Wasserstoffheizung: Nachhaltig und klimaneutral

15. Februar 2021/ Johannes Partz / Ratgeber

Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Denn er lässt sich mit regenerativen Energieanlagen gewinnen, speichern, transportieren und unter bestimmten Voraussetzungen sogar über das Erdgasnetz verteilen. Eine effiziente Wasserstoffheizung verbrennt das Gas sauber und CO2-frei, um Wärme oder sogar Strom für die Versorgung von Haushalten zu gewinnen. Der besondere Vorteil: Wasserstoffheizungen sind kompakt wie Gasthermen und voraussichtlich deutlich günstiger als hoch technisierte Brennstoffzellenheizungen. Handelt es sich dabei also um die Lösung der Zukunft?

✅ Aktualisiert am 27.04.2023

Warum Wasserstoff für die Heizung? Vorteile im Überblick

Wasserstoff ist ein chemisches Element, das überall auf der Erde vorhanden ist. Es lässt sich mithilfe der Wasserstoff-Elektrolyse aus Wasser gewinnen und in vielen Bereichen verwenden. So kommt Wasserstoffgas zum Beispiel in der Mobilität, in der Stromerzeugung oder bei der Beheizung von Gebäuden zum Einsatz. Größter Vorteil dabei: Herstellung und Verbrennung sind klimaneutral. So stammt der Strom für die Elektrolyse bestenfalls aus regenerativen Energiesystemen wie Solar-, Wind- oder Wasserkraftanlagen. Bei der Verbrennung mit Sauerstoff entsteht außerdem hauptsächlich Wasser. Die Nutzung ist also CO2-frei, unabhängig von fossilen Energieträgern und damit besonders nachhaltig.

Für Heizungsanlagen lohnt sich der Energieträger, da heute bereits 45 Prozent der Wohngebäude in Deutschland einen Gasanschluss haben. Tauschen Eigentümer ihre Gasheizung durch eine moderne Wasserstoffheizung aus, ist das ein schneller und zukunftssicherer Weg, den Gebäudebereich klimaneutral zu bekommen.

Verschiedene Arten der Wasserstoffheizung kommen infrage

Wer sich für eine Wasserstoffheizung interessiert, hat heute noch keine große Auswahl. Denn neben der Brennstoffzellenheizung gibt es lediglich Geräte, die ein Gemisch aus Wasserstoff und Erdgas verbrennen. In naher Zukunft soll sich das jedoch ändern.

Die Brennstoffzelle als Wasserstoffheizung für Strom und Wärme

Die Brennstoffzellenheizung ist bereits seit einigen Jahren am Markt und erfreut sich immer größerer Beliebtheit. So entschied die Kreditanstalt für Wiederaufbau allein in der ersten Jahreshälfte 2020 positiv über 13.000 Förderanträge zur Installation der Wasserstoffheizung.

Das Besondere an der Brennstoffzelle: Sie nutzt eine elektrochemische Reaktion, um Strom und Wärme zu erzeugen. Hausbesitzer erlangen dadurch eine größere Abhängigkeit und sparen viel CO2. Während die Geräte standardmäßig mit Erdgas arbeiten, aus dem sie Wasserstoff gewinnen, ist auch der Betrieb mit reinem Wasserstoffgas möglich.

So gibt es bereits erste Produkte am Markt, bei denen Elektrolyseure das energiereiche Gas im Sommer mit Solarstrom herstellen und speichern, um es dann im Winter zu verheizen und wieder zu verstromen.

Flüssiggas Brennstoffzelle mach aus Propan Wasserstoff und damit Strom und Wärme

Im Vergleich zu konventionellen Brennstoffzellen ist diese Art der Wasserstoffheizung aber mit hohen Investitionen verbunden. Während einfache Brennstoffzellenheizgeräte bereits 25.000 bis 30.000 Euro kosten, liegen die Preise der Komplettanlagen nicht selten bei über 85.000 – 120.000 Euro.

Gasbrennwertheizungen für Erdgas, Flüssiggas und Wasserstoff

Günstiger wäre es, konventionelle Gasbrennwertthermen als Wasserstoffheizung zu verwenden. Denn diese arbeiten effizient, platzsparend und leise. Da sich Wasserstoff bei der Verbrennung anders verhält als Erdgas, ist das heute jedoch nicht uneingeschränkt möglich. Denn moderne H2ready Gasbrennwertheizungen vertragen einen Anteil von maximal 20 bis 30 Prozent Wasserstoff am Erdgas. Um 100 Prozent Wasserstoffgas verbrennen zu können, müssen Hersteller ihre Geräte neu konzipieren. Insbesondere kommt es dabei auf die Regelung, die Flammüberwachung und die Brenner selbst an.

Brennwertgeräte für Wasserstoff sind jedoch möglich und sollen nach einer ausgeprägten Testphase sogar schon 2024 die Marktreife erreicht haben. Dann lassen sie sich in wenigen Schritten von Erd- auf Wasserstoffgas umstellen, was Hausbesitzern viel Sicherheit bietet. Immerhin sind die Geräte für eine Nutzungszeit von mindestens 15 Jahren ausgelegt. Im Vergleich zu Brennstoffzellen haben Gasthermen für den Wasserstoffbetrieb weitere Vorteile: Sie werden voraussichtlich um einiges günstiger sein. Außerdem beherrschen viele Monteure die erprobte Brennwerttechnik.

Wasserstoff Heizung für Einfamilienhaus

Häufig werden wir gefragt: „Gibt es Wasserstoffheizungen für Einfamilienhäuser?“ Die Antwort lautet ja, allerdings gibt es dabei ein paar Dinge zu beachten. Mit Wasserstoff heizen ist grundsätzlich möglich, die Technik ist allerdings noch relativ teuer und die Wasserstoffgewinnung erfolgt üblicherweise trotzdem über fossile Energieträger. So funktionieren die meisten Brennstoffzellenheizungen über den Umweg der Wasserstoffsynthese aus Erdgas. Das ist zwar sauberer als die direkte Verbrennung, wirklich umweltfreundlich ist es allerdings noch nicht. Eine ganzheitliche, möglichst nachhaltige Lösung bieten Anlagen bestehend aus Photovoltaik, Batterie, Elektrolyseur, Brennstoffzelle und Wasserstoffspeicher.

Heizen mit Wasserstoff – Die ganzheitliche Lösung

Die Kosten für eine solche Wasserstoffheizung für das eigene Einfamilienhaus sind mit 85.000 – 120.000 Euro allerdings nicht unbeträchtlich. Über Förderprogramme, wie die „Bundesförderung für effiziente Gebäude“ (BEG), lassen sich die effektiven Kosten je nach Auslegung um bis zu 15.000 Euro reduzieren. Die Kosten für die Photovoltaikanlage sind in diesem Preis allerdings noch nicht enthalten. Für eine genaue Auskunft über die individuelle Förderhöhe stellen Sie bitte einen Antrag bei der BAFA. Ist man gewillt, diese Investition für eine solche Anlage zu tätigen, ist das die derzeit vermutlich nachhaltigste Art Wasserstoff für den Eigenbedarf zu produzieren und zu speichern.

Grundsätzlich funktionieren diese Anlagen relativ einfach. Die Photovoltaik auf dem Dach liefert während der Sonnenstunden Strom, der innerhalb des Hauses verbraucht werden kann. Die Überproduktion wird zunächst in einer Batterie für kurzfristigen Bedarf zwischengespeichert, so dass auch während der Nacht oder Bewölkung genügend Strom vorhanden ist. Im Sommer ist diese Batterie schnell voll geladen, ab dann produziert ein Elektrolyseur aus dem überschüssigen Strom Wasserstoff, der in externen Gasflaschenbündeln oder einem gelagert wird. Aus dieser Energiereserve gewinnt die Brennstoffzelle dann im Winter CO2-neutral Strom und Wärme für das Haus.

Die verfügbare Abwärme dieser Wasserstoffbrennstoffzelle reicht üblicherweise noch nicht aus, um ein Einfamilienhaus komplett zu beheizen. Sinnvoll ist im Neubau die Kombination dieser Wasserstoffheizung mit einer effizienten Wärmepumpe, diese nutzt den produzierten grünen Strom dann auch optimal zum Heizen.

Wasserstoff Brennstoffzelle mit fossilen Energieträgern

Um eine Brennstoffzelle im Einfamilienhaus zu betreiben, benötigt man Wasserstoff. Wird dieser nicht mittels Photovoltaikanlage und Elektrolyseur selbst gewonnen, ist ein Erdgasanschluss vonnöten. Strenggenommen handelt es sich dabei dann eher um eine Gasheizung, Wasserstoff wird hier mittels Erdgas oder Flüssiggas synthetisiert.

Wichtig für den rentablen Betrieb einer Wasserstoff Brennstoffzellenheizung für das Einfamilienhaus ist vor allem die konstante Abnahme der gelieferten Energie. Sowohl der produzierte Strom als auch die Abwärme müssen stetig verwendet oder gespeichert werden, damit sich der Betrieb der kostspieligen Technik lohnt. Gerade in Monaten mit wenig Wärme- beziehungsweise Heizbedarf ist der Dauerbetrieb einer Brennstoffzelle häufig nicht rentabel. Je besser das Haus gedämmt ist, desto weniger effizient ist üblicherweise der Dauerbetrieb einer Brennstoffzelle. In einem Passiv- oder Nullenergiehaus ist der wirtschaftliche Betrieb so kaum möglich.

Energiequelle entscheidet über die Nachhaltigkeit

Ob die Wasserstoffheizung tatsächlich klimaneutral und nachhaltig ist, hängt ganz von der Energiequelle ab. Denn Wasserstoffgas lässt sich auf unterschiedliche Art und Weise gewinnen. Kennzeichnend ist dabei die Farbe im Namen, wie die folgende Übersicht zeigt:

Grauer Wasserstoff stammt aus fossilem Erdgas, das unter großer Hitze in Wasserstoff und Kohlendioxid aufgespalten wird. Während das Kohlendioxid in die Atmosphäre strömt, fangen Produzenten das Wasserstoffgas auf, um es weiter zu verwenden. Da auf diese Weise pro Tonne Wasserstoffgas etwa zehn Tonnen Kohlendioxid entstehen, wäre der Betrieb einer Wasserstoffheizung nicht klimaneutral.
Blauer Wasserstoff ist sauberer. Denn hier fangen Produzenten Kohlendioxid auf, um es zu speichern. Das Treibhausgas gelangt auf diese Weise nicht in die Atmosphäre, wodurch blaues Wasserstoffgas theoretisch CO2-neutral ist. Es basiert allerdings auf Erdgas und damit auf einem fossilen Rohstoff.
Grüner Wasserstoff ermöglicht einen nachhaltigen und CO2-neutralen Betrieb der Wasserstoffheizung. Denn er entsteht bei der Elektrolyse von Wasser. Die dafür benötigte elektrische Energie liefern regenerative Energiesysteme wie Photovoltaik-, Wind- oder Wasserkraftanlagen.
Türkiser Wasserstoff entsteht neben festem Kohlenstoff aus Methan. Die Trennung erfolgt in Hochtemperaturreaktoren, die ihre Energie im besten Falle aus regenerativen Wärmequellen beziehen. Wenn das der Fall ist und Hersteller den Kohlenstoff dauerhaft binden, gilt auch dieser Energieträger als CO2-neutral.

Die Übersicht zeigt: Der klimaneutrale und CO2-freie Betrieb einer Wasserstoffheizung setzt den Einsatz von grünem Wasserstoff voraus. Doch dieser lässt sich hierzulande nicht in ausreichenden Mengen gewinnen. Grund dafür sind geringe solare Einstrahlungswerte und knappe Platzverhältnisse. Das Bundesforschungsministerium setzt daher auf strategische Partnerschaften mit Süd- und Westafrika sowie mit Australien. Dort ließe sich der Energieträger unter optimalen Bedingungen gewinnen und über den Seeweg nach Europa und Deutschland transportieren.

Aktueller Stand der Technik und Ausblick

Mit der Brennstoffzelle und ersten Solar-Wasserstoff-Systemheizungen mit dem Wasserstoffspeicher in Gasflaschenbündeln sind heute bereits erste Wasserstoffheizungen am Markt erhältlich. Und auch moderne Brennwertheizungen kommen bereits mit einem Wasserstoffanteil von etwa 30 Prozent am Erdgas zurecht. Beides lässt den Verbrauch fossiler Rohstoffe sowie die deutschen CO2-Emissionen sinken. Aktuell sind diese Lösungen allerdings noch nicht wirklich marktreif für Privatanwender, die Kosten für die Wasserstoffanlagen sind noch sehr hoch und die Wirtschaftlichkeit im Betrieb nur unter speziellen Bedingungen gegeben. Große Erfolge wird hier möglicherweise dann die Einführung der Wasserstoffheizung auf Brennwertbasis erreichen. Denn diese wird voraussichtlich günstiger und damit im größeren Maßstab einsetzbar sein.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Versorgung mit grünem Wasserstoff, die heute bereits in Pilotprojekten geprüft wird. So zum Beispiel im rheinland-pfälzischen Kaisersesch, wo in den nächsten Jahren eine komplette Wasserstoffinfrastruktur entsteht. Namhafte Heizungshersteller haben angekündigt, das Reallabor auch zur Erprobung von Brennstoffzellen und Wasserstoffheizungen zu nutzen.

Häufig gestellte Fragen

Wie funktioniert eine Wasserstoffheizung?

Einfach beschrieben handelt es sich dabei um eine Brennwerttherme, die neben Erd- oder Flüssiggas auch Wasserstoffgas verbrennen kann. Der Prozess ist besonders sauber, läuft für Nutzer aber gleich ab. Die Heizung nutzt den Energieträger besonders gut aus und erwärmt Wasser, das dann durch Leitungen im Haus zu Heizkörpern und Flächenheizungen strömt.

Ist eine Wasserstoffheizung nachhaltig?

Grundsätzlich ja, denn bei der Verbrennung von Wasserstoffgas (der Reaktion mit Sauerstoff) entsteht hauptsächlich Wasser. Entscheidend ist aber der Ursprung des Energieträgers. Während grüner Wasserstoff regenerativ hergestellt wird, basiert grauer auf fossilen Rohstoffen.

Ab wann kann ich eine Wasserstoffheizung kaufen?

Bereits heute gibt es Brennstoffzellen und H2ready Gasbrennwertheizungen, die ein Gemisch aus Wasserstoff und Erdgas verbrennen können. Ab 2024 sollen dann auch reine Wasserstoffthermen am Markt verfügbar sein. Diese lassen sich auf Wunsch mit Erdgas, Flüssiggas oder grünem Wasserstoffgas betreiben. Die Umstellung ist voraussichtlich einfach und schnell zu erledigen.

Woher bekomme ich Wasserstoff für die Heizung?

Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum einen lässt sich Wasserstoffgas ähnlich wie Flüssiggas in Flaschen (als Flaschenbündel) bei 200 oder 300 bar speichern. Darüber hinaus können Anbieter einen gewissen Teil des Gases mit Erdgas mischen – Verbraucher verbrennen dann dieses Gemisch. Forscher haben außerdem ein effizientes Verfahren entwickelt, mit dem sich Wasserstoff aus dem Erdgas filtern lässt. Auf diese Weise ist es möglich, beide Stoffe in einem Netz zu transportieren. Denkbar ist aber auch ein reines Wasserstoffnetz, das aktuell in verschiedenen Modellregionen erprobt wird. Für Privathaushalte sind diese Lösungen im Moment allerdings noch nicht wirtschaftlich und benötigen weitere Entwicklungszeit.