Wird in einer Anlage gleichzeitig
Wärme und Strom - also Kraft -
erzeugt, so spricht man von einer
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).
Geschieht dies in einer kompakten
Anlage und nicht in einem
Heizkraftwerk, so handelt es sich
dabei um ein Blockheizkraftwerk
(BHKW).
Blockheizkraftwerk (BHKW)
Blockheizkraftwerke (BHKW) sind stationäre Motoren oder
Gasturbinen, die dezentral für Versorgungsobjekte Strom und
Wärme bereitstellen.
Erdgas ist Voraussetzung für die Brennstoffzelle!
Energielieferant der Brennstoffzelle ist Wasserstoff.
Wasserstoff ist das häufigste Element in der Natur, er ist
Bestandteil aller organischen Verbindungen. Auch Erdgas
besteht neben Kohlenstoff aus Wasserstoff. In Reinform
kommt Wasserstoff allerdings in der Natur nicht vor.
Aus diesem Grund wird für die Brennstoffzelle Erdgas
eingesetzt. Als emissionsärmster fossiler Brennstoff eignet
es sich gut zur Gewinnung reinen Wasserstoffs. So wird im
Gerät Wasserstoff aus dem zugeführten Gas separiert.
Dazu werden an erster Stelle die Schwefelverbindungen
abgeschieden. Ein vorgeschalteter Reformer wandelt
anschließend das Gas durch einen Katalysator in Kohlen-
monoxid und Wasserstoff um. In einer anschließenden
Gasreinigung erfolgt die Umwandlung von Kohlenmonoxid
zu Kohlendioxid. Je nach Bedarf kann mit Erdgas H, E- oder
LL-Gas betrieben werden.
Quelle: Viessmann.
Brennstoffzellenheizung
Das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung bildet die Grundlage
für das sogenannte Mikro-KWK - die Brennstoffzelle.
Neben Strom erzeugt die Brennstoffzelle auch Wärme, die
wiederum zum Heizen und zur Warmwasserbereitung genutzt
werden kann. Besonders gut geeignet für den Einsatz in Ein-
und Zweifamilienhäusern.
Bemerkenswert: einfache Installation der Brennstoffzellen-
heizung!
Aufbau und Funktion der Brennstoffzelle:
Neben dem Brennstoffzellenmodul bestehen diese
Wärmeerzeuger außerdem aus einem Gas-Brennwertgerät,
das zur Spitzenlastdeckung dient, einer witterungsgeführten
Regelung sowie einem Warmwasserspeicher.
Ein Brennstoffzellenmodul besteht aus den sogenannten
Stacks, auf denen sich die Zellen befinden, einem Inverter
und einem Reformer, der den benötigten Wasserstoff aus
Erdgas extrahiert.
Sauerstoff und aus Erdgas gewonnener Wasserstoff,
dies sind die beiden Komponenten, die benötigt werden, um
mittels des Brennstoffzellen-Heizgerätes Strom und Wärme
zu erzeugen.
Die chemische Reaktion dieser beiden Stoffe wird als “kalte
Verbrennung” bezeichnet und spielt sich zwischen zwei
Elektroden ab. An der Anode wird Wasserstoff hinzugeführt.
Anschließend wird dieser von einem Katalysator in negative
Elektronen und positive Wasserstoffionen aufgespalten.
Die Elektronen wandern über einen elektrischen Leiter zur
Kathode, wodurch Strom entsteht. Zeitgleich erreichen die
positiv aufgeladenen Ionen durch den Elektrolyten (Ionen-
Austausch-Membran) zur Kathode. Dort reagieren sie mit
Sauerstoff, wodurch Wärme freigesetzt wird. Der Prozess
verläuft sehr schadstoffarm und ist schonend für die Umwelt.
Einfacher gesagt läuft z. B. in einem Zweifamilienhaus oder in
einer Schule ein Motor, der Strom erzeugt und Wärme abgibt.
Dieser Strom wird im Gebäude genutzt, überschüssiger
Strom in das Netz der allgemeinen Versorgung abgegeben
(und vergütet) und die Abwärme des Motors in den Heizungs-
kreislauf eingespeist.
Die BHKW-Anlagen werden nach dem Wärmebedarf des
Versorgungsobjektes ausgelegt. Für die Wirtschaftlichkeit
von Blockheizkraft-Anlagen ist dabei eine hohe Betriebs-
stundenzahl sowie ein hoher Anteil an Eigennutzung der
erzeugten Strommenge im Versorgungsobjekt wichtig.