Heizen mit Wasserstoff

« Ein Zukunftsmodell? »

Der Wunsch, nachhaltig zu heizen ist nicht neu und doch erfährt er seit einigen Jahren eine enorme Aufwertung im öffentlichen Bewusstsein. Denn vielfach ist Klima- und Umweltschutz heute ein immer präsenteres Thema und selbst die häufige Verbindung von ökologischen und (mindestens langfristigen) ökonomischen Gesichtspunkten ist mehr und mehr präsent. Aber wie gelingt die nachhaltige Gebäudeerwärmung? Ein wenig beachteter, aber durchaus interessanter Ansatz ist das Heizen mit Wasserstoff. Aber taugen Brennstoffzellen für den flächendeckenden Einsatz und wie ist es um den nötigen Wasserstoff bestellt?

Heizen mit Wasserstoff – wie geht das?

Für die Überlegung, in wie weit sich Heizen mit Wasserstoff für die Zukunft eignet, ist zunächst ein Grundverständnis dieses chemischen Erzeugnisses sowie des damit verbundenen Umgangs und der erforderlichen Technik vonnöten. Denn entgegen typischen Brennstoffen, wie etwa Gas oder Öl oder Kohle, wird der Stoff mit dem chemischen Symbol H nicht einfach gewonnen oder abgebaut, sondern künstlich synthetisiert. Und auch die erforderliche Technik im eigenen Heizkeller lässt sich kaum mit gängigen Heizungen mit Brenner und ggf. Wärmerückgewinnung vergleichen.

KWK – Kraftwärmekopplung als technischer Standard für Wasserstoff

Die anerkannte Technik zum Heizen mit Wasserstoff sind die vor allem aus den Überlegungen zu alternativen Fahrzeugantrieben bekannten Brennstoffzellen. Dabei handelt es sich um eine im Vergleich zu anderen Heizungsanlagen komplexe und aufwendige Apparatur, um unter Einsatz des Wasserstoffs in erster Linie eine kinetische Energie zu erzeugen. Sozusagen als Nebenprodukt fällt Abwärme an, die hier gezielt zur Gebäudetemperierung eingesetzt wird. Anders als beispielsweise beim Auto, bei Schiffen oder bei sonstigen Einrichtungen mit Brennstoffzellenantrieb ist die Bewegungsenergie hier „Abfallprodukt“ und die Wärmeerzeugung primäre Aufgabe. Aber auch die nicht direkt zur Beheizung eingesetzte Bewegungsenergie wird selbstverständlich sinnvoll eingesetzt, um über einen angebundenen Generator elektrische Energie zu erzeugen. Man spricht bei einem Brennstoffzellensystem daher in aller Regel auch von einer so genannten Kraftwärmekopplung oder auch KWK-Anlage.

Wie zukunftsfähig ist die Wasserstoffheizung?

Ob Wasserstoff im Allgemeinen oder aber Brennstoffzellen im Speziellen als flächendeckende Heizungsform der Zukunft die Erwärmung von Wohn- und Nichtwohngebäuden übernehmen kann, lässt sich an Hand einer Einzelbetrachtung der verschiedenen Aspekte sehr gut feststellen.

Der Brennstoff

Beginnend beim eigentlichen Brennstoff lässt sich zunächst einmal festhalten, dass natürliche Wasserstofflager, die ausgebeutet werden können und damit anderen fossilen Brennstoffen vergleichbar endlich sind, nicht existieren. Stattdessen muss beim Heizen mit Wasserstoff generell eine technische Wasserstofferzeugung stattfinden, um überhaupt den ansonsten extrem sauber nutzbaren Ausgangsstoff zu erlangen. Und genau hier sitzt die größte Herausforderung für eine zukunftsfähige Verwendung: Nachhaltig wird die Heizungsform dann, wenn es gelingt, die hohen Energiemengen für die Herstellung regenerativ, also etwa mittels Wind- oder Sonnenkraft zu erzeugen. Werden dagegen klassisch erzeugte Energien aus Kohle- oder Kernkraftwerken herangezogen, verpufft der ökologische Aspekt des Wasserstoffs schon, bevor er überhaupt beim Endverbraucher ankommt.

Ökologie versus Ökonomie

Die größte Aufgabe, um den Brennstoff nachhaltig einsetzen zu können, ist es deshalb, die Produktion so zu gestalten, dass tatsächlich ein nahezu grenzenlos verfügbarer Rohstoff (Wasser) unter Einsatz umweltfreundlicher Energien (z.B. Solar-, Wind- oder Wasserkraft) erzeugt und später nahezu emissionsfrei zur Gebäudebeheizung genutzt werden kann. Für die Zukunft funktionieren kann dieses Konzept erst dann, wenn die umweltfreundlichen Verfahren so weit entwickelt und zugleich verbreitet sind, dass sie auch aus finanzieller Sicht der klassischen Wasserstofferzeugung ohne Berücksichtigung ökologischer Aspekte gleichgestellt ist.

Die Verfügbarkeit

Aber auch ein ökologisch in großen Mengen erzeugter Brennstoff kann nur dann eine zukünftige Rolle spielen, wenn seine Verfügbarkeit in der Fläche gegeben ist. Leuchtturmprojekte, die unter Wasserstoffeinsatz heizen, existieren bereits heute. Das Ziel einer breiten Verwendung als echte Alternative zu anderen Heizformen kann dagegen nur erreicht werden, wenn alternativ oder parallel zum bestehenden Erdgasnetz beispielsweise eine Verteilinfrastruktur in Form eines Leitungsnetzes für die Wasserstoffversorgung aufgebaut wird. Varianten über Tanks zeigten sich bereits bei Flüssiggas als Alternative zu Erdgas zwar als praktikabel. Wegen des wiederkehrenden Aufwands vom Befüllen bis zur Wartung hat sich diese Technik aber nie als echte Breitenlösung durchgesetzt.

Ein Blick auf die Technik

Wandert der Blick vom Brennstoff hin zur Technik, also zu den Brennstoffzellen, ergibt sich ein ähnliches Bild, wie es für die Wasserstoffproduktion bereits gezeichnet wurde.

Komplexität und Anspruch der Brennstoffzellenheizung

Derzeit sind Brennstoffzellen kompliziert konstruiert, um den Wasserstoff bestmöglich verwerten zu können. Außerdem besteht in Relation zu den sehr simplen Feuerstätten sonstiger Brennstoffe eine hohe Komplexität und damit auch Fehleranfälligkeit. Der Aufwand für Wartung und Unterhaltung der Systeme fällt dementsprechend hoch aus. Soll eine Zukunftsfähigkeit gegeben sein, wäre eine konsequente Weiterentwicklung der Technik erforderlich, die die Konzeption einfacher, sicherer und damit vor allem auch in Anschaffung und Unterhalt günstiger macht.

Belastungen und Verschleiß durch Heizen mit Wasserstoff

Ein wesentlicher Kernpunkt einer Wasserstoffheizung ist die Tatsache, dass das Heizen im Vergleich zu traditionellen Anlagen mit weit höheren Temperaturen verbunden ist. Einerseits ist diese höhere Wärmeausbeute für die Verwendung zur Gebäudetemperierung durchaus gewünscht. Andererseits stellt sie durch thermische Spannungen und eine allgemein höhere Beanspruchung aller Bauteile zugleich eine Herausforderung dar. Ein höherer Verschleiß und damit verbunden ein höherer Wartungsaufwand führen letztlich zu höheren Unterhaltungskosten und allgemein betrachtet mehr Aufwand und einer kürzeren Lebensdauer. Bezieht man nicht nur den Brennstoff, sondern auch die technische Anlage in Überlegungen zur Nachhaltigkeit mit ein, dürfte auch dieser Aspekt ein großes Fragezeichen hinter die Zukunftsfähigkeit setzen.

Ist Heizen mit Wasserstoff zukunftsfähig – eine Abwägung

Es zeigt sich, dass Wasserstoff sowohl als Brennstoff als auch im Hinblick auf die nötige Technik zur seiner Nutzung zahlreiche Vorzüge aufweist und durchaus in der Lage ist, ökologische Aspekte in den Vordergrund zu stellen. Ob diese Gesamtkonzeption aber eine breite Basis einer zukünftigen Verwendung finden wird, hängt vor allem davon ab, ob und wie eine auch ökonomisch interessante Lösung entsteht, die trotzdem die nachhaltigen Ansätze nicht aus Kostengründen verwässert oder gar über Bord wirft. Da eine solche Entwicklung zu einer massentauglichen Technik nur selten schleichend vonstatten geht, hängt der Erfolg des Wasserstoffs sicherlich nicht unwesentlich davon ab, ob und in welchem Rahmen der Staat oder auch private Investoren die Brennstoffzellenheizung fördern und vorantreiben.

Brennstoffzellen als Heiztechnik der Zukunft – viele Vorzüge, aber heute noch nicht flächendeckend sinnvoll

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Wasserstoff zum Heizen sowohl geeignet ist als auch verschiedene zukunftsweisende Vorteile bietet. Zum heutigen Stand zeigt sich die Technik aber weder ausreichend entwickelt, noch ausreichend verbreitet, um den Schritt zur allgemeinheitstauglichen Heizungsanlage zu bewältigen. Ob dieser Schritt gelingt ist Stand heute noch nicht sicher.