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Wasserstoff für die Heizung ist die klimafreundliche und günstige Alternative zu Erdgas. Doch auch wenn die Umstellung technisch möglich ist – ob Wasserstoff eine sinnvolle Lösung für die Zukunft bietet, ist derzeit fraglich.
© AddMeshCube – stock.adobe.comVor dem Hintergrund der Klimapolitik sollen auch Gasheizungen bald der Vergangenheit angehören. Wasserstoff hat als nachhaltige Alternative zu Erdgas einen großen Vorteil: Anders als bei vielen anderen neuen Wärmetechnologien könnte man bestehende Gasleitungen und Heizanlagen einfach umrüsten und weiternutzen. Knapp die Hälfte aller deutschen Haushalte wurden laut Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft 2023 mit Gas beheizt. Daher hoffen auch viele Hausbesitzer, mit einer wasserstoffkompatiblen Heizung der teuren Umstellung auf Wärmepumpen und andere alternative Heiztechnologien zu entgehen.
Was ist Wasserstoff und woher kommt er?
Wasserstoff (H2) ist das chemische Element, das in der Natur am häufigsten vorkommt. Beste Voraussetzungen für die Nutzung als Energiequelle – so scheint es zumindest. Denn leider gibt es natürlichen Wasserstoff nur in gebundener Form, z. B. als Wasser. Bevor man ihn zur Energiegewinnung nutzen kann, muss er erst abgespalten werden. Hierfür gibt es unterschiedliche Verfahren, die aktuell jedoch entweder teuer sind oder CO2 produzieren.
Neu ist die Nutzung von Wasserstoff übrigens nicht: Vor allem in der Chemieindustrie spielt er bereits eine große Rolle. Zudem gibt es diverse Projekte, um Wasserstoff noch anderweitig einzusetzen, z. B. als Kraftstoff-Alternative oder Stromspeicher.
Als Alternative zu fossilem Erdgas zeichnet sich Wasserstoff vor allem dadurch aus, dass er emissionsfrei genutzt werden kann. Zudem ist es prinzipiell möglich, ihn ohne schädliche Abfallprodukte klimaneutral zu erzeugen. 2020 hat die Bundesregierung daher eine Nationale Wasserstoffstrategie verfasst. Diese hält eine Nutzung als Energiequelle für die Heizung langfristig für möglich. Doch zumindest in den kommenden Jahren spielt Wasserstoff wohl lediglich eine Nebenrolle im Bereich der Wärmeversorgung. Vorerst sollen hier die bereits existierenden und erprobten Heizalternativen weiterhin im Fokus stehen.
Wasserstoff an sich ist ein farbloses Gas. Doch je nach Herstellungsart erhält es eine zusätzliche Farbbezeichnung. Grüner Wasserstoff ist die ökologischste Variante: Hier entsteht Wasserstoff unter Einsatz von Ökostrom aus Wasser. Das Nebenprodukt ist Sauerstoff, es fällt kein Kohlenstoffdioxid (CO2) an.
Orangefarbener Wasserstoff wird aus Abfallstoffen erzeugt, wobei ebenfalls kein CO2 anfällt. Das Verfahren ist jedoch noch relativ neu und nicht ausgereift, zudem sind die Kapazitäten hier stark begrenzt.
Bei grauem und blauem Wasserstoff entsteht bei der Erzeugung aus Erdgas unter anderem auch CO2. Die unterschiedlichen Farben ergeben sich daraus, was mit dem CO2 anschließend passiert: Einlagerung im Boden (blauer Wasserstoff) oder Ausleitung in die Atmosphäre (grauer Wasserstoff).
Ein weiteres, noch experimentelles Verfahren ist die Erzeugung aus Methan. Dabei entsteht türkiser Wasserstoff sowie Kohlenstoff in fester Form.
Die Wasserstoff-Heizung gewinnt Heizwärme (und teilweise auch Strom) aus Wasserstoff. Dafür gibt es derzeit zwei Modelle: die Verbrennung im Brennwertkessel einer Gasheizung und die chemische Reaktion in einer Brennstoffzelle. Beide Modelle sind technisch bereits machbar, jedoch für Einzelhaushalte in der Regel noch relativ teuer und aufwändig.
Die Funktion einer Wasserstoff-Heizung mit Brennwertkessel ist dieselbe wie bei der klassischen Gas-Brennwertheizung: Das Gas wird verbrannt, die entstehende Wärme dient der Erwärmung von Heizwasser und Brauchwasser. Im Gegensatz zu früher üblichen Heizkesseln wird hierbei auch die Wärme der Abgase genutzt.
Der Wasserstoff für die Brennwertheizung kommt (in Zukunft) über den Gasanschluss. Im Kessel wird das Gas verbrannt, wobei als Nebenprodukt lediglich Wasser abfällt. Mit der dabei gewonnenen Energie werden Heizwasser und Warmwasser erwärmt.
Aktuell gibt es solche Wasserstoffheizungen überwiegend als H2-ready-Heizungen, die sowohl reines Erdgas als auch eine Beimischung von bis zu 30 Prozent Wasserstoff verwerten können. Hersteller haben 2024 erste Modelle für einen Betrieb mit 100 Prozent Wasserstoff auf den Markt gebracht.
Brennstoffzellen sind Anlagen, bei denen aus Wasserstoff und Sauerstoff sowohl Wärme als auch Strom produziert wird. Damit zählt die Brennstoffzellenheizung zu den Heizungen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK).
Im Innern der Brennstoffzelle findet eine elektrochemische Reaktion statt: Wasserstoff und Sauerstoff reagieren miteinander, wodurch Wärme und Strom entstehen. Dieser Prozess wird auch als „kalte Verbrennung“ bezeichnet. Die Wärme fließt zur Heizanlage bzw. dient zur Warmwasserbereitung, der Strom steht für den Haushaltsstrom zur Verfügung oder wird ins Netz eingespeist. Auch wenn meist von „der Brennstoffzelle“ die Rede ist, befinden sich im Innern der Anlage mehrere Brennstoffzellen, die in Reihe geschaltet sind. So lässt sich genügend Wärme bzw. Strom für ein ganzes Einfamilienhaus erzeugen.
Da Wasserstoff noch nicht in reiner Form über eine Gasleitung verfügbar ist, benötigen Brennstoffzellen aktuell noch ein weiteres Bauteil: einen Reformer, der Wasserstoff aus Erdgas oder Biogas erzeugt.
Der große Nachteil der Brennstoffzellen-Heizung ist die Erzeugung von Wasserstoff im Reformer. Zum einen erfordert sie einen Gasanschluss oder aufwändige Speicherlösungen, zum anderen entsteht dadurch immer auch CO2. Eine Alternative bieten sogenannte Elektrolyseure. Das sind Vorrichtungen, die aus Wasser und Strom Wasserstoff erzeugen können – entweder als kleines Gerät für zu Hause oder als größer dimensionierte Anlage für die Einspeisung ins Gasnetz. Wasserstoff entsteht hier durch Elektrolyse, also durch die Spaltung von Wasser (H2O) in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O). Solche Geräte gibt es bereits, allerdings erfordern auch sie eine komplexe Installation und sind teuer in der Anschaffung.
Neben den genannten Möglichkeiten gibt es weitere Verfahren zur Nutzung von Wasserstoff zum Heizen. Hierbei kommt Knallgas zum Einsatz: ein höchst reaktionsfreudiges Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff. Möglich ist z. B. eine Direktverbrennung in einer Gastherme oder eine Katalysator-Heizung. Diese Modelle sind jedoch noch nicht so weit ausgereift, dass sie sich im Gebäudesektor einsetzen lassen.
Aktuell gibt es keine flächendeckende Versorgung mit Wasserstoff – die reine Wasserstoff-Brennwertheizung ist demnach noch Zukunftsmusik. Doch Heizungshersteller haben vorgesorgt: Für die künftige Umstellung auf Wasserstoff haben sie die sogenannte H2-ready-Heizung konzipiert, also eine Erdgas-Heizung, die für Wasserstoff „bereit“ ist. Im Idealfall kann sie sowohl mit Erdgas/Biogas als auch mit Wasserstoff betrieben werden – Eigentümer wären also für beide Szenarien gerüstet. Damit ersparen sie sich den teuren Heizungstausch und können zudem vertraute Technik nutzen.
Gut zu wissen: Der Gesetzgeber hat H2-ready-Heizungen im Gebäudeenergiegesetz (GEG) zugelassen. Das bedeutet, der Neueinbau dieser Gasheizungen ist auch künftig prinzipiell erlaubt – jedoch nur unter bestimmten Voraussetzungen. Denn damit die H2-ready-Heizung dem Heizungsgesetz entspricht, muss sie 100 Prozent Wasserstoff verwerten können (und nicht, wie derzeit noch üblich, lediglich 20 oder 30 Prozent).
Letztendlich sollte man bedenken: H2-ready-Heizungen sind Gasheizungen. Wer sich also heute eine H2-ready-Heizung kauft, verlässt sich darauf, dass Wasserstoff Erdgas ablösen wird. Und das ist momentan noch sehr ungewiss.
Tipp: Was genau das GEG für Wasserstoffheizungen und andere Heizanlagen vorsieht, haben wir in einem separaten Artikel für Sie zusammengefasst: „Heizungsgesetz 2024: Welche Heizungen sind noch erlaubt?“
Grundsätzlich ja – jedoch vorerst nicht im Gebäudesektor. Die Fortschreibung der Nationalen Wasserstoffstrategie von 2023 sieht eine Nutzung für die Heizung frühestens ab 2030 vor (Pilotprojekte ausgenommen). Und selbst dann ist fraglich, ob Wasserstoff zum Heizen genügend Effizienz erreicht. So wird argumentiert:
Daher sollen Wasserstoff für die Heizung allenfalls regional und in Einzelfällen zum Einsatz kommen. Wesentliche Voraussetzung ist jedoch immer, dass es genügend Wasserstoff zu angemessenen Preisen gibt. Grundsätzlich wird die Nutzung von Wasserstoff im Wärmesektor damit noch nicht ausgeschlossen.
Die Nutzung wird weiter erforscht und die rechtlichen Grundlagen angepasst. Zudem sehen die Gesetze vor, dass alle neuen Anlagen (Gaskraftwerke ebenso wie private Brennstoffzellen-Heizungen) auch mit Wasserstoff funktionieren müssen. Doch laut aktuellem Stand ist eine flächendeckende Verfügbarkeit und die Umnutzung der Gasnetze eher unwahrscheinlich.
