Energiewende – Innovationen in der Heiztechnologie

Wasserstoff hat eine Chance

Interview zur Brennstoffzelle mit Jürgen Jahn

Zur Einführung des Brennstoffzellensystems eLecta 300 beantwortet Jürgen Jahn, Leiter Produktmanagement bei Remeha die Fragen des Heizungsjournals.

Interview Brennstoffzelle

Heizungsjournal: Herr Jahn, ich gehe einmal davon aus, dass für Remeha immer noch der Umsatzrenner Gas to Heat ist, um die klassische Brennwerttechnik zumindest sprachlich zu internationalisieren und anzuheben. Wenn alle Welt von Power to Heat, von Power to Gas, von Power to X spricht, müssen wir auch das Selbstwertgefühl der Therme an der Wand stärken. Auf der anderen Seite ist die BDR-Thermea-Gruppe seit gut zwei Jahrzehnten in der Brennstoffzellenentwicklung tätig.

In den Jahren wechselten Sie einige Male den Stack-Hersteller – Ballard, Toshiba, Panasonic – und die Technologie: von der niedertemperaturigen PEMFC zur hochtemperaturigen SOFC, die PEM mit einer Membran aus Kunststoff als Elektrolyt, die SOFC mit Keramik. Mit Panasonic gehen Sie jetzt wieder zurück zur PEMFC. Das zeigt, Sie geben nicht auf, was die Brennstoffzelle angeht.

Zur Jahreswende startete Remeha den kommerziellen Feldtest mit der eLecta 300, kommerziell mit dem Seriengerät. Pilotprojekte gingen dem voraus. Auf Veranstaltungen und in Diskussionen sprechen Sie allerdings davon, dass auch die Erdgasbrennstoffzelle nur Brückenfunktion hat, bis eines Tages die Wasserstoffbrennstoffzelle kommt, mit reinem Wasserstoff betrieben, ohne Reformer. Im niederländischem Rozenburg nahe Rotterdam stehen oder hängen bereits in Testhäusern reine Wasserstoffkessel von Remeha, mit einer Leistung von 28 kW, sodass, so scheint’s, gar nicht die Brennstoffzelle vorne steht, sondern die Frage eher so zu stellen ist: Wird nach Ansicht von BDR-Thermea Wasserstoff als Energieträger in der Zukunft eine wesentliche Rolle spielen und eine ernsthafte Alternative zur Elektroheizung – Wärmepumpe oder Direktheizung – sein?

Jürgen Jahn - Leiter Produkmanagement Remeha GmbH

Jahn: Alternativ ist richtig ausgedrückt. Wir glauben, dass Wasserstoff eine Chance hat. Dass Wasserstoff sich in bestimmten Bereichen durchsetzen kann, wenn es die Strukturen gestatten. Mit Strukturen meine ich die Infrastruktur. Die fehlt uns heute noch. Zum Beispiel für Quartierslösungen. Wie Sie richtig sagen, sind wir schon seit zwei Jahrzehnten in Sachen Wasserstofftechnologie unterwegs. Da nun mal heute in Haushalten das Erdgas omnipräsent ist, müssen wir die ersten Schritte in Richtung Erdgas betriebener Brennstoffzelle gehen, die den Wasserstoff aus dem Reformerprozess produziert. Tatsächlich ist sie für uns ein Schritt zur reinen Wasserstofftechnologie. Irgendwo und irgendwie muss ja der erwartete Stromüberschuss aus PV und Wind gespeichert werden. Dann können wir auch mit ganz anderen Preisen aufwarten. Wenn eines Tages der Reformer entfällt mit all seiner Peripherie, mit der Entschweflung, mit den Kartuschen und was sonst noch alles dazu gehört, fallen zwei Drittel der Apparatur weg. Der eigentliche Stromerzeuger macht nur ein Drittel aus.

Wasserstoff hat eine Chance

Zur Frage SOFC oder PEMFC ist zu sagen, dass die SOFC den Vorteil hat, das Erdgas direkt verwenden zu können. Sie braucht keinen Reformer. Ihr keramischer Elektrolyt muss aber auf Hochtemperatur bleiben. Der verträgt keine Temperaturwechsel mit Spannungen im Gefolge. Sie können mithin die SOFC nicht abschalten. Das heißt, wir müssten uns hier auf ganz kleine Leistungen konzentrieren. Die PEMFC mit Reformer tut sich in Bezug auf ein- und ausschalten leichter. Beim ersten Start braucht auch deren Reformer etwa 1 bis 1,5 Stunden, ehe er reinen Wasserstoff liefert. Im Betrieb, wenn alles warm und heiß ist, geht es schneller. Trotzdem gehen wir auch hier mit unseren 750 Watt Strom von einer Dauerleistung aus. Wenn wir dann eines Tages eine reine Wasserstoffzelle betreiben, müssen wir uns bei der PEMFC nicht mehr groß um den Ein/Aus-Betrieb kümmern. Der SOFC dagegen hängt dieser Nachteil immer an.

Heizungsjournal: Wie viel Start/Stop-Zyklen lässt die PEMFC zu?

Jahn: Laut Auskunft von Panasonic etwa 4.000 Zyklen und 80.000 Betriebsstunden.

Heizungsjournal: BDR Thermea ist ein Firmenverbund mit Baxi, mit De Dietrich, mit Remeha, mit Brötje. Arbeiten Sie alle gemeinsam an solch einem Projekt oder wie sieht die Arbeitsteilung aus?

Jahn: Wir haben im Konzern der BRD Thermea Group so genannte Kompetenzzentren. Das Kompetenzzentrum Brennstoffzelle ist nach wie vor die Baxi Innotech in Hamburg. Dort liegen Forschung und Entwicklung. Hamburg macht für uns das Projekt als Markenprodukt marktreif. Vertrieb, Vermarktung, Service übernehmen dann die einzelnen Firmen.

Sie sprachen vorhin die Vergangenheit an. Ja, es gab vor Jahren in Hamburg das groß angelegte Forschungsprojekt Brennstoffzelle mit einer Alpha-Beta-Gamma-Delta-Version auf der Basis SOFC, also Hochtemperaturbrennstoffzelle. Die war eigentlich marktreif und stand kurz vor der Produktion. Dann ging Baxi aber in das BDR-Thermea-Konstrukt ein. Einiges wurde neu überdacht, zumal die erste Version mit ihren 1,5 kW elektrisch nicht unbedingt in das Einfamilienhaus passte. Dafür war ihre Leistung einfach zu groß. Eine kleinere Anlage mit einer elektrischen Leistung unter 1,0 kW elektrisch bedeutet mehr Betriebsstunden pro Jahr und führt so zu einer höheren Wirtschaftlichkeit. Leistungsspitzen im Wärmebereich werden über einen integrierten Zusatzbrenner, über eine Gastherme, abgefangen.

Mit dem Stack von Panasonic, den auch Viessmann und BBT Bosch nehmen, nutzen wir heute ein fertiges, ausgereiftes Produkt, das wir mit unseren Komponenten zu einem System ergänzen. Die eLecta leistet 750 Watt elektrisch und 1 kW thermisch. Sie ist damit für die Zielgruppe Ein- und Zweifamilienhäuser maßgeschneidert.

Blick nach Japan

Heizungsjournal: Ausgereiftes Produkt – in Japan gehen auch nicht mehr als zweihundert- oder zweihundertfünfzigtausend pro Jahr in den Markt, bei 63 Mio. Wohnungen. So brennstoffzellenfreudig wie hier immer behauptet wird ist man in Fernost nicht. Japan hat ferner kein Erdgas und keine Erdgasleitung zum Festland. Man heizt mit Flüssiggas aus Australien und Malaysia und konfektioniert das höchstrein. Darin sind weder Schwefel noch andere Gifte für die Brennstoffzelle enthalten. Das tut der Technik gut. Wir dagegen beziehende wechselnde Gasqualitäten. Und auch in Japan ist sich die Autoindustrie mittlerweile uneins darüber, worauf sie setzen soll. Nissan setzt auf das Batterieauto und ist aus der Wasserstoffallianz ausgeschieden, zu der sich die großen Autobauer inklusive Toyota zusammengeschlossen haben, um mit Druck auf die Regierung den Ausbau des entsprechenden Tankstellennetzes zu beschleunigen. Soll nur sagen, Japan ist nicht die Referenz, mit Betonung auf die, für die das Land hier gerne genommen wird.

Jahn: Zugegeben, die japanischen Verhältnisse sind nicht identisch mit den europäischen. Wenn wir von der Qualität der Panasonic-Zelle sprechen, meinen wir auch nur das Herz, den Stack. Es ist unsere Aufgabe, ihn an unsere Heizungstechnik zuverlässig anzupassen sowie an unsere beiden Gasqualitäten, das LL- und das E-Gas. Das LL-Gas entspricht dem früheren L-Gas und das E-Gas dem früheren H-Gas. Die Abweichungen bestehen in erster Linie im Stickstoffanteil. Darauf haben wir reagiert. Bei der Inbetriebnahme muss man die Brennstoffzelle auf E oder auf LL einstellen.

Strompreis ist nicht alles

Heizungsjournal: Die Bundesregierung will den preislichen Abstand zwischen einer Kilowattstunde Gas und einer Kilowattstunde Strom abbauen. Die Brennstoffzelle finanziert sich allerdings über ihre preiswerte Stromproduktion. Wenn diese Differenz sinkt, lohnt sich doch kaum noch die Anschaffung eines Kraftwärmekopplers.

Jahn: Doch, ich glaube schon, dass es sich lohnt, in diesem Bereich weiterhin zu investieren. Die BDR Thermea Group hat sich auf die Fahne geschrieben, grundsätzlich auch in der Kraftwärmekopplung aktiv zu sein beziehungsweise aktiv zu bleiben. Es ist natürlich schon mitentscheidend für die Zukunft der KWK, wie sich der Preis entwickelt. Aber der ist ja nicht alles. Für den Stromüberschuss aus erneuerbaren Energien brauchen wir ein Speichermedium, wir heizen ja nicht gerade, wenn die Sonne prall scheint. Und das Medium wiederum braucht einen effizienten Wärme- und Stromerzeuger. Auch wenn im Moment Flaute beim Windausbau herrscht, wir haben ja von der EU für die ‚Erneuerbaren’ Margen für 2030 und 2050 vorgegeben. Und die können Sie nicht so ohne Weiteres vom Netz nehmen. Wir müssen einfach zwischenlagern, um nicht gezwungen zu werden, das Zuviel zu hohen Preisen an andere Abnehmerländer abgeben zu müssen und bei Unterdeckung zu hohen Preisen zurückzukaufen. Wasserstoff zeichnet sich als ökologische und ökonomische Speicherlösung ab. In Hamburg plant man bereits eine gigantische Anlage, die aus Nordsee-Windstrom Wasserstoff produziert. Wir selbst sind mit Netzbetreibern im Gespräch, die mit uns Wasserstoffkessel anbieten wollen.

Heizungsjournal: Über die Niederländer hinaus? Mit wem konkret?

Jahn: Das dürfen wir noch nicht sagen. Wenn wir aber den Überschuss in Power to Gas umwandeln, erhält selbst die Brennstoffzelle wieder neue Attraktivität. Weil wir uns erstens, darüber sprachen wir ja schon, diesen ganzen Reformeraufwand ersparen können. Zweitens rechnet sie sich aber nicht nur aus diesem Grund besser für den Eigentümer sondern auch wegen des höheren Stromertrags.

Geeignet für Quartierslösungen

Heizungsjournal: Können Sie das näher erläutern?

Jahn: Die Wärme der Brennstoffzelle fällt sowohl beim Reformer als auch beim Stack an. Eine Brennstoffzelle ohne Reformer liefert mithin weniger Wärme, dafür mehr Strom. Bei 60 oder 70 Prozent Stromanteil und Eigenverbrauch amortisiert sie sich in wenigen Jahren.

Heizungsjournal: Was halten Sie von Quartierslösungen, also ein Wasserstoffnetz in einer Siedlung mit vielleicht 50 oder 100 Häusern und einer zentralen Brennstoffzelle, die sowohl Nahwärme als auch Strom den Haushalten anbietet?

Jahn: Sehr viel. Die Beimischung von Wasserstoff zu Erdgas ist ohnehin sehr schwierig. Die Automobilindustrie kommt damit nicht zurecht, wenn ein bestimmter Prozentsatz überschritten wird. Selbst Erdgasautos können dann nicht mit diesem Erdgas/Wasserstoffmix betankt werden. Das Problem ist, es gibt aktuell für diesen Zweck nicht genügend große Brennstoffzellen. Hier muss sich noch etwas entwickeln.

Heizungsjournal: Kommen wir zurück zum Brennstoffzellensystem eLecta. Sie haben zur Jahreswende den Feldtest mit Seriengeräten gestartet. Wie geht es weiter?

Jahn: Wir wollen in den ersten Monaten so 60 bis 70 Anlagen installiert haben. Wir müssen Heizungsbauer dafür gewinnen und sie vor allem schulen. Unsere Planung läuft auf insgesamt etwa 300 Auslieferungen im Jahr 2020 hinaus.

Heizungsjournal: Wo bewegen sich die Kosten?

Jahn: Wir rechnen ungefähr – eingebaut im Haus – zwischen 30.000 und 31.000 Euro. Davon gehen für den Käufer 11.000 Euro Förderung ab. Nach drei, vier oder fünf Jahren sollte das Produkt jedoch ohne Förderung leben können. Aktuell sind wir aufgrund der staatlichen Unterstützung nicht 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. Und zwar sowohl für neue als auch bestehende Wohn- und Nichtwohngebäude, sowohl für das Brennstoffzellengerät selbst, für den Einbau, für den Vollwartungsvertrag in den ersten zehn Jahren und für die Leistungen des Energieberaters. Zudem ist es gleichgültig, ob es sich um Privatpersonen handelt, um Wohnungseigentümergemeinschaften, um Kommunen, um Conctractinggeber.

Heizungsjournal: Eine Brennstoffzelle ist ja ein beratungsintensives Produkt. Wie vertreiben Sie Ihre eLecta? Zweistufig, also direkt über interessierte Heizungsbauer oder über den Großhandel?

Jahn: Wir bleiben mit der Brennstoffzelle im klassischen Vertriebsweg. Es gibt genügend Händler, die hier ausreichend Kompetenz haben, wie die GC-Gruppe, wie Elmer, wie Pietsch, Pfeiffer & May und wie sie alle heißen.

Heizungsjournal: Kurz zum Test im niederländischen Rozenburg. Nach Aussage Ihres Unternehmens handelt es sich um weltweit den ersten Wasserstoff betriebenen Heizungskessel. Den Wasserstoff liefert der Netzbetreiber über eine bestehende reguläre Erdgasleitung, die er vom Hauptstrang abgekoppelt hat und nun ausschließlich mit Wasserstoff füllt. Um unter anderem dabei auch die Verträglichkeit eines Erdgasnetzes mit H2 zu erkunden. Sie erwähnten kürzlich, Herr Jahn, dass Ähnliches ebenfalls in England geplant ist?

Jahn: Noch viel Größeres. Nach dem ersten Pilotversuch in den Niederlanden werden wir in Großbritannien einen weiteren Feldversuch durchführen. Dort ist an 400 Wasserstoffkessel gedacht. Im Prinzip laufen die Versuche, die Feldtests, aber auch Forschung und Entwicklung, darauf hinaus, in Schritten Wärmeerzeuger zu entwickeln, die von null bis 100 Prozent Wasserstoff fahren können. Flammenüberwachung, Düse, Dichtungen, all das muss mit Wasserstoff funktionieren. Wir wollen hier rasch zu Ergebnissen kommen, um solche wasserstoffresistenten Komponenten bei Bedarf später in bestehende Anlagen einsetzen zu können. Wenn Sie eine Quartierslösung auf Wasserstoffbasis aufbauen, ist es illusorisch zu hoffen, dass die Eigentümer und Betreiber ihren vielleicht fünf, sechs oder acht Jahre alten Erdgaskessel gegen einen H2-Kessel tauschen. Das funktioniert nicht. Entweder Sie als Hersteller, im Verbund mit dem Netzbetreiber, bezahlen ihn oder Sie rüsten um. Also müssen wir, wie jetzt bei der Marktraumumstellung von L- auf H-Gas, mit wenigen Eingriffen den neuen Energieträger für ältere Kessel einsetzbar machen. Wir wollen gerüstet sein, sollte Wasserstoff eine Alternative werden.

Heizungsjournal: Wie sicher ist so ein Kessel? Wasserstoff birgt ja einige Risiken. Man denke an die ‚Hindenburg’ 1936 oder 37 in New York.

Jahn: Der Zeppelin ist nicht explodiert. Der ist verbrannt. Wasserstoff explodiert eigentlich nicht. Insofern ähnelt das Risiko dem von Erdgas. Wir haben in unseren 28-kW-Kesseln aber mehrere Sensoren installiert. Mehr als nötig, eben unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit. Wir mussten ihn ausreichend bestücken, weil es noch keine Norm für Wasserstoffkessel gibt. Das Produkt hat aber das Klimainstitut in Holland auf Herz und Nieren geprüft und gegen den Betrieb aus sicherheitstechnischen Gründen absolut keine Bedenken.

Heizungsjournal: Die Unterstützung von Seiten der Automobilindustrie hält sich aktuell in Grenzen. Die kocht, zumindest was den Pkw angeht, Wasserstoff und Brennstoffzelle auf Sparflamme. Die Aktivitäten mit dieser Technologie und diesem Energieträger konzentrieren sich mehr auf Eisenbahnen, Diesel-Lkws, Boote, also auf größere Einheiten, wo der Batteriebetrieb Probleme machen würde. Hemmt das den Fortschritt?

Jahn: Unterstützung erwarten wir von den Gasnetzbetreibern. Denen gehört das Netz, und wenn in einigen Jahren Erdgas so verpönt ist, dass keiner mehr Erdgas verfeuern will, ist denen die Geschäftsgrundlage genommen. Sie kümmern sich deshalb um Wasserstoff. Wie gesagt, wenn das so kommen sollte, wollen wir gerüstet sein. Wir als Industrie können nicht erst anfangen, Produkte zu entwickeln, wenn das Medium schon fließt. Sie erwähnten gerade die Großzelle für Eisenbahnen und Lkws. Was die kleinen Cityflitzer angeht, bin ich mir auch nicht sicher. Aber im Güterverkehr und in Booten macht es Sinn. Wenn wir dann eines Tages mehrere Hundert-kW-Zellen haben, werden die auch mit hoher Wahrscheinlichkeit als Nahwärmelösung in der Gebäudetechnik Einzug halten. Wir hätten dann Brennstoffzellen für alle Objekte, Einfamilienhaus, Mehrfamilienhaus, Wärmenetze.

Heizungsjournal: Herr Jahn, wir danken Ihnen für dieses Gespräch.

Quelle: Heizungsjournal 4-5 2020, Autor Bernd Genath