Ein Bäcker muss sich schon in beruflicher Hinsicht mit der Energie- und Wärmeversorgung auskennen. Dass diese langjährige Erfahrung auch im häuslichen Umfeld nützlich sein kann, beweist Hubert Klodt im westfälischen Emsdetten. In seinem Wohnhaus wurde eine zukunftsweisende Brennstoffzelle installiert.
Bild 1: Das großzügig bemessene Eigenheim der Eheleute Klodt wurde als Doppelhaus konzipiert – die rechte Haushälfte mit etwa 100 m² Wohnfläche ist vermietet
Der gelernte Bäckermeister und Konditor Hubert Klodt beschäftigt sich schon seit geraumer Zeit mit der Brennstoffzellen-Technik, als Bauherr eines kürzlich errichteten Boardinghouses ebenso wie bei der energetischen Gebäude-sanierung seines eigenen Wohnhauses. In diesem Zusammenhang wurde er mithilfe seines Energieberaters und der Tageszeitung auf die BEN-Tec GmbH aufmerksam.
Das Unternehmen aus Rheine hat sich unter der Leitung von Sebastian Niehoff auf die Wasserstoff-Technologie sowie Brennstoffzellen spezialisiert. Neben der professionellen Beratung sowie dem umfangreichen Servicepaket kam es mit der Brennstoffzelle eLecta 300 von Remeha zu einer bemerkenswerten Symbiose.
Energetische Sanierung nach 31 Jahren
Das Gebäude von Annemarie und Hubert Klodt wurde 1989 in dreischaliger Massivbauweise errichtet (Bild 1). Eine energetische Überholung nach nunmehr drei Jahrzehnten Nutzung war damit aus Sicht der Bewohner notwendig. „Wenn die Erwärmung des Hauses schon nicht zu 100 % CO2-neutral funktioniert, dann möchten wir wenigstens mit dem aktuellsten Stand der Technik versorgt sein“, so die Hausbesitzer wörtlich.
Ihr großzügig bemessenes Gebäude ist in zwei Haushälften aufgeteilt und voll unterkellert. Etwa 200 m2 Wohnfläche und weitere 65 m2 Nutzfläche stehen dem Ehepaar selbst zur Verfügung. Hinzu kommen etwa 100 m2 Wohnfläche in der zweiten vermieteten Haushälfte.
Bild 2: Kompakte Abmessungen inklusive. Die Grundmaße der eLecta 300 ermöglichen die Aufstellung in kleinen Räumen – in diesem Fall sind es rund fünf Quadratmeter
Nachdem man bis vor etwa einem Jahr beide Bereiche mit je einem Gaskessel beheizte, stellte sich nun die Frage, wie man eine zeitgemäße Wärmeversorgung realisiert. Hubert Klodt sieht es pragmatisch: „Statt zwei neue Wärmeerzeuger zu installieren, hatte ich den Wunsch, eine – wenn auch teurere – energieeffiziente Anlage montieren zu lassen, die Wärme und Strom erzeugen kann. Gute Erfahrungen konnten wir ja bereits mit einer Brennstoffzelle sammeln, die wir vorher in einem Neubau einbauen ließen. Zudem suchte ich nach einer besseren Kombination mit unserer Photovoltaik-Anlage, die wir bereits seit zehn Jahren in Betrieb haben.“
Alternative zur Gasheizung
Die eingesetzte Brennstoffzelle aus dem Hause Remeha vom Typ eLecta 300 (Bild 2) ist nicht nur ein Wärme-, sondern auch ein Stromerzeuger. Der Vorteil gegenüber einem BHKW (Blockheiz-Kraftwerk) mit ähnlichen Fähigkeiten liegt in der direkten Energieumwandlung. Während das BHKW einen Motor für die Wärme- und Stromproduktion verwendet, nutzt die Brennstoffzelle einen rein elektro-chemischen Prozess für die Bereitstellung dieser Energieformen.
Dadurch laufen die Geräte auf Erdgasbasis nahezu geräuschlos und mit einem sehr geringen CO2-Ausstoß, der bis zu 50 % niedriger ist als bei herkömmlichen Brennwertkesseln. Damit gilt die Technologie aktuell als leiseste und effizienteste Form, um aus Erdgas Strom und Wärme zu erzeugen.
Das funktioniert so: Brennstoffzellenheizgeräte wandeln mithilfe eines Reformers Erdgas in reinen Wasserstoff und CO2 um. Der gewonnene Wasserstoff reagiert dann mit zugeführtem Sauerstoff aus der Luft in einer umgekehrten Elektrolyse zu Wasser. Der Vorgang wird auch als „kalte Verbrennung“ bezeichnet.
Bild 3: Offene Technik: Links befindet sich das Brennstoffzellenheizgerät, welches die BDR-Thermea Gruppe in Kooperation mit Panasonic einsetzt
Man unterscheidet zwei Varianten: die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) mit Keramik-Membran für den Hochtemperaturbereich von 650 bis 1.000 °C und die Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEM) mit einer Membran aus Kunststoff für den Niedrigtemperaturbereich von 70 bis 90 °C.
Eine Brennstoffzelle erzeugt nicht nur Wärme
Das System eLecta 300 besteht neben dem Brennstoffzellen-Modul (Bild 3) aus einem 300-Liter-Pufferspeicher und einem Gas-Brennwertgerät, das als Spitzenlastkessel fungiert. Es hat eine modulierende Nennwärmeleistung von 4,8 bis 20 kW und ist mit der Hydraulikeinheit im Puffervorbau zu finden.
Bild 4: Hausbesitzer Hubert Klodt schaut sich die Betriebsstunden der Brennstoffzelle genau an
Die Warmwasserbe-reitung erfolgt über ein Frischwasser-modul mit einer Leistung von 240 Litern in zehn Minuten (45 °C) zur Bereit-stellung direkt aus dem Pufferspeicher. Damit ist das eLecta 300 optimal für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern geeignet.
Das Brennstoffzellen-Modul selbst ist aus einer PEMFC (Polymerelektrolytmembran) gefertigt. Damit ist es möglich, eine Ausgangsleistung von 750 W elektrisch und 1.100 W thermisch zu erzeugen. Der elektrische Wirkungsgrad liegt bei über 35 %. Neben der innovativen Hardware punktet die eLecta 300 von Remeha durch eine neue Touchscreen-Bedieneinheit (Bild 4) inklusive Energiemanagement, das auf die drei Komponenten (Brennstoffzelle, Brennwertgerät und Frischwassermodul) abgestimmt ist.
Bild 5: Mit dem BEN-Tec Energiemonitor hat der Betreiber alle Energieflüsse seines Gebäudes auf einem Display im Blick
Des Weiteren wurde ein BEN-Tec Energiemonitor integriert (Bild 5), der eine Fernüberwachung ermöglicht, aktuelle Software-Updates installieren kann und die Betriebsdaten der Anlage übermittelt und analysiert.
In diesem Zusammenhang wird auch die bestehende Photovoltaik-Anlage mit 5,5 kWp (Kilowatt-Peak) mit eingebunden. Der Betreiber hat damit alle Energieflüsse seines Gebäudes auf einem Display im Blick.
Das moderne System ist förderfähig
Im Energiemanagement der eLecta 300 hat nach Möglichkeit ein 24-stündiger Dauerbetrieb der Brennstoffzelle oberste Priorität. Je nach Wärmeanforderung schaltet darüber hinaus das integrierte Gas-Brennwertgerät zu oder ab.
Es fördert die erzeugte Wärmeenergie direkt in den Heizkreis oder in den Puffer, während die Brennstoffzelle ausschließlich den Puffer belädt, um so auf eine durchgehend hohe Laufzeit zu kommen.
Bei mehreren Heizkreisen kann somit immer die optimale Kombination im System gesteuert werden (Bild 6). Als Wartungsintervall wird für die Brennstoffzelle vom Hersteller ein Zeitraum von fünf Jahren angegeben. Nach dieser Zeit müssen im wesentlichen nur Filter gewechselt werden. Alle zehn Jahre ist zudem ein Austausch von Sensoren fällig.
Bild 6: Gibt jederzeit Auskunft über die Wärmebereitstellung: die zentrale Regeleinheit der eLecta 300
Energieeffizienz und Bedienfreundlichkeit stehen nicht allein im Fokus der Anlage. Sie ist zudem förderfähig: „Mit den Fördermaßnahmen der BAFA (Bundesamt für Ausfuhrkontrolle) sowie der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) kommt die Brennstoffzelle in die Preisregion einer guten Wärmepumpe“, erläutert Bäckermeister Klodt. Um eine einwandfreie Inbetriebnahme und Wartung des Systems zu garantieren, erfolgte die Anlieferung durch den zertifizierten Systempartner. Auch das ist wichtig für derartige neue Technologien – der Endgebraucher ist durch diese professionelle Unterstützung auf der sicheren Seite.
Fazit der Betreiber: Pro Brennstoffzelle
Die Eheleute Klodt sind von der Remeha eLecta 300 überzeugt. Die Brennstoffzelle arbeitet zuverlässig, effizient und nahezu geräuschlos. Die Betriebsstunden lagen im Zeitraum von der Inbetriebnahme (August) 2020 bis Ende Jan. 2021 bei 2209 – das liegt eindeutig im idealen Bereich.
Die kompakten Abmessungen der kompletten Geräteeinheit (106 cm tief und 141 cm breit) gewährleisteten eine problemlose Montage im knapp bemessenen Heizraum mit etwa 5 m² Grundfläche.
Darüber hinaus ermöglichte die mehrteilige Modulbauweise eine gute Einbringung in den bestehenden Heizraum – ideal im Gebäudebestand. Neben der guten CO2-Bilanz freut sich Familie Klodt aus Emsdetten über geringe Energiekosten – ein Gewinn für die Umwelt und die Beteiligten ist es allemal.
Hausbesitzer Hubert Klodt ist von der Remeha eLecta 300 überzeugt
Bautafel
Objekt: Energetische Sanierung eines 2-Familien-Wohnhauses in Emsdetten
Remeha rechnen etwa mit Kosten in Höhe von 30.000 bis 31.000 Euro inkl. Montage im Gebäude. Davon gehen für den Käufer 11.200 Euro Förderung ab, die die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) gewährt. Aktuell wird die Brennstoffzelle – aufgrund der staatlichen Unterstützung – nicht wesentlich teurer als eine geothermische Wärmepumpe.
Das KfW-Programm 433 regelt den Zuschuss für Brennstoffzellen in den Leistungsklassen von 0,25 bis 5,0 kW elektrische Leistung; sowohl für neue als auch bestehende Wohn- (bis zu 2 WE) und Nichtwohngebäude. Das betrifft das Brennstoffzellengerät selbst, den Einbau, die Servicegarantie in den ersten zehn Jahren und das Honorar des Energieberaters.
Zudem ist es gleichgültig, ob es sich um Privatpersonen, Wohnungseigentümergemeinschaften, Kommunen, Energieversorger oder um Contracting-Anbieter handelt.
Erdgas und die Alternativen
Fährt in jeder Hinsicht auf Wasserstoff ab: Sebastian Niehoff Alle Bilder: Remeha GmbH, Emsdetten
Mit der hier eingesetzten Brennstoffzelle wird aus dem Energieträger Erdgas mittels Dampfreformierung Wasserstoff hergestellt. Das Verfahren ist zwar kostengünstig und effizient, es erzeugt allerdings auch Kohlendioxid. Ein Ende der gasbefeuerten Gebäudebeheizung ist nach Meinung vieler Branchenexperten – auch deshalb – noch nicht in Sicht. Zudem bleiben Erd- und Flüssiggas als Energieträger auch deshalb weiterhin interessant, weil sie leicht zu speichern und gut zu transportieren sind.
Nachhaltige Alternativen wie Wasserstoff, Biogas und Synthesegas gibt es bereits jetzt. Wasserstoff spielt dabei sowohl in der Industrie als auch in der Mobilität eine immer wichtigere Rolle, denn bei der Erzeugung und Verbrennung wird kein CO2 freigesetzt. Wasserstoff und andere Gasarten können problemlos gespeichert werden und das vorhandene Erdgasnetz lässt sich für den Transport nutzen. Gasförmige Lösungen, einschließlich Wasserstoff, werden sowohl in neuen als auch in bestehenden Gebäuden für die Nutzung der Brennstoffzelle zum Einsatz kommen.
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