Wasserstoff BHKW: Nachhaltig Strom und Gas erzeugen

23. Februar 2021/ Johannes Partz / Ratgeber

Blockheizkraftwerke (BHKWs) koppeln Wärme- und Stromerzeugung, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Sie emittieren vergleichsweise wenig CO2 und arbeiten nachhaltiger als reine Stromerzeuger. Besonders klimafreundlich und zukunftssicher sind dabei Wasserstoff BHKWs. Diese setzen auf speicherbare Umweltenergie und stoßen im Betrieb überwiegend Wasser aus. Da sich grüner Wasserstoff per Elektrolyse mit Strom aus Solar-, Wind- oder Wasserkraftwerken herstellen lässt, ist der Energieträger anders als Erdgas oder Erdöl nahezu unerschöpflich.

✅ Aktualisiert am 22.01.2024

Wasserstoff BHKWs: Vorteile der grünen Technik

Vor allem im gewerblichen Bereich sollten große Investitionen mit einer gewissen Sicherheit für die Zukunft verbunden sein. Geht es heute um die Anschaffung neuer Heizgeräte, ist diese allerdings noch ungewiss. Zwar zielt die Politik auf eine Wasserstoffversorgung ab, um CO2 einzusparen und unser Klima zu schonen – wann es so weit sein wird, ist aktuell jedoch nicht klar. Um so besser, wenn Technologien hier viel Flexibilität bieten: Das Wasserstoff BHKW ist ein Beispiel dafür. Denn es arbeitet zuverlässig und effizient mit dem nachhaltigen Energieträger, lässt sich aber auch mit synthetischem Erdgas, Biogas, Bio-LPG, Flüssiggas oder verschiedenen Mischungen aus Erd- und Wasserstoffgas betreiben.

Nachhaltige Energieerzeugung ohne CO2-Kosten

Aber das ist nicht der einzige Vorteil, den die grünen KWK-Geräte (KWK für Kraft-Wärme-Kopplung) bieten. Wasserstoff BHKWs stoßen kein CO2 aus und sind von fossilen Energieträgern unabhängig. Das schont zum einen das Klima, wirkt sich darüber hinaus aber auch auf die Betriebskosten großer Anlagen aus. Grund dafür ist die CO2-Bepreisung, die Erdgas, Heizöl und andere nicht nachwachsende Rohstoffe seit 2021 verteuern.

Teilautarke Versorgung mit Strom und Wärme

Betreiber eines Wasserstoff BHKWs setzen darüber hinaus auf einen zukunftssicheren Energieträger, der anders als fossile Alternativen nicht zur Neige geht. Das Besondere daran: Mit Photovoltaik- und Windkraftanlagen stellen sie Wasserstoffgas selbst her und versorgen sich so (zumindest teilweise) autark mit Wärme und Strom. Das schafft Unabhängigkeit, spart Kosten und bringt große Vorteile im Wettbewerb mit sich.

Flexible Rückverstromung grüner Energie

Auch Stadtwerke und Energieversorger nutzen die Vorteile der Wasserstoff BHKWs für sich. Denn Wasserstoffgas bietet die Möglichkeit, Strom aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen für längere Zeit zu bevorraten. Während grüner Strom aus Erneuerbare-Energien-Anlagen üblicherweise nur fluktuierend zur Verfügung steht, gleichen Wasserstoff BHKWs die wetter- und tageszeitlich bedingten Schwankungen aus. Zusammen mit Elektrolyseuren, die Überschussstrom in Wasserstoffgas umwandeln, ermöglichen es die KWK-Anlagen damit, flexibel auf Stromüberschüsse und Unterdeckungen zu reagieren.

Die wichtigsten Vorteile im Überblick

Zukunftssicher, nachhaltig und kostengünstig: Ausgereifte Wasserstoff BHKWs bieten viele Vorteile. Hier die wichtigsten im Überblick:

sichere Investition durch flexiblen Brennstoffeinsatz
Erdgas, Mischgas, Methan oder Wasserstoffgas nutzbar
CO2-freie und klimaschonende Erzeugung von Strom und Wärme
Kostenersparnis durch vermiedene Ausgaben für CO2-Bepreisung
teilautarke Versorgung mit Strom und Wärme grundsätzlich möglich
langfristig geringere Betriebskosten schaffen Vorteile im Wettbewerb
Betrieb mit einem regenerativen, nicht erschöpflichen Energieträger
Ausgleich von Überschüssen und Unterdeckungen in Stromnetzen

Technologie und aktueller Stand der Entwicklung

Mit der Brennstoffzelle sind stromerzeugende Heizgeräte für Wasserstoffgas bereits seit einigen Jahren am Markt erhältlich. Der größte Nachteil der modernen Technologie liegt aber im Preis. So sind die Investitionskosten um einiges höher als die Ausgaben für ein leistungsstarkes Blockheizkraftwerk mit internem Verbrennungsmotor. Wasserstoff BHKWs stellen hier eine Alternative dar. Denn sie basieren auf langjährig erprobten und in Serie hergestellten Gasgeräten, die Hersteller auf die speziellen Eigenschaften des regenerativen Gases angepasst haben.

Einfach erklärt: Die Funktion der Wasserstoff BHKWs

Die prinzipielle Funktion der Blockheizkraftwerke ist einfach erklärt: Ein Motor (hier ein Gasmotor) verbrennt gasförmige Energieträger, wobei er chemische in mechanische Energie umwandelt. Letztere treibt einen Generator an, der wiederum Strom produziert. Die Abwärme des Prozesses lässt sich während dessen mit Wärmeübertragern auffangen und beispielsweise an ein Heizsystem übertragen. Auf diese Weise erzeugen moderne KWK-Anlagen Strom und Wärme im Verhältnis von etwa 1:2 (1 kW elektrisch zu 2 kW thermisch) bei einem Gesamtwirkungsgrad von über 100 Prozent (bezogen auf den Heizwert). Letzterer setzt sich aus einem elektrischen Wirkungsgrad von 30 bis 40 Prozent sowie einem thermischen Wirkungsgrad von 40 bis 75 Prozent zusammen. Die genauen Werte hängen dabei von der Geräteleistung ab.

Wasserstoff BHKW mit ausgeglichenem Strom-Wärme-Verhältnis

Anders als Erdgas-BHKWs ist das Strom-Wärme-Verhältnis von Blockheizkraftwerken für Wasserstoffgas ausgeglichener. Geräte des Herstellers 2G kommen hier beispielsweise auf ein Verhältnis von 1:1,1. Elektrische und thermische Energie stellen sie damit in etwa gleichen Größenordnungen zur Verfügung. Da viele Anlagen wärmegeführt arbeiten, hat das große Vorteile. Denn Wasserstoff BHKWs erzeugen bei gleicher Laufzeit mehr Strom, der letztlich zu finanziellen Einsparungen führt. Auch die Wirkungsgrade stellen sich hier etwas anders dar. So erreichen am Markt verfügbare Geräte Werte von 35 bis über 40 Prozent elektrisch und 40 bis etwa 43 Prozent thermisch – insgesamt liegt der Wirkungsgrad also bei 80 bis 82 Prozent.

Geräte sind marktreif, aber kostenintensiver

Erste Hersteller bieten marktreife Geräte bereits an. Die Anlagen sind auf Wunsch mit einer elektrischen Leistung von über 300 kW (thermische Leistung annähernd gleich) erhältlich, kosten aber doppelt so viel wie konventionelle Erdgas-Anlagen. Es ist jedoch davon auszugehen, dass die Preise der Wasserstoff BHKWs mit steigenden Produktionszahlen sinken werden.

H2-Quellen und die Verfügbarkeit in Deutschland

Geht es um die Herstellung von Wasserstoffgas, kommen verschiedene Verfahren infrage. Neben der Reformation von Erdgas oder der thermischen Spaltung von Methan ist die Wasserstoffelektrolyse dabei die nachhaltigste Lösung. Denn hier kommt Strom aus Solar-, Wind- oder Wasserkraftanlagen zum Einsatz, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Es entsteht kein CO2 und das gewonnene Gas trägt den Namen „grüner Wasserstoff“. Mit einem Elektrolyseur können Anlagenbetreiber diesen selbst herstellen und in Druckspeichern bevorraten. Sie versorgen sich teilweise autark und nutzen besonders viel des Solar- oder Windstroms in der eigenen Anlage.

Heimische Produktion im großen Stil kaum möglich

Um große Mengen Wasserstoff für BHKWs und andere Verbraucher herzustellen, sind die Voraussetzungen in Deutschland nicht optimal. Denn die solare Einstrahlung ist hier geringer und konzentriert sich zudem besonders stark auf wenige Monate im Sommer. Südliche Regionen bieten hier deutlich bessere Voraussetzungen. Ein Grund, aus dem die Bundesregierung aktuell strategische Partnerschaften mit Afrika und Australien anstrebt. Dort ließe sich das Wasserstoffgas effizient erzeugen, in Tanks speichern und über den Seeweg nach Europa und Deutschland transportieren. Die Verteilung im eigenen Land funktioniert dann mit dezentralen Speichern oder einem Leitungsnetz, ähnlich wie bei Erdgas.

Häufig gestellte Fragen

Kann ich schon heute ein Wasserstoff BHKW kaufen?

Ja. Wasserstoff BHKWs sind bereits im Handel erhältlich. Deutschlandweit laufen außerdem verschiedene Test- und Pilotprojekte, um den Einsatz der modernen Lösungen zu prüfen und wertvolle Erfahrungen zu sammeln.

Wie viel kosten Wasserstoff BHKWs aktuell?

Blockheizkraftwerke für die Verbrennung von reinem Wasserstoffgas kosten etwa doppelt so viel wie herkömmliche Erdgas-BHKWS. Im Vergleich zu Brennstoffzellengeräten sind die spezifischen Ausgaben pro Kilowatt elektrische Leistung jedoch schon heute geringer.

Welche Voraussetzungen sind für ein Wasserstoff BHKW zu erfüllen?

Da aktuell verfügbare Geräte mit Erdgas, Biogas, Mischgas oder reinem Wasserstoffgas arbeiten, ist grundsätzlich nur ein Gasanschluss oder ein Flüssiggastank erforderlich. Der Einsatz von Wasserstoffgas setzt darüber hinaus die Installation spezieller Gasflaschenbündel oder Speicher voraus. Wer das Gas aus eigenem Strom gewinnen möchte, benötigt zudem einen Elektrolyseur. Auch diese Geräte sind heute bereits am Markt erhältlich.