Das Tempo wird derzeit vor allem von dem Projekt Callux vorgegeben. Callux ist der bundesweit größte Praxistest von Brennstoffzellen-Heizgeräten fürs Eigenheim, das Projektvolumen beträgt rund 86 Mio. Euro. 45 Mio. Euro werden durch die Callux-Industriepartner finanziert, der Rest wird vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Technologie (NIP) zur Verfügung gestellt.
An Callux beteiligt sind die drei Gerätehersteller BAXI Innotech, Hexis und Vaillant sowie die fünf Energieversorger EnBW, E.ON, EWE, MVV Energie, VNG Verbundnetz Gas. Auf der Projektebene übernimmt das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) die Koordination.
Mit Callux wird die Markteinführung von Brennstoffzellen-Heizgeräten vorbereitet. Bis 2012 sollen insgesamt rund 800 Geräte installiert und bis 2015/2016 betrieben werden. Die Zahl der bislang installierten Anlagen liegt im Wesentlichen im ursprünglichen Plan, schließlich sollen nicht alle Geräte zu Beginn des Projektes, sondern nach und nach mit jährlich steigenden Stückzahlen ins Feld gebracht werden. So kann der Aufbau von Fertigung und Service kontinuierlich mitwachsen. Die Callux-Partner gehen davon aus, dass sich ab 2013 die ersten Brennstoffzellen-Heizgeräte zu einem Produkt entwickelt haben werden, mit dem eine Markteinführung realisiert werden kann. Der genaue Zeitpunkt der Markteinführung ist insbesondere abhängig von den Ergebnissen der aktuellen Callux-Praxistests.

Das Markteinführungskonzept basiert auf dem Einsatz von Erdgas als Energielieferant. Dies bringt mehrere Vorteile mit sich: Zum einen ist die Wasserstoffgewinnung aus Erdgas besonders ergiebig. Ferner ist die Infrastruktur für die Gewinnung, Aufbereitung und Verteilung von Erdgas perfekt ausgebaut. Damit ist der zukünftige Einsatz von Brennstoffzellen-Heizgeräten nahezu flächendeckend möglich. Durch die wachsende Einspeisung von aufbereitetem Biogas ins Erdgasnetz wird zunehmend regenerative Energie zum Betrieb der Brennstoffzellen verwendet werden.
Voraussetzung für eine erfolgreiche Markteinführung ist, dass die Anlagen nicht nur sicher, langlebig, zuverlässig und wartungsarm sind, sondern auch bezüglich ihrer Wirtschaftlichkeit mit anderen Technologien konkurrieren können. Wettbewerbsfähig werden Brennstoffzellen-Heizgeräte dann, wenn ähnlich hohe Stückzahlen produziert werden können wie bei Konkurrenztechnologien. Dazu bedarf es aber einer Anschubfinanzierung z. B. durch ein Markteinführungsprogramm, das eine entsprechende Nachfrage erzeugt und Produktionsprozesse in Gang bringt.

Verglichen mit anderen Technologien wie dem Computer oder der Brennwerttechnik bewegt sich die Entwicklung der Brennstoffzellen-Heizgeräte in einem üblichen Zeitrahmen. Die technischen und finanziellen Herausforderungen sind groß, da für die geforderten hohen Standzeiten auch entsprechend langwierige Testphasen benötigt werden. Es liegen keine Gründe vor, die eine technische Umsetzung hin zum Massenmarkt in Frage stellen könnten. Daher ist es erforderlich, mit Ausdauer an diesem Thema weiterzuarbeiten und nicht Strategien kurzfristig zu ändern.
Teil des derzeit laufenden Callux-Praxistests ist nicht zuletzt, neben den technischen auch andere für die Markteinführung von Brennstoffzellen-Heizgeräten relevante Themen zu bearbeiten. So sollen durch die verbindliche Bestellung großer Stückzahlen Lieferketten aufgebaut und die Bekanntheit der Technologie in der Öffentlichkeit gesteigert werden. Ebenso gehört zu Callux die Marktforschung zur Analyse von Anforderungsprofilen und Markteintrittsbarrieren oder die Vorbereitung der Handwerkspartner für den professionellen Umgang mit dieser Technologie. Auch solche begleitenden Arbeiten brauchen ihre Zeit.

Bereits heute werden Brennstoffzellen-Heizgeräte in Kleinserie gefertigt. Die Hersteller werden später zu einer Serienproduktion übergehen und die Produktionsschritte weiter automatisieren, sobald die Geräte die technologische Marktreife erreicht haben.

Das Absatzpotenzial ist alleine in Deutschland schon sehr groß. Denn Brennstoffzellen-Heizgeräte sind für den großen Markt der Wohngebäude bis etwa 20 kW Heizleistung, also vorwiegend für Wohngebäude aus dem Bestand, gedacht. Auch die Voraussetzungen für den Einbau sind schnell aufgezählt: Es genügen ein Anschluss an das Erdgas- und Stromnetz sowie eine Pumpen-Warmwasserheizung.

In der Feldtestphase sind die Brennstoffzellen-Heizgeräte für Endverbraucher nicht käuflich, da es sich noch um Prototypanlagen handelt. Um die Alltagstauglichkeit zu überprüfen, sind in die Praxistests zwar Pionierkunden eingebunden. Diese sind jedoch nicht die Betreiber der Geräte. Für den Betrieb sorgt das betreffende EVU. Nach erfolgreichem Abschluss der Feldtests werden die Hersteller gemäß ihren Vertriebsstrukturen und mit Hilfe weiterer Markteinführungsunterstützung ihre Produkte zum Kauf anbieten. Dabei wird das SHK- und Elektro-Handwerk mit Sicherheit sowohl für den Vertrieb als auch für die Installation und Wartung des Brennstoffzellen-Heizgeräts eine wichtige Rolle spielen.

Die Modellprojekte zur Erprobung von Brennstoffzellen für die Hausenergie werden in der Regel von den jeweiligen lokalen Energieversorgern koordiniert und gemeinsam mit den Herstellern von Brennstoffzellenanlagen durchgeführt. So werden im Rahmen des Callux-Projektes deutschlandweit in den nächsten Jahren rund 800 Brennstoffzellen-Heizgeräte in Haushalten getestet. Kunden der an Callux beteiligten Energieversorger können sich beim EVU melden. Dies ist im Kontaktbereich der Homepage www.callux.net möglich. Die Auswahl der Praxistestkunden erfolgt durch das EVU anhand einer Standortabfrage. Es wird geprüft, ob die örtlichen Gegebenheiten sowie die Rahmenbedingungen des Installationsortes mit den Anforderungen eines Feldtests übereinstimmen. Ist dies der Fall, so kann eine Teilnahme am Feldtest für einen Privatkunden möglich sein.

Brennstoffzellensysteme für die Hausenergie werden mit Erdgas betrieben. Deshalb muss ein Erdgasanschluss vorhanden sein. Bis die Brennstoffzellentechnologie marktreif ist, wird das Gebäude dann mit einem Gas-Brennwertkessel beheizt. Dieser kann gegebenenfalls auch nach der Installation einer Brennstoffzelle eingesetzt werden, um Spitzenlasten abzudecken.

Um breite Kundengruppen für die neue Technologie zu gewinnen, werden Energieversorgungsunternehmen die Einführung von Brennstoffzellen-Heizgeräten unterstützen. Vor allem Contracting-Angebote sind hierfür geeignet. Sie stellen zudem einen energiewirtschaftlich optimierten Betrieb der Anlagen sicher. Vorteile für den Kunden: Er hat einen zentralen Ansprechpartner, an den er sich wenden kann, und Fragen der Gewährleistung sind klar geregelt.

Contracting ist schon heute eine Wärme-Dienstleistung, die von zahlreichen Kunden angenommen wird. Der Dienstleister (= Contractor) installiert eine Heizungsanlage und kümmert sich in den Folgejahren um den Betrieb und die Wartung. Durch die Zahlung eines Grundpreises über die gesamte Vertragsdauer entfallen für den Kunden die anfänglichen Investitionskosten, trotzdem erhält der Kunde modernste Heizungstechnologie. Zudem ist der Kunde von sämtlichen Betriebsrisiken befreit. Sollte es zu einem Schaden oder sogar einem Totalausfall der Heizungsanlage kommen, ist der Dienstleister für die Reparatur oder einen Ersatz zuständig. Zuzüglich zum Grundpreis zahlt der Kunde einen Arbeitspreis für die in Anspruch genommene Energie.
Gerade bei der Markteinführung von Brennstoffzellen-Heizgeräten ist Contracting eine zusätzliche Möglichkeit, um die Wettbewerbsfähigkeit der Technologie zu unterstützen. Der Dienstleister kann z. B. einen Investitionskostenzuschuss im Rahmen eines Markteinführungsprogramms beantragen. Außerdem kann ein Dienstleister den Betrieb der Anlage beim BAFA und beim zuständigen Netzbetreiber anmelden, erzeugte Energiemengen melden und sich um den KWK-Bonus kümmern. Contracting ist damit ein sehr guter Weg für Privatkunden, die anfänglich höheren Investitionskosten der Brennstoffzellen-Heizgeräte durch die Zahlung eines Grundpreises zu umgehen.

Bei Callux betreiben die Energieversorger die Brennstoffzellen-Heizgeräte bei den Kunden. Für die Vertragsgestaltung für Planung, Finanzierung, Installation und Betrieb der Geräte ist der jeweilige Energieversorger verantwortlich. Da die Energieversorger auch schon vor Callux verschiedene Energie-Dienstleistungen auf Contracting-Basis angeboten haben, gibt es kein einheitliches Callux-Modell.

Einfamilienhäuser benötigen Wärme zur Raumheizung und Warmwasserbereitung sowie Strom. Schon heute kann jeder Eigenheimbesitzer seinen Teil dazu beitragen, dass dieser Energiebedarf möglichst sparsam und ressourcenschonend gedeckt wird. Ein Weg zu diesem Ziel ist der Einsatz energiesparender Heizungstechnik. Brennstoffzellen-Heizgeräte arbeiten hocheffizient und stellen mit Strom und Wärme beide Energieformen zur Verfügung – mit folgenden Vorteilen für den Einfamilienhaus-Besitzer:

1. Der Nutzer spart durch die gleichzeitige Produktion von Strom und Wärme vor Ort CO₂ ein. Brennstoffzellen-Heizgeräte holen die hocheffiziente Kraft-Wärme-Kopplung in Ein- und kleine Mehrfamilienhäuser. Die Produktion von Strom und die gleichzeitige Nutzung der Abwärme für die Beheizung des Gebäudes spart in der Regel zwischen 25 und 35 Prozent an CO₂ gegenüber der herkömmlichen Versorgung (Brennwerttechnik) ein.
2. Der Nutzer spart Energiekosten. Mit preiswertem Erdgas wird wertvoller Strom erzeugt und damit letztlich der Strombezug aus dem Netz der öffentlichen Versorgung reduziert. Dadurch und durch die gesetzliche Einspeisevergütung lassen sich die Energiebezugskosten senken.
3. Das Brennstoffzellen-Heizgerät hat extrem niedrige Schadstoff- und Schallemissionen. Im Vergleich zu den motorischen Mikro-KWK-Technologien arbeiten die Anlagen leise und vibrationsfrei.

Der Schutz von Umwelt und Klima sowie ein verantwortungsvoller Umgang mit den natürlichen Ressourcen sind gesellschaftliche Interessen, die mit einem Brennstoffzellen-Heizgerät vorbildlich erfüllt werden können. So sollen bis 2020 die Treibhausgasemissionen um 40 Prozent gegenüber dem Stand 1990 reduziert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen

• verstärkt erneuerbare Energiequellen eingebunden,
• fossile Energieträger möglichst effizient genutzt und
• die Energie möglichst bedarfsgerecht bereitgestellt werden.

Weil Heiztechnologien oft 20 Jahre und länger in Betrieb sind, kommt es heute darauf an, die verfügbaren technischen Möglichkeiten möglichst schnell einzusetzen. Mit dem Einsatz von Energieeffizienztechnologien und erneuerbaren Energien sind grundlegende Veränderungen verbunden:

• Zunehmend werden verschiedene Energieträger und Technologien kombiniert.
• Immer mehr werden kleine, dezentrale und effiziente Energieerzeugungsanlagen eingesetzt.
• Damit verbunden ist die räumliche Nähe und die gebäudetechnische Integration von Energiebereitstellung, -nutzung und -speicherung.
• Die kleinen Energieerzeugungsanlagen können zentral gesteuert und zu virtuellen Kraftwerken vernetzt werden. Auf diese Weise werden naturbedingte Leistungsschwankungen erneuerbarer Energien kompensiert.

Der Wirkungsgrad eines Brennstoffzellen-Heizgeräts beschreibt das augenblickliche Verhältnis von Energieabgabe und -aufnahme. Bei einer Anlage mit einer Leistung von 1 kWel. wird ein elektrischer Wirkungsgrad von ca. 30 bis 35 Prozent und ein thermischer Wirkungsgrad von ca. 55 bis 65 Prozent erreicht. Der Gesamtwirkungsgrad, also die Summe aus elektrischem und thermischem Wirkungsgrad, erreicht damit über 90 Prozent. Brennstoffzellen bieten dabei im Vergleich zu herkömmlichen, motorbetriebenen KWK-Anlagen den höchsten elektrischen Wirkungsgrad. Er liegt um 10 bis 15 Prozentpunkte über dem von Anlagen, die mit Otto- oder Dieselmotor betrieben werden. Außerdem bieten Brennstoffzellen-Heizgeräte sehr gute Wirkungsgrade im Teillastbereich. Der Nutzungsgrad hingegen bezeichnet das Verhältnis der gesamten Energieabgabe (Summe von Strom- und Wärmeabgabe) zum Brennstoffeinsatz über einen bestimmten Zeitraum. Er kann bei einem Brennstoffzellen-Heizgerät jahreszeitlich schwanken, da im Sommer ein niedrigerer Wärmebedarf herrscht und die Anlage weniger läuft. Der Nutzungsgrad ist bei allen Heizungstechniken kleiner als der Wirkungsgrad, da beim Nutzungsgrad auch Abgas-, Betriebsbereitschafts-, Verteilungsverluste etc. berücksichtigt werden. Zur Bewertung von KWK-Anlagen wird in der Regel ein aussagefähiger Nutzungsgrad über einen längeren Zeitraum, z. B. der Jahresnutzungsgrad herangezogen. Wenn Nutzungsgrade verschiedener Technologien miteinander verglichen werden, muss beachtet werden, worauf sich die Werte beziehen. Denn der Nutzungsgrad eines Heizkessels beschreibt lediglich die thermische Effizienz der Anlage, während bei einem Brennstoffzellen-Heizgerät die gekoppelte Erzeugung elektrischer und thermischer Energie berücksichtigt werden muss. Um beide Geräte zu vergleichen, muss deshalb bei einem Heizkessel der Nutzungsgrad der Stromerzeugung mit einbezogen werden.

Erdgasbetriebene Brennstoffzellen-Heizgeräte erreichen deutliche CO₂- Einsparungen im Vergleich zu einem Erdgas-Brennwertkessel zur Wärmebereitstellung und dem Strombezug aus dem öffentlichen Netz. Die CO₂-Einsparung durch den Einsatz von Brennstoffzellen-Heizgeräten liegt gegenüber der Brennwerttechnik und zentralem Strombezug in der Regel zwischen 25 und 35 Prozent. Brennstoffzellen-Heizgeräte leisten damit zukünftig einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Klimaschutzziele der Bundesregierung.

Brennstoffzellen-Heizgeräte benötigen meist weniger Primärenergie als bei der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme erforderlich wäre. Meist nutzen sie Erdgas als Energieträger. Erdgas ist der fossile Energieträger mit den geringsten CO₂-, Ruß- und Stickoxidemissionen und auch wegen der vorhandenen Reserven als idealer Energieträger für effiziente Technologien geeignet. Erdgasbetriebene Brennstoffzellen-Heizgeräte emittieren sehr wenig CO₂, CO und NO_X. Ansonsten wird bei der Energieerzeugung mit Brennstoffzellen nur umweltunschädlicher Wasserdampf freigesetzt. Im Gegensatz zur herkömmlichen Energieerzeugung, die auf Verbrennung basiert, fallen auch sonstige Schadstoffe wie Feinstäube, Stickoxide etc. weg. Und im Gegensatz zu motorgetriebenen BHKW arbeiten Brennstoffzellen-Heizgeräte praktisch lautlos. Lediglich die integrierten Pumpen und einige andere Systemkomponenten erzeugen minimale Geräusche.

Entscheidend für den Betrieb einer Brennstoffzelle ist Wasserstoff. Theoretisch können alle Energieträger genutzt werden, die einen möglichst hohen nutzbaren Wasserstoffanteil aufweisen. Für Brennstoffzellen-Heizgeräte werden aus mehreren Gründen Erdgas oder Bioerdgas als Energieträger favorisiert: Die vorhandene Infrastruktur spricht ebenso dafür wie die Verfügbarkeit des Brennstoffs, Kostenvorteile und ökologische Faktoren. Diese gelten in besonderem Maß für ins Erdgasnetz eingespeistes Bioerdgas. Bioerdgas ist aufbereitetes Biogas in Erdgasqualität, so dass der Einsatz in einem mit Erdgas betriebenen Brennstoffzellenheizgerät problemlos möglich ist. Je nach BZ-Typ findet die Aufbereitung des (Bio-)Erdgases in einem externen Reformer-Prozess oder - bei Hochtemperatur-BZ - intern statt. Diese Aufbereitung erfolgt in jedem Fall, also unabhängig davon, ob Erdgas oder Bioerdgas eingesetzt wird.

Ökonomisch gesehen nutzen Brennstoffzellen-Heizgeräte preisgünstiges Erdgas, um dieses in teuren Strom und Wärme zu verwandeln. Brennstoffzellen-Heizgeräte sind also eine hervorragende Möglichkeit, den fossilen Energieträger Erdgas verantwortungsvoll und effizient einzusetzen. Auch in technischer Hinsicht ist Erdgas bestens geeignet: Sein Hauptbestandteil ist Methan: CH₄. Methan ist aus einem Kohlenstoff- und vier Wasserstoff-Atomen aufgebaut. Kein anderer fossiler Energieträger bietet ein derart günstiges Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnis. Wasserstoff kommt in der Natur nicht in reiner Form vor. Deshalb bietet Erdgas optimale Voraussetzungen für zukünftige Brennstoffzellen-Anwendungen. Erdgas übernimmt so lange eine Brückenfunktion, bis regenerativ erzeugter Wasserstoff in ausreichendem Maße verfügbar ist. Weiterer Vorteil: Bereits heute steht Erdgas überall dort zur Verfügung, wo Brennstoffzellen in Zukunft Strom und Wärme produzieren. Von der Gewinnung über die Aufbereitung, den Transport bis zur nahezu flächendeckenden Versorgung der Haushalte bietet Erdgas eine optimale Infrastruktur. Als klimafreundlichster fossiler Energieträger ist er bestens geeignet für die Wärmeversorgung, für die dezentrale Stromerzeugung und als Kraftstoff. Zukünftig lässt sich Erdgas verstärkt durch aufbereitetes Biogas ergänzen, was zu einer weitere Verbesserung der Umweltbilanz führt. Kein anderer Energieträger lässt sich so leicht mit alternativen und regenerativen Energien bzw. -umwandlungsformen wie Solarthermie, Kraft-Wärme-Kopplung und Biogas kombinieren. Fazit: Erdgas bzw. Erdgastechnologien sind unabdingbar für das Erreichen der globalen Klimaschutzziele.

Wasserstoff kommt in der Natur nicht in reiner Form vor. Er muss eigens erzeugt werden, entweder durch Reformierung aus fossilen Energieträgern (Kohlenwasserstoffen) oder mittels stromverbrauchender Elektrolyse aus Wasser. Für den Transport von H₂ wäre zusätzlich eine Verteil- und Vertriebsinfrastruktur notwendig. Erdgas ist ein Kohlenwasserstoff und damit ein Wasserstoffträger, der in Deutschland in einer gut ausgebauten Infrastruktur vorhanden ist und mit hoher Versorgungssicherheit angeboten werden kann. Im Brennstoffzellen-Heizgerät wird Erdgas in wasserstoffreiches Gas bzw. reinen Wasserstoff umgewandelt.

Die zukünftigen Kosten für ein Brennstoffzellen-Heizgerät können heute noch nicht verlässlich genannt werden. Kosten für neue Technologien lassen sich immer erst zu deren Markteinführung exakt beziffern. Im Rahmen der Callux-Feldtests werden derzeit auch wichtige Informationen zu den zukünftigen Fertigungskosten gewonnen. Klar ist, dass der zukünftige Markt den Preis für Brennstoffzellen-Heizgeräte vorgeben wird und sich Brennstoffzellen-Heizgeräte mit Konkurrenztechnologien messen lassen müssen. Hierbei wird der Preis für Mikro-KWK-Anlagen ein wichtiger Maßstab sein. Diese Geräte stehen in kleinen Stückzahlen kurz vor der Markteinführung. Endgültige Preise sind auch bei ihnen noch nicht bekannt. Zur Markteinführung werden Brennstoffzellen-Heizgeräte so konzipiert sein, dass sie ihren gegenüber konventionellen Wärmeerzeugern höheren Anschaffungspreis durch die Einnahmen und Einsparungen aus der Stromproduktion in der Regel zumindest wieder ausgleichen.

Sicherlich werden die Zielkosten zu Beginn der Markteinführung aufgrund der anfangs noch geringeren Stückzahlen nicht erreichbar sein. Daher ist es wichtig, dass anfangs als Starthilfe ein Markteinführungsprogramm existiert, welches nicht nur die KWK durch Boni fördert, sondern auch einen Investitionszuschuss beinhaltet.

Bei einem technisch reifen Produkt lassen sich voraussichtlich Energiekosteneinsparungen von 20 bis 30 Prozent gegenüber einem Gas-Brennwertkessel mit Stromversorgung vom Netz erzielen. Ziel ist, dass sich die Zusatzinvestitionen für Brennstoffzellen-Heizgeräte gegenüber einem Gas-Brennwertkessel in 7 bis 10 Jahren amortisieren sollten. Letztlich wird die Amortisationsdauer neben dem Gerätepreis vor allem auch von den zukünftigen Preisen für Wärme und Strom, dem Nutzerverhalten, der Einspeisevergütung und den möglichen sonstigen Subventionszuschüssen abhängen.

Ja! Brennstoffzellen-Heizgeräte sind in dieser Hinsicht mit anderen KWK-Techniken vergleichbar, die heute schon als Maßnahmen im Sinne des Wärmegesetzes anerkannt werden. Außerdem ist der Betrieb mit Bioerdgas möglich.

Brennstoffzellen-Heizgeräte erzeugen neben Wärme auch Strom, der entweder im Haus genutzt oder ins Netz eingespeist werden kann. Ihr Betrieb fällt daher unter das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWK-Gesetz). Das bedeutet, dass der Betreiber für den ins öffentliche Netz eingespeisten Strom eine Vergütung erhält. Die Höhe dieses Zuschlags hängt von der Leistung und vom Alter der Anlage ab. Außerdem legt das Gesetz fest, dass für jede von der KWK-Anlage erzeugte Kilowattstunde Strom ein Bonus in Höhe von 5,11 Cent bezahlt wird – und dies 10 Jahre lang. Darüber hinaus muss der Netzbetreiber dem Anlagenbetreiber die Kosten für die vermiedenen Netznutzungsentgelte erstatten. Relevant für KWK-Anlagenbetreiber ist auch das Energiesteuer-Gesetz: Es legt fest, dass zum Beispiel der Brennstoff Erdgas für den Betrieb in einer ortsfesten KWK-Anlage von der Erdgassteuer befreit ist. Der Betreiber erhält diese Steuer zurückerstattet.

Die gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) belastet die Atmosphäre mit rund 34 Prozent weniger CO₂ als die konventionelle, getrennte Energieversorgung. Die in großen BHKWs erzeugte Wärme wird über ein Fernwärmenetz an die Verbraucher weitergeleitet, wobei Energieverluste beim Transport in Kauf genommen werden müssen. Das Prinzip der gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung kann mit KWK-Anlagen kleinerer Leistung auch dezentral angewendet werden, also direkt beim (Wärme-)Nutzer. Dies hat den Vorteil, dass die Transportverluste der Wärmeenergie entfallen. Außerdem werden die kleinen KWK-Anlagen meist mit Erdgas oder Biogas betrieben – ein weiterer Umweltvorteil gegenüber der Verwendung von Kohle in großen (Heiz-)Kraftwerken: Es entsteht kaum Schwefeldioxid, Stickoxide und Kohlenmonoxid fallen wesentlich weniger an als in Kohlekraftwerken. In der Regel ist die Leistung dezentraler Anlagen primär auf die Wärmeversorgung der Gebäude ausgelegt. Bei ihnen fällt – im Gegensatz zu zentralen KWK-Anlagen – der Strom gewissermaßen als Nebenprodukt an. Dieser kann bei (gleichzeitigem) Eigenbedarf direkt selbst genutzt oder aber in das Versorgungsnetz eingespeist werden. Mittels einer zentralen Steuerung können die dezentral arbeitenden Energieerzeugungsanlagen zu virtuellen Kraftwerken vernetzt werden.

Brennstoffzellen können in jedem Gebäude genutzt werden, in dem auch konventionelle Heiztechnik mit Erdgas zum Einsatz kommt. Besondere bauliche Voraussetzungen müssen nicht erfüllt werden - abgesehen von einem etwas größeren Platzbedarf. Ziel ist, dass ein Brennstoffzellen-Heizgerät mindestens 4.000 Betriebsstunden pro Jahr erreicht, um wirtschaftlich betrieben zu werden. Deshalb muss in dem betreffenden Objekt ein jährlicher Mindestwärmebedarf bestehen. Dies trifft insbesondere auf Wohngebäude im Gebäudebestand zu, schließt jedoch Neubauten nicht aus. Brennstoffzellen-Heizgeräte sollen vorrangig dort eingesetzt werden, wo heute herkömmliche Heizkessel installiert sind.

Prinzipiell können alle Wärmeerzeuger in Einfamilienhäusern im Bestand, aber auch in kleinen Mehrfamilienhäusern durch ein Brennstoffzellen-Heizgerät ersetzt werden. Der Aufwand hierzu unterscheidet sich nach der zu ersetzenden Technologie. Bei einer alten Ölheizung gehört dazu beispielsweise der Anschluss ans Gasnetz oder die Entfernung des Öltanks.

Grundsätzlich ist ein gleichmäßiger Wärmebedarf übers ganze Jahr von Vorteil, damit KWK-Anlagen auf längere Laufzeiten kommen und damit mehr Strom produzieren. Diese Ausgangssituation ist häufiger in Bestandsgebäuden oder größeren Gebäuden gegeben. Speziell Brennstoffzellen-Heizgeräte weisen jedoch Leistungsdaten (elektrisch und Wärme) auf, die noch unterhalb der aktuellen Mikro-BHKWs liegen. Zudem ist das Verhältnis der Wärme- und Stromproduktion besonders günstig und unterstützt längere Geräte-Laufzeiten auch bei niedrigerem Wärmebedarf. Und schließlich liefern Brennstoffzellen im Vergleich zu anderen KWK-Technologien auch im Teillastbetrieb sehr gute Wirkungsgrade. All dies führt dazu, dass Brennstoffzellen-Heizgeräte auch für Einfamilienhäuser geeignet sind, in denen die heutigen KWK-Techniken überdimensioniert sind. Brennstoffzellen-Heizgeräte kommen hier auf längere Laufzeiten und produzieren mehr Strom. Zur Abdeckung des Spitzenwärmebedarfs dient überall ein separater oder auch integrierter Brennwertkessel.

Betreibt ein Eigenheimbesitzer die Anlage in Eigenregie, wird es in aller Regel lukrativer für ihn sein, den erzeugten Strom selbst zu nutzen. Wird die Anlage von einem Energiedienstleister betrieben, wird dies vom Contracting-Angebot des jeweiligen Vertragspartners abhängen.
Für eingespeisten Strom erhält der Betreiber des Brennstoffzellen-Heizgeräts eine Vergütung. Diese setzt sich zusammen aus

• dem vertraglich vereinbarten bzw. gesetzlich geregelten Preis,
• dem gesetzlich festgeschriebenen KWK-Zuschlag (derzeit ab Inbetriebnahme 10 Jahre lang 5,11 Cent pro Kilowattstunde; diesen Zuschlag gibt es auch für selbst verbrauchten Strom),
• eine regional unterschiedlich hohe Erstattung für vermiedene Netznutzungsentgelte.

Die Brennstoffzellen-Heizgeräte, die im Callux-Projekt zum Einsatz kommen, haben eine elektrische Leistung von maximal 1 kW. Diese Leistung ist ausreichend, um den Grundbedarf eines Einfamilienhauses zu decken. Zusätzlicher Strom wird aus dem Netz bezogen. Dies ist zum Beispiel mittags der Fall, wenn beim Kochen mehrere Kochfelder des Elektroherdes in Betrieb sind und parallel noch weitere Verbraucher im Haus betrieben werden. Dann ist die durch die Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie nicht ausreichend. Ein Strombezugsvertrag für die Deckung von Bedarfsspitzen ist also auch weiterhin erforderlich. Würden die Brennstoffzellen-Heizgeräte größer dimensioniert, könnte zwar mehr Strom produziert werden, damit jedoch auch mehr Wärme. Wird jedoch mehr Wärme produziert als nötig, schaltet sich die Brennstoffzelle häufiger ab - der Betrieb der Anlage wird unwirtschaftlich.

Wie viel Strom aus einer Brennstoffzelle im Haus verbraucht wird und wie viel ins Netz eingespeist wird, hängt von zahlreichen Faktoren ab. Einflussgrößen sind die Anzahl der Betriebsstunden des Brennstoffzellen-Heizgeräts, die Anzahl der im Haus wohnenden Personen und die Anzahl der vorhandenen elektrischen Geräte, aber auch das Benutzerverhalten.
Die Geräte sollten in einem Einfamilienhaus mindestens 4.000 Stunden pro Jahr Strom produzieren. Dies entspricht etwa 4.000 Kilowattstunden (kWh) und damit dem durchschnittlichen jährlichen Strombedarf einer 4-köpfigen Familie. Da aber Strombedarf und Stromproduktion im Haushalt zeitlich nicht synchron verlaufen und Strom nur mit sehr hohem Aufwand gespeichert werden kann, muss das Stromnetz als ausgleichende Größe einspringen: Überschüsse werden eingespeist, ein zeitweiliges Defizit durch Strombezug aus dem Netz ausgeglichen.
Speziell bei Brennstoffzellen-Heizgeräten haben die bisherigen Feldtestergebnisse gezeigt, dass bis zur Hälfte des erzeugten Stroms im Haus verbraucht werden, der Rest wird in das öffentliche Netz eingespeist und entsprechend vergütet.

Die Leistung der Brennstoffzelle wird so gewählt, dass sie nicht den maximalen Wärmebedarf, sondern die Grundlast abdeckt, in der Regel zwischen 10 und 20 Prozent des maximalen Wärmebedarfs. So können möglichst hohe Laufzeiten erreicht werden. Heizwärme, die nicht unmittelbar benötigt wird, wird im Pufferspeicher gespeichert. In der kalten Jahreszeit unterstützt das integrierte oder ein externes Gas-Brennwertgerät die Wärmebereitstellung der BZ. Größer dimensionierte Systeme müssten einen Teil des Jahres unterhalb ihres optimalen Betriebsbereichs arbeiten, also bei einem technisch weniger effektiven Wirkungsgrad. Kleinere Systeme wiederum würden den Eigenerzeugungsanteil auf ein unattraktives Maß schrumpfen lassen. In beiden Fällen wäre ein unausgewogenes Verhältnis von Investition und Nutzen die Folge.

Eines ist ganz klar: Der Nutzer eines Brennstoffzellen-Heizgeräts wird immer dann Warmwasser und Heizwärme bekommen, wenn er sie braucht. Die Basis ist also ein wärmegeführter Betrieb. Die erzeugte Wärme wird sofort im Kundenhaushalt genutzt oder für eine spätere Nutzung gespeichert.
Dagegen kann elektrische Energie nur sehr schwer gespeichert werden. Sie muss genau zu dem Zeitpunkt bereitgestellt werden, an dem sie gebraucht wird. Wird der erzeugte Strom im Haus selbst verbraucht, kann der wärmegeführte Betrieb durch einen stromoptimierten Betrieb ergänzt werden. Dabei wird die Stromproduktion auf die elektrischen Verbraucher im Haus abgestimmt. In diesem Fall ist ein Wärme-Pufferspeicher zwingend erforderlich, damit die erzeugte Wärme nicht verloren geht.
Ein weiterer Schritt ist die Einbindung in ein zentrales Energiemanagement. Mit einem solchen extern geführten Betrieb können modulierbare Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen an den Strombedarf im öffentlichen Stromnetz angepasst werden. Sie sind dann Teil eines virtuellen Kraftwerks. Bei einer solchen Betriebsweise kann immer dann Strom produziert werden, wenn im Stromnetz gerade ein großer Bedarf herrscht und die Preise an der Strombörse hoch sind - also z. B. in den Mittags- und frühen Abendstunden. Die gleichzeitig von den dezentralen Einheiten produzierte Wärme wird im Gebäude selbst verbraucht oder für den späteren Verbrauch gespeichert. Derzeit werden technische, organisatorische und tarifliche Systeme und Produkte entwickelt, bei denen sich die Einspeisung am übergeordneten Strombedarf orientiert.
Brennstoffzellen-Heizgeräte werden heute schon mit Blick auf diese zukünftigen Energieversorgungssysteme konzipiert. Sie können deshalb in bestehende und zukünftige Energiemanagementsysteme (Gebäude- oder Netzleittechnik) integriert und in virtuelle Kraftwerke mit externer Steuerung eingebunden werden. Ihr besonderer Vorteil ist dabei der modulierende Betrieb. Außerdem sind sie nicht wie Wind- oder Photovoltaikanlagen von der Witterung abhängig. Brennstoffzellen-Heizgeräte können damit im Rahmen eines virtuellen Kraftwerks besonders variabel eingesetzt werden.