Verwarmen met een brandstofcel op waterstof | Ecobouwers.be

U bent hier

Verwarmen met een brandstofcel op waterstof

Een micro-WKK (warmte-krachtkoppeling) en een brandstofcel zijn toestellen die zowel warmte als elektriciteit opwekken. Een brandstofcel werkt bijna altijd op aardgas, terwijl de motor van een warmte-krachtkoppeling draait op stookolie, aardgas, biogas of biomassa (hout of pellets). Alleen wanneer de installatie werkt op biogas of biomassa is de micro-WKK een verwarmingstechniek op hernieuwbare energie.

Wanneer wel?

  • Bij een grote jaarlijkse warmtevraag en een hoog elektriciteitsverbruik
     
  • In slecht of matig geïsoleerde huizen (zonder mogelijkheid meer isolatie te plaatsen

Wanneer niet?

  • Als er nog mogelijkheden om energie te besparen onbenut zijn gebleven
     
  • Als een andere hernieuwbare techniek ook kan

De warmte-krachtkoppeling en de brandstofcel zijn toestellen die - elk op hun manier - zowel warmte als elektriciteit opwekken, met behulp van één brandstof. Dat maakt hen zeer efficiënt, maar niet per se duurzaam. Om die checkbox af te vinken moeten ze functioneren op hernieuwbare energie, niet op fossiele brandstoffen zoals aardgas.

Verwarmen met een micro-WKK of brandstofcel?

Micro-WKK’s en brandstofcellen zie je in België niet vaak in particuliere woningen. Logisch: ze zijn pas rendabel als je woning veel warmte vraagt. Daarom zet men ze vooral in bij gebouwen met een grote warmtevraag. Zoals in een huis met een verwarmd zwembad of als de woning ook een bedrijfsfunctie heeft. Soms wordt het systeem toegepast als collectieve verwarming in appartementsblokken of bij cohousingprojecten. Maar particuliere woningen zijn bijna altijd beter af met een ander type verwarming, eventueel in combinatie met extra isolatie.

Toch wint de techniek mondjesmaat terrein op de Belgische markt. Een groot aantal woningen blijkt nu eenmaal moeilijk te renoveren en blijft daardoor met een grote energievraag zitten. Het grote voordeel van een micro-WKK en een brandstofcel is dat ze naast warmte ook gelijktijdig ‘gratis’ stroom opwekken. Hierdoor spaar je wel wat euro’s uit op je stroomfactuur. Bovendien laten een micro-WKK en een brandstofcel zich gemakkelijk installeren.

In goed geïsoleerde woningen zijn micro-WKK’s doorgaans niet interessant. Doordat je huis beter geïsoleerd is, begin je pas later met stoken en stop je vroeger. Het toestel staat dan amper aan en wekt dan ook geen elektriciteit op (die wordt enkel geproduceerd als bijproduct van de verwarming). Gevolg: je moet je stroom toch gewoon afnemen van het net. Daarom investeer je beter in een warmtepomp en zonnepanelen. In goed geïsoleerde woningen ligt de opbrengst daarvan hoger.

Micro-WKK’s en brandstofcellen hebben wel een paar nadelen. Zo werken ze bijna altijd op fossiele brandstoffen (stookolie of aardgas). Alleen als de installatie draait op biogas of biomassa is het een verwarmingstechniek op hernieuwbare energie. Daarnaast zijn ze enkel rendabel bij een hoge energievraag, en is de investering niet van de poes.

Hoe werkt een warmte-krachtkoppeling (micro-WKK)?

Een micro-WKK werkt net zoals een conventionele cv-ketel. Op het moment dat je woning warmte vraagt, slaat de ketel aan. Naast warmte wordt dan gelijktijdig elektriciteit geproduceerd.

Het hart van een micro-WKK is een hetelucht- of stirlingverbrandingsmotor. Deze wordt in beweging gezet door de verbranding van aardgas, propaan, biogas of biomassa en drijft zo een wisselstroomgenerator aan. De generator wekt elektriciteit op. 

Bij dat proces komt warmte vrij. Daarom wordt de wisselstroomgenerator gekoeld met een koelvloeistof. Die vloeistof geeft de warmte op haar beurt af aan een warmtewisselaar. De warmtewisselaar draagt de warmte over op het sanitair water en het cv-water. Dat water stroomt dan weer door je radiatoren en warmt je huis op.

Een micro-WKK levert voornamelijk warmte. Elektriciteit is een bijproduct. Om een idee te geven van de verhouding: een micro-WKK met stirlingmotor produceert 85 procent warmte en 15 procent elektriciteit. In de zomer, wanneer je enkel elektriciteit nodig hebt en geen warmte, heb je daarom weinig aan je micro-WKK. Enkel als je warm water voor keuken en badkamer moet aanmaken, slaat de micro-WKK aan. De elektriciteitsopbrengst is dan ook erg beperkt. Best leg je bijkomend zonnepanelen op je dak. 

Bovendien levert de micro-WKK maar een beperkte hoeveelheid elektriciteit, zelfs wanneer je warmtevraag het hoogst ligt (bijvoorbeeld als het vriest). Ondersteuning van het elektriciteitsnet blijft nodig om je van voldoende stroom te voorzien. Off-grid gaan met een micro-WKK is dus niet aan de orde.

Voordelen van een micro-WKK

  • efficiënt dankzij combinatie warmte- en elektriciteitsopwekking
  • geen breekwerken, past op bestaande radiatoren
  • geschikt in huizen die niet of matig geïsoleerd kunnen worden

Hoe werkt een brandstofcel?

Gelijktijdig stroom en warmte opwekken kan ook zonder verbranding, via een brandstofcel. Een brandstofcel zet aardgas om in waterstof en CO2. Daarna reageert zuurstof met de waterstof waardoor stroom en warmte ontstaan. De warmte gebruik je om je huis te verwarmen en om warm water te produceren. De elektriciteit dient o.a. voor de lampen en elektronische apparaten. Dit apparaat wordt bijna altijd aangedreven met aardgas en is dus geen hernieuwbare techniek.

Waar een micro-WKK voornamelijk warmte opwekt en elektriciteit een bijproduct is, liggen de verhoudingen bij een brandstofcel heel anders. Een brandstofcel kan vaker en constanter stroom blijven produceren. De verhouding elektriciteit-warmte ligt op 60-40 procent, en bij sommige systemen zelfs hoger. In vergelijking met een warmte-krachtkoppeling met een verbrandingsmotor heeft een brandstofcel dus een hoger elektrisch rendement. Het thermisch vermogen - ofwel het opwekken van warmte - is dan weer lager. Daarom maakt een geïntegreerde gascondensatieketel bijna altijd deel uit van het systeem, zodat je ook altijd voldoende warmte hebt.

Een brandstofcel is daarom interessant voor mensen met een hoge elektriciteitsvraag, maar die niet de kans hebben om zonnepanelen op hun dak te leggen. Een ander voordeel is dat brandstofcellen dag en nacht stroom kunnen voorzien en ze dus kunnen meehelpen om het stroomnet in balans te houden. Door die kwaliteiten worden brandstofcellen steeds populairder.

Voordelen van een brandstofcel

  • produceert meer elektriciteit t.o.v. een micro-WKK
  • geschikt voor woningen waar zonnepanelen geen optie zijn
  • geen breekwerken, past op bestaande radiatoren

Comfortabel?

Een warmte-krachtkoppeling of brandstofcel is net zo comfortabel als elk ander centraal verwarmingstoestel. Doorgaans wordt een micro-WKK of brandstofcel gewoon aangesloten op bestaande radiatoren. Je hoeft dus ook geen zware breekwerken uit te voeren.

De toestellen zijn wel omvangrijk, wat vraagt om genoeg plaats in de stookruimte. Werkt je micro-WKK op pellets, dan zal je ook extra plaats moeten voorzien om de pellets te stockeren. De meeste warmte-krachtkoppelingen en brandstofcellen werken echter op aardgas. Dan moet je je aansluiting gasnet behouden.

Wat is het rendement van een micro-WKK?

Een warmte-krachtkoppeling vervangt je gas- of stookolieverwarming en produceert elektriciteit. Hierdoor benut je aardgas veel efficiënter dan de modernste gascondensatieketel. De winst zit in de extra stroom die je produceert, maar het opwekken van warmte zelf gebeurt niet efficiënter. Integendeel: je gasverbruik zal licht stijgen.

Een micro-WKK is bovendien enkel interessant als hij voldoende uren per jaar kan draaien. Pas dan wek je voldoende eigen stroom op om je elektriciteitsfactuur significant te laten dalen. 

Bij een brandstofcel ligt het elektrisch rendement hoger. Ze wekt dus meer stroom op met minder draaiuren. Maar voor beide technologieën geldt: hoe meer het toestel aan staat, hoe korter de terugverdientijd. 

Daar wringt het schoentje. Duurzaam verwarmen is in de eerste plaats: goed isoleren en luchtdicht bouwen. Zo staat je verwarmingssysteem zo weinig mogelijk aan. Een micro-WKK wordt pas een interessante investering als ze veel uren draait. Daarom is een micro-WKK - en in mindere mate een brandstofcel - enkel aan te raden voor woningen met een hoge en continue energievraag.

Hoe duurzaam is een warmte-krachtkoppeling?

Hoe duurzaam een micro-WKK of brandstofcel is hangt af van de brandstof waarmee ze gevoed wordt. In de meeste gevallen is dat aardgas of propaan. Een warmte-krachtkoppeling kan ook werken op (bio)gas of biomassa (zoals hout of pellets). Biogas en biomassa stoten ook CO2 uit, maar die kan in principe weer opgenomen worden door nieuwe bossen (de CO2-uitstoot van het transport en verwerking buiten beschouwing gelaten). Dit proces verloopt natuurlijk heel traag. Tijd die we nu eigenlijk niet meer hebben, als we klimaatneutraal willen zijn tegen 2050. Bovendien komt er bij de verbranding van hout of pellets ook fijn stof vrij, wat nefast is voor de luchtkwaliteit. Waterstof als brandstof is ook mogelijk, maar wordt momenteel nog niet aangeboden op de markt.

Een brandstofcel is doorgaans minder milieubelastend dan een warmte-krachtkoppeling. Een brandstofcel produceert warmte en stroom via een elektrochemisch proces. Hierdoor is er geen verbranding en komen er minder vervuilende stoffen vrij. Helaas is een brandstofcel doorgaans niet krachtig genoeg om je hele huis te verwarmen. De geïntegreerde gascondensatieketel zorgt voor bijkomende verwarming. Hierbij is er wel sprake van verbranding.

Wel is het zo dat een micro-WKK of een brandstofcel een stuk duurzamer zijn dan traditionele verwarmingssysteem op gas of stookolie: de C02-uitstoot ligt 20 tot 40 procent lager. Een warmtepomp is duurzamer, maar is veeleisender bij plaatsing: de woning moet goed geïsoleerd zijn en de warmteverdeling moet op zeer lage temperatuur kunnen gebeuren.

Richtprijs, premies en terugverdientijd van een warmte-krachtkoppeling

Prijsvork: tussen 15.000 en 25.000 euro (inclusief plaatsing)

Een brandstofcel of micro-WKK is een hele investering. De prijs van het toestel - zonder plaatsing - schommelt rond de 15.000 euro voor een instapmodel. Een volledige geplaatste installatie kost al gauw 25.000 euro of meer. De prijs van een warmtepomp met diepteboring is vergelijkbaar. Bovendien liggen de onderhoudskosten niet lager dan bij een klassieke gascondensatieketel. De investering moet je terugverdienen door een lagere elektriciteitsfactuur

Dat kan pas als aan twee voorwaarden wordt voldaan. Enerzijds moet je een hoge warmtevraag hebben, zodat het toestel voldoende draaiuren heeft voor een mooie stroomopbrengst. Anderzijds moet stroom een stuk duurder zijn dan gas, opdat je ook echt winst wil maken. Bij een hoge gasprijs en lage stroomprijs verdien je de investering nooit tijdig terug. Reken er op dat een micro-WKK of brandstofcel ongeveer 20 jaar meegaat. 

Momenteel is het investeringsklimaat gunstig in België: we hebben een lage gasprijs en in vergelijking een hoge stroomprijs. Het prijsverschil is in zijn geheel te verklaren door hogere nettarieven en taksen op stroom. 

Maar in de toekomst kan - en zou - dit beter veranderen. Wat gunstig is voor de betaalbaarheid van micro-WKK’s of brandstofcellen is dat niet voor warmtepompen. Investeren in een warmtepomp wordt juist interessanter als de gasprijs hoog is en de elektriciteitsprijs laag. Heel wat organisaties - waaronder Bond Beter Leefmilieu - pleiten daarom voor een herziening van de stroomprijs

Sanitair warm water

Een micro-WKK en brandstofcel produceert genoeg warmte om ook in je sanitair warm waterbehoefte te voorzien. In de zomer, wanneer de woning niet verwarmd moet worden, staat de warmte-krachtkoppeling nog steeds in voor de productie van SWW. Ook dan wordt er, hoewel minder, elektriciteit geproduceerd. Je zal in de zomer dus vaker een beroep moeten doen op het reguliere elektriciteitsnet.

Is een micro-WKK of een brandstofcel iets voor mij?

Een micro-WKK of brandstofcel neemt heel wat plaats in in de stookruimte, en is dus niet voor elke woning geschikt. Reken op het volume van een Amerikaanse koelkast. Heb je die ruimte vrij, dan is zo’n toestel wel vrij makkelijk te installeren. Je kunt de bestaande verwarmingsketel eenvoudig vervangen en het warmteafgiftesysteem (bv. radiatoren) hoeft niet aangepast te worden. In tegenstelling tot een warmtepomp gaat een micro-WKK of een brandstofcel goed samen met radiatoren. Bijkomend voordeel: het is ook een stille techniek. 

Een warmte-krachtkoppeling of brandstofcel in nieuwbouw

Als je weet dat de minimale warmtevraag voor een micro-WKK vrij hoog moet liggen, dan is het logisch dat zo’n toestel momenteel weinig nut heeft in een hedendaagse goed geïsoleerde en luchtdichte nieuwbouwwoning. Tenzij die woning bijzonder groot zou zijn (bv. een cohousing), of je beschikt over een verwarmd zwembad, is een micro-WKK of brandstofcel zelden de ideale optie

Een warmte-krachtkoppeling of brandstofcel bij renovatiewerken

Ook in een goed geïsoleerde en gerenoveerde woning is een micro-WKK weinig interessant. Bij grondige renovatiewerken van een individuele woning komt het bijna altijd voordeliger uit om het budget te spenderen aan extra isolatie dan aan een warmte-krachtkoppeling.

Zeker als er een warmteafgiftesysteem op lage temperatuur voorzien kan worden, zoals vloer- of wandverwarming, is een micro-WKK al lang niet meer de meest rendabele optie. Beter kan er gekeken worden naar een warmtepomp, of een aansluiting op een warmtenet (op voorwaarde dat je gemeente plannen heeft om een warmtenet aan te leggen).

Is het niet mogelijk om extra isolatie te plaatsen of een warmteafgiftesysteem op lage temperatuur te voorzien, dan kan een micro-WKK of brandstofcel eventueel wel soelaas bieden. Een brandstofcel is daarbij vaak interessanter dan een micro-WWK, omdat de verhouding elektriciteit-warmte gunstiger is, zeker bij beter geïsoleerde woningen.

Een warmte-krachtkoppeling bij grotere projecten

Bij grotere projecten, zoals renovatie van appartementsblokken of kantoorgebouwen, kan een warmte-krachtkoppeling wel interessant zijn. Voor dergelijke gebouwen gebeurt de keuze voor het meest geschikte verwarmingssysteem echter altijd in overleg met de architect en na gedegen studiewerk.

Checklist:

  • Heb je een hoge jaarlijkse warmtevraag?
     
  • Is je woning matig tot slecht geïsoleerd, zonder mogelijkheid om beter te isoleren?
     
  • Is een warmtepomp geen optie?
     
  • Kan je de warmte-krachtkoppeling op biogas of biomassa laten draaien?

Als je op alle vragen ‘ja’ antwoordde is een warmte-krachtkoppeling mogelijk een goede optie. Twijfel je nog? Neem dan zeker contact op met je provinciale steunpunt duurzaam bouwen en wonen en voor een warmteplan op maat. Zij bieden onafhankelijk, professioneel advies; gratis of voor een bescheiden vergoeding.

Dit artikel kadert binnen het project C-bouwers, en werd gerealiseerd met de steun van de provincie Vlaams-Brabant en de Koning Boudewijstichting.

   

Bosch brandstofcel | Verwarmen met een brandstofcel op waterstof
© Bosch | Brandstofcel
warmtekrachtkoppeling | micro-WKK
© TEDOM a.s. | Micro-WKK