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Heizen mit Wasserstoff – Zukunft der Heizung auch in der Schweiz?

Wasserstoff wird heute generell als Schlüsselelement für eine erfolgreiche Energiewende angesehen und gilt als Energieträger der Zukunft, da er in den unterschiedlichsten Bereichen – zum Beispiel bei der Wärmeproduktion für Heizungen, in zahlreichen industriellen Prozessen oder bei mobilen Antrieben in den Bereichen Transport und Verkehr – zur massiven Reduktion der CO2-Emissionen beitragen kann. Aber ist das Heizen mit Wasserstoff wirklich die Zukunft? Ist die Technologie marktreif? Und kann Sie sich gegen bewährte Heiztechnologien wie zum Beispiel die Wärmepumpe durchsetzen? Die Antworten auf diese Fragen finden Sie hier.

Chemisches Element Wasserstoff (H2)

Was ist Wasserstoff eigentlich?

Wasserstoff ist das in der Natur am häufigsten vorkommende chemische Element. Er ist wichtiger Bestandteil sämtlicher organischer Verbindungen, kommt aber in der Natur nur in Verbindung mit anderen Elementen vor. Dies führt dazu, dass die Herstellung des Gases in reiner Form gar nicht so einfach ist. Wasserstoff kann nämlich nicht einfach abgebaut, sondern muss erst erzeugt werden. Aber erst einmal gewonnen, lässt sich Wasserstoff-Gas als Energieträger speichern und kann generell für effiziente Prozesse der Energieumwandlung eingesetzt werden.

Wie wird Wasserstoff genau gewonnen?

Um Wasserstoff zu erhalten, muss er unter Einsatz von Energie aus wasserstoffreichen Ausgangsprodukten, also beispielsweise aus Wasser (H2O = 2 Teile Wasserstoff, 1 Teil Sauerstoff) abgespalten werden.

Anders als bei Gas oder Öl, wird die Energie also nicht durch Verbrennung sondern durch einen chemischen Prozess gewonnen. Dieser chemische Prozess kann durch unterschiedliche Methoden erfolgen, die Auswirkungen auf die Umwelt sind jedoch je nach Methode völlig verschieden:

Grüner Wasserstoff

Grüner Wasserstoff wird durch die sogenannte Elektrolyse gewonnen: Unter Einsatz von elektrischem Strom wird Wasser in seine Bestandteile Wasser- und Sauerstoff gespalten. Wird dafür Elektrizität aus erneuerbaren Quellen (Photovoltaik, Wind) verwendet, ist diese Art der Wasserstoffgewinnung tatsächlich grün, es entsteht also kein CO2 – der so gewonnene Wasserstoff ist klimaneutral. Grüner Wasserstoff erfüllt als einziger Wasserstoff die Anforderungen des Pariser Klimaschutzabkommens und weist deswegen das grösste Potenzial auf als Heiztechnologie der Zukunft eine Rolle zu spielen.

So funktioniert klimafreundliches Heizen mit Wasserstoff

Blauer Wasserstoff

Blauer Wasserstoff wird unter Einsatz von fossilen Brennstoffen (mehrheitlich Erdgas) bei der sogenannten Dampfreformierung gewonnen: Unter Zugabe von Wasserdampf werden in einer chemischen Reaktion Wasserstoff und Kohlendioxid gespalten. Der Wasserstoff steht in reiner Form zur Verfügung, das Kohlendioxid wird in Tanks oder unterirdischen Höhlen (z.B. stillgelegte Salzminen) gelagert. So kann blauer Wasserstoff per se auch als weitgehend klimaneutral betrachtet werden.

Türkiser Wasserstoff

Türkiser Wasserstoff wird mit einem sehr ähnlichen Verfahren wie der blaue Wasserstoff gewonnen: Bei der sogenannten Methanpyrolyse wird das Erdgas in einem Hochtemperaturreaktor unter Zuführung von Hitze gespalten. Auch der türkise Wasserstoff kann nur dann als CO2-neutral gelten, wenn die Energie für den Prozess aus erneuerbaren Energiequellen stammt und der entstehende Kohlenstoff langfristig gebunden bleibt.

Grauer Wasserstoff

Grauer Wasserstoff entsteht wie blauer oder türkiser Wasserstoff. Der einzige Unterschied: Das abgespaltene CO2 wird ungenutzt an die Atmosphäre abgegeben. Das Verhältnis zwischen Wasserstoff und Kohlenstoff bei der Abspaltung beträgt rund 1:10 – grauer Wasserstoff ist somit alles andere als klimafreundlich, sondern verstärkt sogar den Treibhauseffekt.

Wie kann Wasserstoff zum Heizen genutzt werden?

Zwei Technologien mit gänzlich verschiedener Arbeitsweise können aktuell für das Heizen mit Wasserstoff genutzt werden: entweder man baut sein eigenes kleines Kraftwerk im Keller auf, die sogenannte Brennstoffzellen-Heizung wie es bereits in Japan gang und gäbe ist oder aber das Schweizer Gasverteilnetz mischt dem herkömmlichen Gas einen gewissen Anteil Wasserstoff bei, um die herkömmliche Gas-Brennwertheizung auf andere Weise zu benutzen.

Wasserstoff als Erdgas-Ersatz in Heizungssystemen

Die Brennstoffzellen-Heizung

Wasserstoff als Erdgas-Ersatz in Heizungssystemen

Wasserstoff als Erdgas-Ersatz in Heizungssystemen

Bei dieser Form der Wasserstoffheizung wird der Wasserstoff über das bestehende Gasverteilnetz direkt in ein Heizsystem (Gas-Brennwertheizung) eingespeist. Denn Wasserstoff kann gleich wie auch Erdgas oder Biogas für die Heizung zum Einsatz kommen. Dies kann sowohl in reiner Form oder als Beimischung zum herkömmlichen Gas erfolgen.

Lesen Sie hier, inwieweit Vaillant Brennwertheizungen in diesem Bereich ausgerüstet sind.

Die Brennstoffzellen-Heizung

Die Brennstoffzellen-Heizung

Die Brennstoffzelle ist so etwas wie ein privates Kraftwerk. Statt wie herkömmlich das Erdgas zu verbrennen, nutzt die Brennstoffzelle dieses für eine thermodynamische Reaktion: Der im Erdgas enthaltene Wasserstoff trifft in der Brennstoffzelle auf Sauerstoffmoleküle. Dabei entsteht einerseits elektrischer Strom und andererseits nutzbare Wärme. Eine solche KWK- (Kraft-Wärme-Kopplung) Anlage kann problemlos den Grundbedarf an Wärme und Strom eines Einfamilienhauses abdecken.

Auch die Brennstoffzellen-Technologie ist auf dem Markt bereits verfügbar. Zwar hat sich die Brennstoffzellen-Heizung in der Schweiz noch nicht richtig durchgesetzt, sie birgt jedoch grosses Potenzial. So ist sie beispielsweise in Japan sehr beliebt, bereits weit verbreitet und staatlich gefördert.

Welche Vorteile bietet die Wasserstoff-Heizung? Welche Nachteile hat sie?

Das Potenzial der Technologie ist riesig. Erfahren Sie im Folgenden die wichtigsten Vor- und Nachteile der Wasserstoff-Heizung.

Die wichtigsten VorteileDie wichtigsten Nachteile
  • Verwendet man den grünen Wasserstoff, kann wie bei einer Wärmepumpe äusserst klimafreundlich und nachhaltig geheizt werden.
  • Die Verwendung von Biogas anstelle von Erdgas bringt eine zusätzliche Steigerung der Klimafreundlichkeit des Heizsystems.
  • Nutzt man den Wasserstoff mit einer Gas-Brennwertheizung, profitiert man von höchst ausgereifter Technologie und verfügt so über eine zukunftssichere Heizungslösung.
  • Die Wärme-Kraft-Koppelung sorgt gleichzeitig für Strom- und Wärmeversorgung.
  • Die Brennstoffzellen-Technologie ist grundsätzlich bereits recht weit entwickelt (z.B. in der Automobilbranche) und vielversprechend. Entsprechend werden in nächster Zukunft noch viele entscheidende Weiterentwicklungen zu erwarten sein.
  • Ein Anschluss an das Gasnetz ist unabdingbar.
  • Die Verfügbarkeit des Wasserstoffs (Menge/Beimischungsgrad) und die Produktionsart (nach Möglichkeit nur Verwendung von grünem Wasserstoff) kann nicht selbst bestimmt werden und ist in der Schweiz noch nicht sehr weit verbreitet.
  • Aufgrund der (noch) bescheidenen produzierten Stückzahlen sind die Anschaffungskosten einer Anlage vergleichsweise hoch.
  • Hohe Betriebstemperaturen und die Reaktionsfreudigkeit des Wasserstoffs können erhöhten Materialverschleiss zur Folge haben – aktuell können Gas-Brennwertkessel mit Wasserstoff-Anteilen von 20-30% umgehen.
  • Für die Produktion von Wasserstoff braucht es grosse Mengen an Strom, weswegen eine Wärmepumpe bis anhin um ein Vielfaches effizienter und kostengünstiger ist.

Grüne Wasserstoff-Heizungen kombinieren

Eine interessante Perspektive bietet eine Wasserstoff-Heizung zur direkten Verbrennung von Wasserstoff in einer Gas-Brennwertheizung im Verbund mit einer Photovoltaik-Solaranlage: Wie bereits erwähnt kann Wasserstoff mittels Elektrolyse gewonnen werden. Dabei wird Wasser durch Einsatz von elektrischem Strom in seine beiden Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, der Wasserstoff steht für den Einsatz in einem Heizsystem bereit. Stammt der für diesen Prozess benötigte Strom aus einer Photovoltaik-Anlage, erzielt das Gesamtsystem (Photovoltaik für Stromproduktion, Wasserstoffheizung für Wärmeproduktion) eine äusserst vorteilhafte Öko-Bilanz.

Klimafreundliches Heizen mit grünem Wasserstoff

Vieles ist im Fluss, vieles in Entwicklung, vieles noch unklar. Aber eines steht fest: Dem Wasserstoff gehört aufgrund seiner Effizienz als Energieträger und seiner CO2-Freundlichkeit – nicht zuletzt auch im Bereich Heizen – die Zukunft. Entscheidend für den durchschlagenden Erfolg der Technologie in der Schweiz sind unter anderem die Erfüllung dieser zentralen Forderungen:

  • Gesicherte Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff für alle Anwendungen mit entsprechendem Verteilnetz
  • Vergünstigung der Produktionskosten von grünem Wasserstoff
  • Deutliche Senkung der Systemkosten (Heizungen) durch Produktion höherer Stückzahlen
  • Weiterentwicklung der Brennstoffzelle zu einer massentauglichen, erschwinglichen, zuverlässigen und zu 100% CO2-neutralen Heiz-Technologie
  • Unterstützung der neuen Technologie – insbesondere von Wasserstoff-Heizungen – durch die Politik, z.B. in Form von Fördergeldern wie bei Wärmepumpen oder bei der Photovoltaik
ecoTEC plus Gasgerät

Vaillant fördert den Einsatz von Wasserstoff im Heizungssektor

Bei Vaillant fördern wir den Einsatz von Wasserstoff im Heizungssektor und arbeiten an 100 % wasserstoffbetriebenen Heizsystemen. So werden wir bereits in 2021 Testreihen zu wandhängenden H2-Heizgeräten durchführen, um sie zur Marktreife zu bringen. Eine Vaillant H2-Heizung senkt nicht nur den CO2-Ausstoss auf null, das Gerät lässt sich im Prinzip genauso betreiben und nutzen wie ein heute übliches Gas-Brennwertgerät.

Unsere Gas-Brennwertsysteme der neuesten Generation sind bereits heute in der Lage, Gas mit hoher Beimischung von Wasserstoff zu verbrennen. In unseren Laboren konnten wir sogar Beimischungen bis zu 30% erfolgreich erproben. Die zunehmende Verwendung von H2 im Gasnetz führt zu schwankenden Gasqualitäten. Auch hierauf sind unsere Geräte bereits heute optimal vorbereitet. Die Verbrennungsregelung IoniDetect „erkennt“ die verschiedenen Gasarten in einem Netz automatisch und stellt sich darauf ein. Sie ist das Herzstück in unserer neuen Generation von Gas-Brennwertgeräten wie den ecoTEC exclusive.

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