Der letzte Hoffnungsträger: die Brennstoffzelle

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© Viessmann

Derzeit gibt es bei den Brennstoffzellen-Heizgeräten bis 1,5 kW el nur zwei Unternehmen, die jeweils mehr als 1000 Einheiten verkauft haben: Viessmann (im Bild) und Solidpower.
 
Mikro-KWK-Systeme und Gaswärmepumpen Vor dem Hintergrund der Energiewende, der Dekarbonisierung und der CO2-Reduktionsziele der Bundesregierung galten Mikro-KWK-Anlagen (auf Motor- und Brennstoffzellenbasis) sowie Gaswärmepumpen als Hoffnungsträger und nächste Evolutionsstufe der Gasheiztechnik im Eigenheimbereich. So war es nicht verwunderlich, dass ab 2010/2011 zahlreiche Hersteller offensiv die Entwicklung dieser „Gas-Plus-Technologien“ vorantrieben oder in den Markt einführten. Doch haben sich die hohen Erwartungen erfüllt? Wie sieht der Markt im Jahr 2018 aus? Ist die Brennstoffzelle tatsächlich auf dem Weg zum Massenprodukt? Die Recherche ergab zum Teil Erstaunliches.

Eine Konsequenz aus den Marktveränderungen der letzten Jahre ist, dass die Gaswärmepumpe im kleinen Leistungsbereich für das Eigenheim Geschichte sein dürfte. Nachdem Vaillant und Viessmann ihre technologisch interessanten Zeolith-Modelle vom Markt genommen haben, hat inzwischen auch Bosch Thermotechnik die Entwicklung und Markteinführung der 18-kW-Gas-Absorptions-Wärmepumpe für Ein- und Zweifamilienhäuser „bis auf Weiteres eingestellt“, wie es in einem Statement auf Anfrage der Redaktion hieß. Begründet wurde dieser Schritt damit, dass „Bosch Thermotechnik im Sinne einer effizienten Ressourcennutzung und vor dem Hintergrund der zukünftigen Herausforderungen der Energiewende ihre Aktivitäten in der Entwicklung von Hybridgeräten und Elektrowärmepumpen sowie in der Systemintegration verstärken werde.“

Auslaufmodell gasmotorische Mikro-KWKs
Nach der anfänglichen Euphorie bei den Erdgas-Mikro-KWK-Anlagen (mit ca. 1 bis 1,5 kWel), die in den Jahren 2010 bis 2013 zahlreich angekündigt bzw. in den Markt eingeführt wurden, folgte die Ernüchterung: kleinere Unternehmen, z. B. Otag oder Whispergen, gingen insolvent und ihre Produkte verschwanden vom Markt. Die großen Heiztechnikplayer zogen ab etwa 2016/2017 erste und einschneidende Konsequenzen. So verschwand zu Jahresbeginn 2017 das verbrennungsmotorische, technisch sehr interessante Mikro-KWK-System Ecopower 1.0 (1 kWel / 2,5 kWth, elektr. Wirkungsgrad rund 26 %) aus dem Lieferprogramm von Vaillant. In dem gemeinschaftlich mit Honda auf der ISH 2011 präsentierten System sahen die Verantwortlichen damals ein Marktpotenzial von etwa 60 000 Bestandsbauten jährlich (bei einer Sanierungsrate von rund 1 %). Doch die hohen Erwartungen scheinen sich nicht erfüllt zu haben. Im Juli 2018 wurde zudem bekannt, dass sich Vaillant komplett aus dem
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Mini-KKW zurückziehen wird – einem (deutschen) Nischenmarkt aus Sicht des weltweit operierenden Unternehmens. Vaillant ist nicht der einzige Big Player, der sein Produktprogramm konsolidiert hat. Auch Viessmann nahm Veränderungen vor. In einem Statement auf Anfrage der Redaktion heißt es: „Aufgrund der attraktiven Brennstoffzellen-Markteinführungsförderung wurde die Produktion des Stirlinggeräts Vitotwin (1 kWel / ca. 5,5 kWth) im April 2017 eingestellt, um sich voll auf den Vertrieb der Brennstoffzelle Vitovalor zu konzentrieren.“ Laut Unternehmensangaben läuft die Belieferung der Vitotwin-Kunden mit den notwendigen Ersatzteilen jedoch weiter.

Ähnliche Gründe wie bei Vaillant und Viessmann dürften auch für die Produktentscheidungen der Unternehmensgruppe BDR Therma gelten, zu der u. a. Brötje, Senertec und Remeha gehören. So wurde Anfang 2018 der Verkauf des Wandstirlinggeräts (1 kWel / ca. 5 kWth) WGS 20.1 von Brötje eingestellt. Zum 1. Juli 2018 hat dann auch Remeha sein Mikro-KWK-Wandgerät eVita aus dem Lieferprogramm genommen. Das Unternehmen erläuterte die Entscheidung so: „Seit der Entwicklung, die vor 10 Jahren begann, hat sich die Mikro-BHKW-Technik kontinuierlich weiterentwickelt … Wir haben uns daher entschlossen, im Leistungsbereich 1 kWel zukünftig auf die Brennstoffzellen-Technologie und auf unser neues Produkt eLina mit 2,2 kWel zu setzen …“

BDR Therma hat sich des Weiteren auch gegen die Weiterproduktion des Dachs Stirling (1 kWel / ca. 5,8 kWth) entschieden, wie die Redaktion im Juli von Senertec erfahren hat. Das auf Mini-KWK spezialisierte Unternehmen wolle sich im Eigenheimbereich künftig auf die Vermarktung des Brennstoffzellengeräts Dachs Innogen konzentrieren.

Zwischenfazit: Der Mikro-KWK-Gerätemarkt (mit ca. 1 bis 1,5 kWel) schrumpft. Das gasmotorische Segment, vor allem geprägt vom Stirlingmotor, ist Geschichte bzw. ein Auslaufmodell. Nun ruhen alle Hoffnungen auf der Brennstoffzelle. Doch wird sich die Technologie bei der künftigen Strom- und Wärmeerzeugung im Einfamilienhaus nennenswert etablieren können?

Welches Marktpotenzial hat die Brennstoffzelle?
Im Rahmen einer Umfrage der VDMA Arbeitsgemeinschaft Brennstoffzellen wurde in einer Pressemitteilung vom 11. April 2013 der damalige Vorsitzende Guido Gummert wie folgt zitiert: „Wir rechnen mit mindestens 70 000 Brennstoffzellenheizgeräten in 2020 für die Installation in Deutschland und einem ähnlichen Volumen für den Export.“ Nicht mehr ganz so optimistisch fiel die Erwartung in einer Pressemitteilung von Zukunft Erdgas vom 24. Oktober 2017 aus. Darin heißt es: „Die Gerätehersteller rechnen in den kommenden Jahren mit einem exponentiellen Marktwachstum. Ab dem Jahr 2023 sollen jährlich rund 75 000 Brennstoffzellen-Heizungen verbaut werden.“ Doch ist diese Zahl auch realistisch?
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Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC, Solid Oxid Fuel Cell) und Membran-Brennstoffzelle (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) im Vergleich. Bei der PEM-Brennstoffzelle muss das Erdgas zunächst entschwefelt und anschließend in einem Reforming-Prozess in wasserstoffreiches Prozessgas (H 2 und CO 2 ) umgewandelt werden. Die Gasaufbereitung ist im PEM-Brennstoffzellen-Heizgerät integriert.

Zweifelsohne erfreulich und belebend wirkt sich das KfW-Programm 433 „Energieeffizient Bauen und Sanieren –Zuschuss Brennstoffzelle“ aus. Gefördert werden Anlagen im Leistungsbereich von 0,25 bis 5 kWel. Der Zuschuss setzt sich zusammen aus einem Festbetrag von 5700 Euro sowie einem leistungsabhängigen Betrag von 450 Euro je angefangene 100 W elektrische Leistung. Daraus ergeben sich Einzelzuschüsse im Bereich zwischen 7050 und 28 200 Euro. Zum Programmstart 2016 bezuschusste die Bundesregierung nur den Einbau in Privathaushalten, Mitte 2017 wurde das Förderprogramm auch auf Unternehmen und Kommunen ausgeweitet.

Laut einer Pressemitteilung der Now GmbH vom 2. Juli 2018 wurden bislang insgesamt 2630 Anlagen gefördert. Im ersten Quartal 2018 seien 729 Förderanträge von der KfW bewilligt worden. Diese Zahlen sind ein Achtungserfolg und sicherlich ein wichtiger Meilenstein. Doch daraus lassen sich seriös noch keine Steigerungsraten bis 2023 auf das Niveau des heutigen Heizwärmepumpenabsatzes ableiten. Erschwerend kommt hinzu, dass das erfolgreiche KfW-Technologieeinführungsprogramm für die Brennstoffzellenheizung bis Ende 2018 befristet ist. Und ob sich die vergleichsweise sehr hohen Brennstoffzellen-Investitionskosten, z. B. durch eine (Groß-)Serienfertigung, jetzt schon drastisch senken lassen, darf bezweifelt werden. Deshalb möchte der BDH, der die politische Arbeit der Initiative Brennstoffzelle (IBZ) fortführt, dafür sorgen, dass „die Brennstoffzelle auch nach 2018 gute Förderbedingungen bekommt“.

Die Aufgaben der Marktkommunikation der IBZ, die Zukunft Erdgas e. V. übernimmt, werden von Vorstand Dr. Timm Kehler so beschrieben: „Die Vorbereitung der Markteinführung ist abgeschlossen. Nun verschiebt sich der Schwerpunkt von der technologischen Entwicklung und der Pilotphase hin zu einer koordinierten Marktentwicklung mit einer effizienten Kommunikationsoffensive.“
Und dann waren es nur noch vier Hersteller …

Auf der ISH 2017 hatte Vaillant bekannt gegeben, seine „Entwicklungskapazitäten im Bereich der Brennstoffzellentechnologie zu reduzieren und die Markteinführung des Brennstoffzellen-Heizgerätes für Einfamilienhäuser bis auf Weiteres auszusetzen“. Begründet wurde dieser Schritt damals damit, dass Immobilienbesitzer ein solches Brennstoffzellen-Heizgerät (BZH) derzeit nicht wirtschaftlich betreiben könnten. Allerdings werde die Vaillant Group entsprechend reagieren, falls sich Bedingungen grundlegend ändern und die Nachfrage erheblich ansteigen sollte. Bislang scheinen diese Änderungen nicht eingetreten zu sein.

Im Sommer 2018 hat sich nun mit Bosch Thermotechnik ein weiterer großer Player vom Verkauf seines SOFC-Brennstoffzellen-Heizgeräts verabschiedet. Das Gerät mit 0,7 kWel, 0,6 kWth und einem elektr. Wirkungsgrad von 46 % wurde unter den Produktnamen Logapower FC10 (Buderus) und Cerapower (Junkers) vertrieben. Auf Anfrage hieß es, dass es keine Neuproduktion mehr gebe und lediglich noch ein Abverkauf der Lagerware stattfinde. Hintergrund für diesen Schritt ist die Kooperation mit Brennstoffzellenproduzent Solidpower. Ab dem 4. Quartal 2018 wird das Bluegen-Gerät (s. S. 57) von Solidpower in Deutschland auch über die Bosch-Thermotechnik-Marke Buderus vertrieben. Bosch will sich „bei der Zusammenarbeit darauf konzentrieren, den Bluegen mit bestehenden Produkten aus dem Buderus-Portfolio zu effizienten Systemlösungen zu kombinieren“. In dieser Kooperation, die demnach über eine klassische Handelswarenbeziehung hinausgeht, sieht Solidpower einen wichtigen Meilenstein zum Erreichen seiner ambitionierten Unternehmensziele: „Wir wollen die Brennstoffzelle schnell im Massenmarkt etablieren, um die Herstellungskosten zu senken und so Unabhängigkeit von Förderungen zu erlangen.“

Unterm Strich ist diese Verbindung eine interessante und neue Konstellation. Allerdings gibt es nun in Deutschland nur noch vier Unternehmen, die eigene Brennstoffzellen-Heizsysteme anbieten. Das sind BDR Thermea, Freudenberg, Solidpower und Viessmann.

Brennstoffzellen-Heizgeräte von BDR Thermea

Der mit Blick auf die bislang abgesetzten Stückzahlen „kleinste Player“ dürfte BDR Thermea (Senertec/Remeha) mit dem Dachs Innogen (0,7 kWel / 0,9 kWth, elektr. Wirkungsgrad über 35 %) sein. Laut Auskunft gegenüber der Redaktion sind in den letzten zwei Jahren unter 100 Stück des PEM-Brennstoffzellensystems verkauft worden. Dies scheint wohl teilweise auch auf den Ausstieg des Technologiepartners Toshiba Fuel Cell Power Systems aus dem Bereich der BZH zurückzuführen sein.

Angekündigt ist das Brennstoffzellen-Heizgerät Calenta FC 390 (0,7 kWel) von Remeha. Auf Anfrage nannte Remeha als Markteinführungstermin Mitte 2019.

Brennstoffzellen-Heizgeräte von Freudenberg

Im Januar 2018 übernahm Freudenberg Sealing Technologies Teile des insolventen Brennstoffzellen-Herstellers Elcore und seiner Schwestergesellschaft Elcomax. Und was hat Freudenberg mit Elcore nun vor? In einer Pressemitteilung vom 4. Mai 2018 heißt es: „… als innovationsgetriebenes Start-up gegründet, entwickelte Elcore mit über 200 Patenten bzw. Patentanmeldungen eine hocheffiziente Brennstoffzelle für den stationären Gebrauch. Dieses Produkt will Freudenberg jetzt auch für den Einsatz in mobilen Anwendungen weiterentwickeln.“

Ergänzend teilte das Unternehmen auf Anfrage Mitte Juli 2018 schriftlich mit: „Wir werden die Produktion der stationären Brennstoffzelle auf dem bisherigen Niveau fortführen bzw. entsprechend der Marktnachfrage auch anpassen.“ Telefonisch erfuhr die Redaktion zudem, dass der Serienproduktionsstart für Ende 2018 geplant sei. Zu bislang verkauften oder geplanten Stückzahlen gab es keine Auskünfte.

Das zentrale Produkt von Freudenberg ist das HTPEM-Brennstoffzellengerät Elcore 2400 (0,305 kWel / 0,7 kWth). Angeboten werden zwei Paketvarianten: Elcore 2400 Plus kombiniert die Brennstoffzelle mit einem 560-l-Energiespeicher und Elcore 2400 Max beinhaltet zusätzlich eine 21-kW-Gasbrennwerttherme als Spitzenlastgerät.

Brennstoffzellen-Heizgerät von Solidpower

2015 hat Solidpower die Ceramic Fuel Cells GmbH, den Hersteller des Bluegen-SOFC-Brennstoffzellensystems, übernommen. Anschließend erfolgte ein Neustart der Bluegen-Produktion am Standort Heinsberg, Deutschland. Zu Beginn des Jahres 2016 wurden die ersten Systeme an Endkunden in Europa ausgeliefert. Geplant ist, die jährliche Produktion von bisher 1500 Mikrokraftwerken auf bis zu 16 000 Geräte bis zum Jahr 2020 zu erhöhen.
Und wie soll sich der Absatz entwickeln? „Im Dezember 2017 haben wir den 1000sten Bluegen produziert und ausgeliefert. Der Absatz in Europa, und auch in Deutschland, ist stabil und steigend“, so Benjamin Wöllenweber, Product Marketing Manager bei Solidpower.
Der Bluegen (1,5 kWel / 0,61 kWth) verfügt über einen sehr hohen elektrischen Wirkungsgrad von bis zu 60 %. Das Produkt wird derzeit als Beistellgerät (ohne Speicher, Spitzenlastheizgerät etc.) vertrieben. Bezüglich der Anschaffungskosten hat die Redaktion um ein konkretes, durchschnittliches Berechnungsbeispiel gebeten und folgende Infos erhalten: 

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Netto-Listenpreis Bluegen: 25 000 Euro (Hinweis: Umsatzsteuer ist erstattungsfähig)
+ Montagekosten netto: 3000 bis 5000 Euro (je nach Einbausituation)
– abzgl. KfW-433-Förderung: 12 450 Euro
= 15 550 bis 17 550 Euro Kosten für das komplett installierte Gerät
 

Zusätzlich erhalten die Betreiber im Fall des Bluegen (1,5 kWel) eine KWK-Zulage für die ersten 90 000 kWh: 4 Cent/kWh für selbst genutzten Strom und 8 Cent/kWh für die Einspeisung. Auf Basis einer kompletten oder (sehr) hohen Stromeigennutzung kann man sich die KWK-Zulage sofort auszahlen lassen (3600 Euro Kostenminderung).

Brennstoffzellen-Heizgerät von Viessmann

Im Frühjahr 2014 hat Viessmann sein PEM-Brennstoffzellen-Heizgerät Vitovalor in den Markt eingeführt. Die Presse- und Media-Aktivitäten zur Markteinführung haben sicherlich dazu beigetragen, dass sich die allgemeine Bekanntheit der stationären Brennstoffzellentechnik erhöht hat.

Und wie sehen die bisherigen Verkäufe und künftigen Absatzziele aus? Auf der Jahrespressekonferenz am 19. April 2018 sagte Prof. Dr. Martin Viessmann: „Beim innovativen Brennstoffzellen-Heizgerät Vitovalor stehen die Zeichen auf Wachstum. Allein in Deutschland wurden bereits über 1000 dieser Geräte für die Eigenerzeugung von Wärme und Strom installiert. Viessmann wird den Absatz in diesem Jahr voraussichtlich auf annähernd 2000 Geräte verdoppeln. Für die steigende Nachfrage wird am Stammsitz in Allendorf eine neue Fertigungslinie eingerichtet.“

Auf der Fachmesse SHK Essen im März 2018 hat Viessmann die neuen, überarbeiteten PEM-Brennstoffzellen-Heizgeräte Vitovalor PT2 und Vitovalor PA2 vorgestellt. Sie sind jetzt auf eine Lebensdauer von mindestens 80 000 Betriebsstunden (oder 4000 Start-Stopp-Zyklen) ausgelegt, ihre Brennstoffzelle muss nur noch alle fünf Jahre (verpflichtend) gewartet werden.

Das seit April 2018 lieferbare Vitovalor PT2 besteht aus zwei je 1,8 m hohen, vormontierten Modulen, die zusammengebaut eine Aufstelläche von 0,72 m2 benötigen: Grundgerät mit integrierter PEM-Brennstoffzelle (0,75 kWel / 1,1 kWth, elektr. Wirkungsgrad 37 %), mit Gasbrennwert-Spitzenlastkessel (wahlweise 11,4/19,0/24,5/30,8 kWth) und mit Regelung Speicher-Tower mit Speicher-Wassererwärmer (220 l) und der kompletten Hydraulik Konzipiert ist das BZH für Gebäude mit einem Wärmebedarf von 25 000 kWh/a und einem Strombedarf von bis zu 6200 kWh/a sowie für Heizsysteme mit dauerhaften Rücklauftemperaturen von maximal 50 °C.

Und mit welchen durchschnittlichen Investitionskosten müssen die Kunden rechnen? Die Redaktion hat bei Viessmann nachgefragt und erhielt folgende Antwort: „Nach unseren Erfahrungen liegt der durchschnittliche Endkundeninvest, inklusive Zubehör, Montage etc., bei ca. 35 000 Euro. Nach Abzug der maximalen Förderung von 11 100 Euro kommt es also zu einer Investition von 23 900 Euro.“

Das angekündigte neue Vitovalor PA2 ist als Beistelllösung zur Nachrüstung für bereits modernisierte Anlagen (z. B. mit Gasbrennwertkessel) konzipiert. Die PEM-Brennstoffzelle, Gasaufbereitung und Regelung sind in einem 1,6 m hohen Gehäuse integriert. Gegenüber der Redaktion nannte Viessmann als geplanten Einführungstermin den 1. April 2019. Außerdem plant das Unternehmen derzeit für den 1. August 2019 die Einführung des Hexis-SOFC-Brennstoffzellengeräts mit einer Leistung ab 1,5 kWelfür Anwendungen mit höherer elektrischer Leistung, z. B. für Eigenheime mit einer Ladesäule für Elektrofahrzeuge. Hexis ist ein 100-prozentiges Tochterunternehmen von Viessmann.
Brennstoffzellen-Heizgeräte bieten interessante Chancen

Vorläufiges Fazit: Die eingeschränkte Zahl der Anbieter und (verfügbaren) Geräte, die derzeitigen Absatzzahlen und Prognosen sowie die hohen Investitionskosten lassen im Moment den Schluss zu, dass sich der deutsche Mikro-KWK-Markt auf Brennstoffzellenbasis eher langsam entwickeln wird: „Klein, aber fein“ könnte man sagen. Ob sich daraus ein Marktsegment mit bedeutenden Stückzahlen oder gar ein Massenmarkt entwickelt, ist derzeit sehr fraglich – zumal es technisch und preislich attraktive Wettbewerbssysteme gibt, wie z. B.

die Elektro-Wärmepumpe in Kombination mit Photovoltaikanlage und Stromspeicher oder das Brennwertgerät in Verbindung mit Solarthermie, mit Elektrowärmepumpen-Modul oder mit Photovoltaik und Power-to-Heat.
Doch warum sind Brennstoffzellen für Kunden überhaupt interessant? Bei (zahlungskräftigen) Eigenheimbesitzern ist nicht immer bzw. nicht nur die Wirtschaftlichkeit alleine für die Investitionsentscheidung ausschlaggebend. „Es hat sich herausgestellt, dass auch der Wunsch nach hoher Stromautarkie, effizienten Energielösungen und ökologischer Vertretbarkeit eine entscheidende Rolle spielt“, weiß Benjamin Wöllenweber von Solidpower. „Ein weiteres Argument für den Bluegen ist der positive Einfluss auf den Primärenergiefaktor. Bei einem jährlichen Endenergiebedarf von bis zu 15 000 kWh wird bei einer Kombination von Gasbrennwertgerät und Bluegen ein Primärenergiefaktor von 0,0 erreicht und damit alle Ziele der EnEV und KfW erfüllt.“

Viessmann weist darauf hin, dass mit einer Kombination aus Brennstoffzellen-Heizgerät, Photovoltaikanlage und (gemeinsam genutztem) Stromspeicher bis zu 95 % Autarkie von der öffentlichen Versorgung möglich seien. Kaufmotivierend könnte zudem eine Art „Notstromfunktionalität“ wirken: Das System sollte so aufgebaut sein, dass es bei einem Netzstromausfall automatisch in den Netzersatzbetrieb wechselt, um alle Elektrogeräte im Haus weiter zu versorgen.