenn er allerdings einmal ausfällt, sind die Folgen fürchterlich. Nichts geht mehr, noch nicht einmal die Heizung, weil die Pumpe elektrisch betrieben wird. Zum Glück kommt das hierzulande höchst selten vor, und wenn, dann ist der Ausfall nur kurz und auf ein kleines Gebiet beschränkt. Glaubt man allerdings einigen Schwarzsehern, soll das künftig anders sein – weil Wind und Sonne das Netzmanagement überfordern.

          Lukas Weber
          Redakteur im Ressort „Technik und Motor“.

          Da wäre es doch schön, wenn der Eigenheimbesitzer auf die großen Versorgungsunternehmen pfeifen und sich seine Energie selbst bereitstellen könnte. Das ist der Traum vom autarken Leben wie auf der Alm und mag in manchen Fällen die Triebfeder dafür sein, das Dach mit Solarzellen zu behängen. Vielleicht ist es auch nur reines Kalkül, weil die Einspeisevergütung lockt, jedenfalls bekommt man so mal Strom, mal nicht. Alternativ steht im Heizungskeller eine Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung, denn das Haus braucht nicht nur Elektrizität, sondern auch Wärme. Der Klassiker ist ein Generator, der von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Jener wird mit Öl, Gas, Pflanzenöl oder sogar Holz gespeist. Problem des Motors sind Laufgeräusche und Vibrationen, die gedämpft werden müssen, außerdem erzeugt er neben Strom und Wärme die für den Verbrenner üblichen Abgase. Dass sich die Technik nicht recht durchsetzen konnte, hat freilich noch einen anderen Grund: Weil der Verbrennungsmotor nicht besonders effizient arbeitet, liegt der elektrische Wirkungsgrad nur bei etwa 25 Prozent. Es entsteht also relativ wenig Strom, aber viel Wärme; die wird, wenn nicht gerade ein Schwimmbad zu beheizen ist, gar nicht gebraucht.

          Bild: F.A.Z.

          Die Zukunft der Kraft-Wärme-Kopplung in Kleinanlagen gehört deshalb der Brennstoffzelle. Abwärme fällt auch bei deren Betrieb an, der Anteil der Stromerzeugung ist mit 30 bis 60 Prozent aber deutlich günstiger. Wobei in diesem Punkt, wenn man den Angaben der Hersteller folgt, die keramische Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC) oft etwas besser abschneidet als die Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle, die mit einer beschichteten Membran als Elektrolyt arbeitet und auch im Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Das Prinzip ist indessen gleich: Die Brennstoffzelle braucht Wasserstoff, der in einer kalten Verbrennung mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft zu Wasser wird, dabei entstehen Strom und Wärme. Den Wasserstoff macht sie sich in einer vorgeschalteten Reformierung aus Erdgas selbst. Dabei fällt eine geringe Menge Kohlendioxid als einziges Abgas an. Ansonsten arbeitet diese Technik leise, vibrationsfrei und zuverlässig.

          Das grundsätzliche Problem, wie der Wärmebedarf mit der Stromproduktion in Übereinklang zu bringen sei, löst indessen auch die Brennstoffzelle allein nicht. In der Praxis wird sie für die Kraft-Wärme-Kopplung relativ klein ausgelegt, um mit hohen Laufzeiten eine möglichst gleichmäßige Stromproduktion zu bekommen. Im Winter wird deshalb mit konventioneller Brennwerttechnik zugeheizt. Doch auch der elektrische Strom findet nicht immer im Haus Verwendung. Dem Brennstoffzellen-Besitzer geht es deshalb wie dem Eigentümer einer Photovoltaik-anlage: Das Stromnetz dient als Puffer, bei Bedarf wird Strom entnommen oder gegen Vergütung abgegeben.

          Eine autarke Versorgung ist so etwas nicht. Vom Stromnetz unabhängig wäre das Gebäude erst, wenn die Brennstoffzelle neben der Hausversorgung Batterien speist. Solche Lösungen gibt es von vielen Anbietern, allerdings werden für die Selbständigkeit große Speicher gebraucht, die schnell hohe Leistung zur Verfügung stellen können. Und es bleibt die Abhängigkeit vom Gasanschluss.

          Kombination aus Solarzellen und Brennstoffzelle

          Wie ein Haus zum Selbstversorger mit Strom wird, und das auch noch ganz ohne fossile Energieträger, hat jetzt ein junges Unternehmen auf der Sanitärmesse ISH demonstriert. Die Home Power Solutions (HPS) aus Berlin kombiniert dazu Solarzellen und Brennstoffzelle, der Wasserstoff kommt nicht mehr aus Erdgas, sondern wird mit Strom erzeugt, der aus der eigenen Photovoltaik-Anlage stammt. Die grundlegende Idee wurde schon in einigen Leuchtturmprojekten realisiert, sie sei hier aber erstmals für den Einsatz als Produkt konzipiert, das bald auf dem Markt verfügbar sein soll, sagt Zeyad Abul-Ella, der Gründer und Geschäftsführer von HPS. Gerade nicht benötigter Strom wird nicht nur kurzfristig in Batterien gespeichert, sondern zerlegt Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff; bei Bedarf kann über die Brennstoffzelle wieder verstromt werden. Die Einheit funktioniert wie eine Miniaturausgabe der als Power to Gas bekannten Anlagen, die derzeit getestet werden, um überschüssigen Strom aufzunehmen. Für die Umwandlung wird ein Elektrolyseur eingesetzt, der mittels elektrischer Energie Wasser aufspaltet. Der Vorgang entspricht der Umkehrung einer Brennstoffzelle.

          Das System namens Picea arbeitet mit einer Niedertemperatur-Brennstoffzelle und einem Elektrolyseur, die übereinander in einem Stahlgehäuse auf drei Quadratmetern Platz finden, es wird einzeln in den Keller verfrachtet und dort vom Installateur montiert. Energiespeicher, Heizung und Wohnraumbelüftung sind integriert. Die Kunst liege im Zusammenspiel aller Komponenten, erklärt Abul-Ella. Denn Brennstoffzelle und Elektrolyseur arbeiten am effizientesten, wenn sie kontinuierlich betrieben werden. Die Wohnungsluft wird durch den Schrank geführt, die Abwärme dadurch nahezu vollständig genutzt, außerdem ist eine Wärmerückgewinnung aus der Abluft vorgesehen. Der von den Solarzellen bereitgestellte Strom wird, sofern er nicht sofort verwendet wird, vom Elektrolyseur mit 2,5 kW elektrischer Leistung in Wasserstoff umgewandelt. Der Wasserstoff wird auf 300 bar komprimiert und in handelsüblichen Tanks außerhalb des Hauses gelagert. Um die Sicherheit braucht sich dabei niemand Sorgen zu machen, die Pilotanlage ist geprüft und zugelassen.

          Die Brennstoffzelle mit 1,2 kW und einem elektrischen Wirkungsgrad von 55 Prozent gibt laut HPS in Verbindung mit dem integrierten Batteriespeicher von 25 kWh Kapazität als Dauerleistung 8 kW und 20 kW als Spitzenleistung ab. Der Wasserstoffspeicher aus Flaschenbündeln fasst 1000 kWh auf drei Quadratmetern Fläche, er wird auch an Wintertagen bei Sonnenschein immer wieder aufgefüllt. Der Speicher lässt sich, wie das gesamte System, modular erweitern. Die jährliche Stromversorgung mit einer 10-kWp-Photovoltaikanlage gibt HPS mit 3000 bis 6000 kWh an, ausreichend für ein Einfamilienhaus. Der integrierte Wärmespeicher fasst 45 kWh. Die Anlage ist stromgeführt, wenn die Abwärme nicht reicht, muss konventionell geheizt werden. Die Einsparung an Kohlendioxid-Emissionen soll zwischen 2350 und 3500 Kilogramm jährlich liegen.

          Das System kommuniziert mit seinem Besitzer über App, das Energiemanagement berücksichtigt dabei auch Wetterdaten. Sollte in extrem lichtarmen Zeiten der selbstproduzierte Strom voraussichtlich nicht reichen, meldet die App frühzeitig Bedarf. HPS garantiert die Selbstversorgung ohne Stromanschluss und liefert notfalls Wasserstoff in Flaschen.

          Die Pilotanlage ist in Berlin installiert, weitere sind in Planung. Sie werden bei den Gesellschaftern und Investoren stehen, es sind bekannte Leute aus der Energiebranche. Im nächsten Jahr soll der Verkauf an Endkunden starten. Der Preis steht noch nicht fest, Picea werde aber deutlich günstiger sein, als alle Komponenten einzeln zu erwerben, verspricht Abul-Ella. Wir schätzen, dass die komplette Anlage einschließlich der Solarzellen einen mittleren fünfstelligen Betrag kosten dürfte. Für die fernere Zukunft lässt sich der Gedanke weiterspinnen – Einsatz als virtuelles Kraftwerk, tausend Picea zusammen bieten 1 GWh Speicher. Dazu wird dann freilich halt doch wieder ein Netzanschluss gebraucht.

          Weitere Themen

          Topmeldungen

          0:1 gegen Frankreich : Deutscher EM-Fehlstart mit Verve

          Mats Hummels trifft – ins eigene Tor: Beim 0:1 gegen Frankreich überzeugt die Einstellung von Joachim Löws Team. Die Niederlage der Deutschen zeigt aber auch, was zur Klasse der Franzosen fehlt.
          Innenansicht des „IBM Quantum System One“

          Quantencomputer vorgestellt : Rechnen mit kleinsten Teilchen

          Bei Stuttgart steht der erste kommerziell nutzbare Quantencomputer in Europa. Die Forschung verspricht sich von ihm bahnbrechende Ergebnisse, die Industrie kräftige Impulse.
          Von Mazar nach Calw: Brigadegeneral Ansgar Meyer, Kommandeur des letzten deutschen Afghanistankontingents

          Ansgar Meyer : Ein Außenseiter für das KSK

          Brigadegeneral Ansgar Meyer hatte in seiner langen Karriere mit dem KSK lange nichts zu tun. Dennoch übernimmt er nun den Eliteverband. Oder gerade deshalb.
          „Ich fühle mich absolut wunderbar“: Eine unabhängige Journalistin widersprach den Aussagen von Roman Protassewitsch während der Minsker Inszenierung.

          Propaganda in Belarus : „Ich glaube Ihnen nicht“

          Das Lukaschenko-Regime in Belarus benutzt den inhaftierten Journalisten Roman Protassewitsch weiter für seine Propaganda-Inszenierungen. Doch in den öffentlichen Vorführungen regt sich nun auch Widerspruch.

          Newsletter

          Immer auf dem Laufenden Sie haben Post! Abonnieren Sie unsere FAZ.NET-Newsletter und wir liefern die wichtigsten Nachrichten direkt in Ihre Mailbox. Es ist ein Fehler aufgetreten. Bitte versuchen Sie es erneut.
          Vielen Dank für Ihr Interesse an den F.A.Z.-Newslettern. Sie erhalten in wenigen Minuten eine E-Mail, um Ihre Newsletterbestellung zu bestätigen.