Wasserstoff-Brennstoffzellen sind grundsätzlich dazu geeignet, Stromnetze in Quartier-Energiesystemen zu stabilisieren und auch die Gebäudeheizung zu unterstützen. Mit diesem Ergebnis endete ein im September 2025 abgeschlossenes Forschungsprojekt an der Empa in Dübendorf – Projektpartner waren die Hälg Group, die Osterwalder-Gruppe und die H2 Energy AG.

Quelle: Hälg Group; Red. Bearbeitung: Phase5

Zur Reduzierung von CO₂-Emissionen im Gebäudesektor sind elektrisch betriebene Wärmepumpen zentral. Allerdings verursacht ihr Einsatz an kalten Tagen mit hohem Wärmebedarf Spitzenlasten im Stromnetz. Dies erfordert nicht nur eine Erweiterung der Stromerzeugungskapazitäten, sondern auch einen Ausbau der Verteilungsnetze.

Eine vielversprechende alternative Lösung für diese Herausforderung liegt im Einsatz von lokal gespeichertem Wasserstoff als leistungsfähigem Energiespeicher und der Nutzung von Brennstoffzellen für gebäude-technische Anlagen.

Der von den Brennstoffzellen produzierte Strom kann vor Ort zum Betrieb der Wärmepumpe genutzt werden, während die entstehende Abwärme die Gebäudeheizung unterstützt. Möglich ist auch das direkte Laden elektrischer Fahrzeuge zur weiteren Entlastung des Stromnetzes. Besonders um-weltfreundlich ist die Nutzung von Wasserstoff, der dank Produktionsüberschüssen von zum Beispiel Solar-anlagen oder Wasserkraftwerken hergestellt wird.

Praxisbetrieb erforscht

In Zusammenarbeit mit der Empa, der Osterwalder-Gruppe und der H2 Energy AG untersuchte die Hälg Group den Einsatz von stationären H₂-Brennstoffzellen zur Vermeidung von Spitzenlasten in Quartier-Energiesystemen. Zwischen Oktober 2023 und September 2025 wurde ein Simulationsmodell für Auslegung und Betrieb einer solchen Spitzenlastversorgung erstellt.

Eine Testanlage wurde auf dem Empa-Campus in Dübendorf errichtet und damit in einer realen Anwendung die Parameter für Betrieb und CO₂-Einsparungspotenzial validiert. Als Teil des SWEET PATHFHNDR-Konsortiums wurde das Forschungsprojekt von Bundesamt für Energie (BFE) unterstützt.

Fazit

Die Ergebnisse: Die Wirkungsgrade der Anlage im Einsatz erreichten bis zu 48% elektrisch und bis zu 50% thermisch. Die angepeilte Glättung der Lastspitzen, angewendet auf das gesamte Empa-Campus-Areal, verbesserte die Gesamtkosten der Spitzenlast um mehr als 10%. Die Forschenden schätzten Sensitivitätswerte hinsichtlich Spitzenlastgebühren und Energiejahresbedarf, um Aussagen zur Wirtschaftlichkeit eines solchen Systems zu machen.

Einsatzbar sind H₂-Brennstoffzellen innerhalb eines Quartierenergiesystems in Quartieren oder Arealen, in denen Luft-Wasser-Wärmepumpen die Wärmeversorgung dominieren oder für Gebäude und Branchen mit regelmässig hohem Spitzenlastbedarf (z.B. Schulen, Sporthallen, Schwimmbäder, Hotels, Logistikzentren).