Wasserstoff-Brennstoffzellen entlasten Stromnetze in Quartier-Energiesystemen
Text: pd/ako
Die Hälg Group untersuchte gemeinsam mit der Empa, der Osterwalder Gruppe und der H2 Energy AG den Nutzen von Brennstoffzellen in Gebäudetechniksystemen.
Das im September 2025 abgeschlossene Forschungsprojekt fokussierte insbesondere auf die Integration von Wasserstoff sowie auf dessen Beitrag zur CO2-Reduktion.
Elektrisch betriebene Wärmepumpen gelten als zentral für die Reduzierung von CO2-Emissionen im Gebäudesektor. Allerdings führen sie an kalten Tagen mit hohem Wärmebedarf zu erheblichen Spitzenlasten im Stromnetz.
Auch die zunehmende Verbreitung batterieelektrischer Fahrzeuge belastet die Netze zusätzlich. Diese Entwicklung erfordert nicht nur den Ausbau der Stromproduktion, sondern auch der Verteilnetze.
Eine alternative Lösung besteht im Einsatz von lokal gespeichertem Wasserstoff als Energiespeicher sowie in der Nutzung von Brennstoffzellen.
Der erzeugte Strom kann direkt vor Ort für den Betrieb von Wärmepumpen genutzt werden, während die entstehende Abwärme die Gebäudeheizung unterstützt.
Zudem ist das direkte Laden von Elektrofahrzeugen möglich, was die Netze weiter entlastet. Besonders umweltfreundlich ist Wasserstoff, der aus Produktionsüberschüssen von Solar- oder Wasserkraftanlagen gewonnen wird.
Praxisversuch und Simulation liefern belastbare Daten
Zwischen Oktober 2023 und September 2025 wurden die betrieblichen Grundlagen sowie ein Simulationsmodell zur Auslegung und zum Betrieb solcher Systeme entwickelt.
Auf dem Empa-Campus in Dübendorf wurde eine Testanlage errichtet, um die gewonnenen Erkenntnisse unter realen Bedingungen zu validieren und das CO2-Einsparpotenzial zu untersuchen.
Das Projekt war Teil des Sweet Pathfndr Konsortiums und wurde vom Bundesamt für Energie unterstützt.
Hohe Wirkungsgrade und wirtschaftliche Vorteile
Die Ergebnisse zeigen hohe Effizienzwerte: Die Anlage erreichte Wirkungsgrade von bis zu 48 Prozent elektrisch und bis zu 50 Prozent thermisch, was einem Gesamtwirkungsgrad von über 90 Prozent entspricht.
Die angestrebte Glättung von Lastspitzen führte, bezogen auf das gesamte Empa-Areal, zu einer Verbesserung der Spitzenlastkosten um mehr als 10 Prozent. Zudem konnten Sensitivitätsanalysen zur Wirtschaftlichkeit in Bezug auf Energiebedarf und Leistungsgebühren erstellt werden.
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Breite Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Sektoren
Potenzielle Einsatzgebiete sind Quartiere oder Stadtgebiete mit dominierenden Luft-Wasser-Wärmepumpen sowie Bereiche mit regelmässig hohen Lastspitzen. Dazu zählen Schulen, Sporthallen, Schwimmbäder, Hotels oder Logistikzentren.
Neben der möglichen Verzögerung oder Vermeidung von Netzausbauprojekten hängt der wirtschaftliche Nutzen solcher Systeme von zukünftigen Stromtarifen, Leistungsgebühren und CO2-Preisen ab.
Project Lead Kevin Wister wird mit folgender Einschätzung zitiert: «Die Ergebnisse zeigen klar: Wasserstoff-Brennstoffzellen sind eine systemisch sinnvolle Ergänzung für Quartier- und Gebäudeenergiesysteme.»
«Sie können Stromnetze entlasten, elektrifizierte Wärmelösungen stabilisieren und unterstützen zugleich den wachsenden Bestand an Wärmepumpen und batterieelektrischen Fahrzeugen.»
«Bei Einsatz von grünem Wasserstoff leisten sie zudem einen messbaren Beitrag zur CO2-Reduktion und werden damit zu einem wichtigen Baustein für ein resilientes Energiesystem.»
Über die Empa
Die Empa ist ein interdisziplinäres Forschungsinstitut des ETH-Bereichs und betreibt anwendungsorientierte Forschung in den Bereichen Energie, Mobilität, Bautechnologien, Umwelt, Gesundheit sowie smarte Materialien.
In Zusammenarbeit mit Partnern entwickelt sie marktfähige Innovationen und stärkt die Wettbewerbsfähigkeit der Schweizer Wirtschaft.
Über die Osterwalder Gruppe
Die Osterwalder Gruppe ist ein in der Ostschweiz ansässiges Familienunternehmen in sechster Generation.
Sie ist in den Bereichen Mineralölhandel, Wasserstoff, Waschstrassen, Schmiermittel, Kanalreinigung, Gebäudetechnik und Immobilien tätig und verfolgt eine nachhaltige Unternehmensentwicklung.
Über die H2 Energy AG
Die H2 Energy AG wurde 2014 gegründet und verfolgt das Ziel der Dekarbonisierung.
Das Unternehmen entwickelt umfassende Wasserstoff-Ökosysteme, die von erneuerbarer Stromproduktion über Wasserstofferzeugung, Speicherung und Logistik bis hin zu Anwendungen in Verkehr, Industrie und Gebäuden reichen.
Nur durch das Zusammenspiel aller Komponenten lassen sich wirtschaftlich tragfähige und technisch zuverlässige Lösungen realisieren.
