Wasserstoff
Wasserstoff-Heizung zur Wärmegewinnung - eine Zukunftsoption?
Wasserstoff (H₂) gilt als Energieträger der Zukunft. In den Bereichen Industrie, Verkehr, Stromerzeugung und Wärme kann er künftig einen entscheidenden Beitrag zum Ausstieg aus fossilen Energieträgern leisten. Er ist das ideale Bindeglied zwischen Erzeugung und Nutzung von erneuerbaren Energien, da Wasserstoff gut speicherbar und transportierbar ist (siehe dazu auch Sektorenkopplung).
Der überwiegende Anteil des derzeit erzeugten Wasserstoffs stammt aus fossilen Quellen. Dies soll sich künftig ändern. Erzeugen z. B. Windenergieanlagen oder Photovoltaikanlagen mehr Strom, als gerade benötigt wird, kann dieser Strom genutzt werden, um durch Elektrolyse erneuerbaren Wasserstoff zu gewinnen. Man spricht dann von erneuerbarem Wasserstoff. Noch ist die Erzeugung von erneuerbarem Wasserstoff sehr kostenintensiv.
Wasserstoff wird aktuell vor allem in der Industrie eingesetzt. Er dient dort der stofflichen und energetischen Nutzung (z. B. chemische Industrie, Metallverarbeitung und Raffinerien). Darüber hinaus kann er als Energieträger in der Mobilität Anwendung für den Antrieb im Schiffs-, Zug-, Luft- oder Schwerlastverkehr finden. Mitunter werden es auch auf Wasserstoff basierende Folgeprodukte sein (sog. Derivate), wie beispielsweise Ammoniak oder Methanol, die für den Antrieb zum Einsatz kommen. Auch für die Wärmeerzeugung kann Wasserstoff verwendet werden. Der Fokus liegt dabei auf dem Bereich der Hochtemperaturwärme für Industrieprozesse.
Grundsätzlich denkbar ist ein Wasserstoffeinsatz in vielen Anwendungsbereichen, auch für die Wärmeerzeugung in Gebäuden. Jedoch ist die Umwandlung von erneuerbarer Energie in Wasserstoff verlustbehaftet, was die Effizienz beeinträchtigt. Auch ist erneuerbarer Wasserstoff noch nicht ausreichend verfügbar und deutlich teurer als andere Energieformen. Vor diesem Hintergrund sowie aufgrund des zukünftig steigenden Wasserstoffbedarfs in der Industrie und im Verkehr wird die Transformation mit Wasserstoff im Wärmebereich eher auf Einzelfälle abstellen.
Die vorhandenen Erdgasnetze sind für den Transport von Wasserstoff geeignet und können grundsätzlich mit wenigen technischen Anpassungen H₂-ready gemacht werden. Die Wasserstoffnetze für die Versorgung werden in den nächsten Jahren aufgebaut. Aktuell wird Wasserstoff noch dort erzeugt, wo er auch verbraucht wird, vor allem von Industrieunternehmen. Ansonsten werden kleinere Mengen meist per Lkw geliefert. Zum jetzigen Zeitpunkt sind die Kosten von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien allerdings noch hoch. Langfristig kann Wasserstoff als zukunftsträchtiger Energieträger eine Schlüsselrolle in einem Energiesystem ohne fossile Brennstoffe einnehmen.
Wie funktioniert das Heizen mit Wasserstoff?
Um Wasserstoff zum Heizen nutzen zu können, kommen grundsätzlich verschiedene Technologien in Betracht: Der Wasserstoff kann in einem Brennwertkessel verbrannt werden, oder aber in einer Brennstoffzelle wird aus Wasserstoff mithilfe einer chemischen Reaktion Energie freigesetzt. In der Brennstoffzelle wird der Großteil der Energie in Strom umgewandelt, aus dem Rest entsteht Wärme.
Die Versorgung mit Wasserstoff kann über ein Leitungsnetz oder durch einen Vorrat in Wasserstofftanks erfolgen. Zum Teil wird Wasserstoff schon in geringen Mengen ins Leitungsnetz eingespeist. Welche Gasverteilernetze zukünftig für den Transport von Wasserstoff genutzt werden sollen, ist von vielen Faktoren abhängig. Die regionalen Gasnetzbetreiber haben damit begonnen, Transformationspläne zu erstellen, damit Kundinnen und Kunden wissen, ob zukünftig die Versorgung mit Wasserstoff möglich sein wird.
Weil Wasserstoff schneller und mit höherer Temperatur verbrennt, kann es sein, dass eine vorhandene erdgasbasierte Heizungstechnik dafür nicht ausgelegt ist. Eine Gasheizung, die H₂-ready ist, kann nach kleineren Anpassungen Gas mit höheren Wasserstoffbeimengungen verbrennen. Für 100 Prozent Wasserstoff benötigt man hingegen spezielle bzw. moderne Anlagen.
Vorteile einer Wasserstoffheizung
- Wasserstoff ist nicht giftig und nicht umweltschädigend.
- Wasserstoff setzt bei seiner Verbrennung keine klimaschädlichen Treibhausgase frei – es entsteht lediglich Wasser bzw. Wasserdampf.
- Er kann zudem ohne Treibhausgasemissionen erzeugt werden.
Nachteile des Heizens mit Wasserstoff
- Wasserstoff ist teuer und aktuell noch wenig vorhanden.
- Die Nutzung von Wasserstoff für die Gebäudeheizung kommt bisher noch sehr selten vor, daher gibt es wenig Erfahrungswerte und die Anlagentechnik ist noch sehr teuer.
- Der Aufbau eines Wasserstoff-Kernnetzes und die Transformation der bestehenden Gasnetzinfrastruktur werden noch einige Jahre in Anspruch nehmen.
- Wollen Sie einen Wasserstofftank zur Bevorratung aufstellen, brauchen Sie ausreichend Platz im Außenbereich und eine entsprechende Infrastruktur zur Verdichtung. Zudem müssen Sie sich um die Beschaffung des Wasserstoffes kümmern und sind von der Preisentwicklung abhängig.
- Die wasserstoffbasierte Wärmeversorgung ist weniger effizient als andere Heizungssysteme mit erneuerbaren Energien. Darüber hinaus braucht die Gewinnung von erneuerbarem Wasserstoff viel Energie in Form von regenerativem Strom.
Heizen mit Wasserstoff in Neubau und Bestandsgebäuden
Falls Sie Ihr bestehendes Gebäude mit Erdgas aus dem Gasnetz beheizen wollen, erkundigen Sie sich bei Ihrem Gasversorger, ob es Pläne für den Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur gibt bzw. ob diese erarbeitet werden. Die zum 1. Januar 2024 in Kraft getretene Novelle des GEG (Gebäudeenergiegesetz) legt fest, dass das bisher genutzte Erdgas sukzessive durch Biogas oder Wasserstoff ersetzt werden muss.
Den Anschluss eines Neubaus an ein Erdgasnetz sollten Sie gut abwägen. Insbesondere sollten Sie klären, ob Ihr Gasversorger einen Transformationsplan hat und vertraglich die Umstellung auf Wasserstoff in den gesetzlich vorgeschriebenen Fristen zusichert.
Die geringe Verfügbarkeit von Wasserstoff ermöglicht zum aktuellen Zeitpunkt keinen flächendeckenden Einsatz zum Heizen von Wohngebäuden. Jedoch werden Auf- und Umbau der notwendigen Netzinfrastruktur geplant und vorangetrieben. Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten bietet Wasserstoff insbesondere in der Industrie und er wird in diesem Bereich bevorzugt verwendet.
Unterschiedliche Technologien für die Nutzung von Wasserstoff zum Heizen
Wenn Sie mit dem Gedanken spielen, auf Wasserstoff zu setzen, haben Sie verschiedene Möglichkeiten für den Einsatz:
H₂-ready-Gasheizung
Geräte, die einen anteiligen Wasserstoffbetrieb gestatten, werden als „H₂-ready“ bezeichnet. Mit modernen Anpassungen können diese Geräte in Zukunft auf 100 % Wasserstoffeinsatz umgestellt werden. Aktuell werden die Geräte mit einer Beimischung im Erdgasnetz von maximal 20 % Wasserstoff betrieben.
Wie viel kostet eine H₂-ready-Gasheizung?
In der Regel kosten H₂-ready-Gasheizungen mehr als konventionelle Gas-Brennwertkessel bzw. Gasthermen. Eine Gastherme für ein Einfamilienhaus kostet ungefähr 5.000 bis 7.000 Euro, 8.000 bis 10.000 Euro fallen für einen Brennwertkessel an (unverbindliche Kostenschätzungen, die regional und nach örtlichen Gegebenheiten variieren können). Für die Umrüstung einer Gasheizung fallen später zusätzliche Kosten an. Unter Umständen muss noch der Schornstein ertüchtigt werden. Hier sind die Kosten je Gebäude unterschiedlich. Zu berücksichtigen sind darüber hinaus noch die Kosten für den Bezug des Wasserstoffs, deren Entwicklung aktuell nicht genau vorhergesagt werden kann.
Brennstoffzellenheizung
In einer Brennstoffzelle findet keine klassische Verbrennung mit Flamme statt, sondern die direkte chemische Umwandlung von Wasserstoff und Sauerstoff aus der Umgebungsluft in elektrische Energie und Wärme. Der Anteil ist dabei abhängig vom gewählten Brennstoffzellentyp und liegt in etwa zwischen 30 Prozent und 70 Prozent Strom bzw. Wärme. Als „Abfallprodukt“ entsteht Wasser bzw. Wasserdampf.
Wenn Sie heute eine mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle nutzen möchten, brauchen Sie einen Wasserstofftank oder einen Anschluss ans Wasserstoffnetz. Brennstoffzellen können aber auch mit Erdgas aus dem Gasnetz oder Flüssiggas bzw. Biogas betrieben werden. Bei Niedertemperatur-Brennstoffzellen benötigen Sie dann zusätzlich einen externen Reformator. In diesem Fall ist Ihre Wärmeversorgung erst klimaneutral, wenn zukünftig erneuerbarer Wasserstoff anstelle von Erdgas oder Flüssiggas zum Einsatz kommt.
Der Einsatz einer Brennstoffzelle ist nur sinnvoll für Sie, wenn Ihr Haushalt neben der Wärme den erzeugten Strom auch überwiegend selbst verbrauchen kann.
Wie viel kostet eine Wasserstoffheizung mit Brennstoffzelle?
Brennstoffzellenheizungen erhalten Sie zurzeit nur über den Fachhandel, der auf den Einbau von Brennstoffzellen spezialisiert ist. Im Komplettpaket mit Einbau sollten Sie etwa 30.000 bis 35.000 Euro einplanen.
Hybridsysteme
Eine Kombination mit Solarthermie sorgt vor allem im Sommer für die Bereitstellung von Warmwasser. Hierzu ist ein Pufferspeicher nötig.
Wollen Sie eine Brennstoffzelle einsetzen und den dabei erzeugten Strom beispielsweise zum Laden Ihres Autos nutzen, ist eine Kombination mit Stromspeicher und Photovoltaikanlage empfehlenswert. Wenn im Sommer der Wärmebedarf gering ist, läuft die Brennstoffzelle nicht und erzeugt keinen Strom. Hier kann z. B. die Photovoltaikanlage eine Alternative sein.
Wie wird Heizen mit Wasserstoff gefördert?
Im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude – Einzelmaßnahmen (BEG EM) werden in Bestandsgebäuden Anlagen zur Wärmeerzeugung gefördert, z.B. wasserstofffähige Heizungen.
So können Sie für Brennstoffzellen, die mit erneuerbarem Wasserstoff oder Biomethan betrieben werden, oder für eine Gas-Brennwertheizung, die wasserstofffähig ist (hier allerdings nur für die Investitionsmehrausgaben), eine Grundförderung von 30 Prozent der förderfähigen Kosten beantragen. Darüber hinaus kann ein Klimageschwindigkeits-Bonus von bis zu 20 Prozent gewährt werden. Bei vorliegenden Voraussetzungen kann zudem ein Einkommensbonus von 30 Prozent geltend gemacht werden. Die Gesamtförderung ist jedoch auf 70 Prozent der förderfähigen Kosten begrenzt.
Die aktuelle Förderübersicht zur BEG EM sowie weitere Informationen auch zur Antragstellung finden Sie auf den Seiten der BAFA.
Planen Sie darüber hinaus Sanierungsmaßnahmen an Ihrem Gebäude, können Sie zusätzlich die Förderprogramme der KfW für Sanierungsmaßnahmen in Anspruch nehmen. Informationen hierzu finden Sie auf unserer Seite Förderung Sanierung.
Einen Überblick zu Förderungen für Neubauten finden Sie auf unserer Seite Förderung Neubau.
Wasserstoff als Option der Energiewende in Kommunen
Derzeit wird geprüft, in welchem Umfang und unter welchen Voraussetzungen die Gasnetz-Infrastruktur zukünftig für den Transport und die Verteilung von Wasserstoff genutzt werden kann. Ist Ihre Kommune bereits an ein Gasnetz angeschlossen, besteht die Möglichkeit, dass in Zukunft das Netz auf eine Versorgung mit Wasserstoff umgestellt werden kann.
Noch ist nachhaltig erzeugter Wasserstoff nur in geringen Mengen verfügbar. Wasserstoff wird in Zukunft vor allem in der Industrie und im Schwerlastverkehr gebraucht. Bis 2032 soll ein Wasserstoffkernnetz aufgebaut werden, über das Zentren der Erzeugung, des Imports und der Speicherung mit den wichtigsten Abnehmern verbunden werden. Wann wie viel Wasserstoff für die Versorgung der Haushalte zur Verfügung steht, kann derzeit noch nicht vorausgesagt werden. Eine Auswertung von Studien durch den Bundesverband der Energie- und Klimaschutzagenturen Deutschlands e. V. (eaD) ergab, dass ein Großteil des prognostizierten Bedarfs an Wasserstoff bis 2030 voraussichtlich importiert werden muss. Das wird sich auch auf die Kosten und damit die Wirtschaftlichkeit von Wasserstoff als Wärmeenergieträger niederschlagen.
Ihr Auftrag als Kommune
Lassen Sie im Rahmen der kommunalen Wärmeplanung von unabhängigen Expertinnen und Experten prüfen, welche Potenziale zur Wärmeversorgung es in Ihrer Kommune gibt. Ist vor Ort ein Gasnetz vorhanden, setzen Sie sich zeitnah mit dem Gasversorger in Verbindung und informieren Sie sich über seine Planungen. Wägen Sie im Rahmen der Wärmeplanung in Ihrer Kommune gut ab, welche Optionen die besten sind, auch unter den Aspekten der Wirtschaftlichkeit, der Versorgungssicherheit und der Planungssicherheit.
Weitere Informationen zum Thema finden Sie unter folgenden Links:
→ Die Nationale Wasserstoffstrategie
→ Die Bayerische Wasserstoffstrategie
→ Wasserstoff im Erdgasnetz – geht das?
Weiterführende Infos für Sie:
- Energieträger Wasserstoff – Grundlagen, Anwendung, Speicherung, Infrastruktur (PDF)
- H2Direkt – Hohenwart wird zum Wasserstoff-Pionier
- Häufige Fragen zum Wasserstoff-Kernnetz
- Wasserstoff – Ein Überblick
- Zukunft Wasserstoff – 18 kommunale Pilotprojekte weisen den Weg
- Deutschlands Gasleitungen sind bereit für Wasserstoff