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Abwasser als Energiequelle

Energie aus Abwasser: So wird das Klärwerk zum Kraftwerk

| Redakteur: Dominik Stephan

So soll Abwasser zur Energiequelle werden – Klärwerke quasi in ein Kraftwerk umzubauen, ohne dabei die Reinigungsleistung zu verschlechtern – das ist in einem Satz das Ziel des von der EU geförderten Projektes „Powerstep“. Doch kann das Klärwerk der Zukunft wirklich sozusagen im Nebenjob zur Energiewende beitragen?

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Wenig Futter, maximale Power: die Kläranlage des AZV Döbeln-Jahnatal im sächsischen Westewitz
Wenig Futter, maximale Power: die Kläranlage des AZV Döbeln-Jahnatal im sächsischen Westewitz
(Bild: ©_Stockphoto-graf_stock.adobe.com; Veolia; [M] Alban)

Europaweit „verbrauchen“ Abwasserreinigungsanlagen rund 1 % des gesamten Strombedarfs – Kläranlagen belasten kommunale wie industrielle Betreiber durch hohe Betriebskosten. Das muss aber nicht sein: Tatsächlich steckt im Abwasser, genauer in den organischen Anteilen, ein chemisches Energiepotenzial von sagenhaften 87 000 GWh – entsprechend dem Energie-Output von zwölf Kraftwerken.

Energie-positive“ Kläranlagen müssen her: Mit diesem Ziel wurden im Rahmen des Powerstep-Projektes Technologien zur Abwasserreinigung kombiniert (z.B. Biogasproduktion oder Biogasaufbereitung). Das Ziel: Aufzuzeigen, dass durch die Nutzung von Biomasse als erneuerbare Energiequelle auch die Abwasserreinigung als Ganzes optimiert werden kann.

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Eine typische konventionelle Kläranlage besteht aus einer Vorklärung und einer anschließenden biologischen Stufe zur Elimination von Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen. Dabei gewinnt man am Ende des gesamten Reinigungsprozesses nur rund 10 % des Energiepotenzials (18 kWh/EW*a) als elektrische Energie mittels Faulung und anschließender Kraft-Wärme-Nutzung im Blockheizkraftwerk wieder. Diese Energie wird komplett für den Reinigungsprozess selbst etwa für die Belüftung, Rührer, Pumpen oder Heizung verwendet.

So viel Energie steckt im Abwasser

Dabei steckt in den enthaltenen organischen Stoffen so viel chemische Energie, dass sich damit die bisher in der Abwasserbehandlung benötigte Energiemenge kompensieren und sogar noch ein Überschuss erzeugen ließe. Allerdings wird dieses Potenzial nur in geringem Umfang genutzt, arbeiten doch moderne Klärwerke mit dem energieintensiven Belebtschlammverfahren: Abwasserschadstoffe werden unter Sauerstoffzufuhr durch Mikroorganismen zu Kohlendioxid oxidiert und unschädlich gemacht.

Das ist zwar sauber, allerdings geht dabei auch das Energiepotenzial des Abwassers fast komplett verloren. In Europa werden für diesen Prozess jährlich insgesamt rund 1600 GWh Strom aufgewendet. Das ist immerhin die Jahresenergieproduktion von zwei großen Kraftwerken mit 1000 MW Leistung.

Aus umwelttechnischer Sicht sollte für zukünftige Kläranlagenkonzepte das energetische Potenzial des Abwassers genutzt werden, um die Nutzung fossiler Energieträger weiter zu reduzieren. Nichtsdestotrotz muss die Grundaufgabe jeder Kläranlage – die Reinigung der Abwässer – im Vordergrund stehen und darf keineswegs negativ beeinflusst werden.

Energiefressern auf der Spur

Nach dreijähriger Forschungsarbeit und Praxisuntersuchungen unter der Leitung des Kompetenzzentrums Wasser Berlin präsentierte das Projekt „Powerstep“ gemeinsam mit 15 europäischen Partnern aus Forschung und Industrie seine Ergebnisse im Mai 2018. Und erste Erfolge ließen nicht lange auf sich warten:

So wurden auf der Kläranlage im sächsischen Westewitz Bakterien quasi auf Diät gesetzt, indem man im Zulauf der Kläranlage über ein Trommelsieb Schmutzstoffe und damit Kohlenstoff mechanisch herausfiltert. Dadurch kann durch den geringeren Verschmutzungsgrad des Abwassers Energie gespart und gleichzeitig der abgezogene energiereiche Primärschlamm zur Klärgasgewinnung in einen Faulturm geleitet werden.

Die Herausforderung besteht darin, das System so einzustellen, dass die Bakterien trotzdem ihre Arbeit erledigen und das Abwasser den Anforderungen entsprechend reinigen. Über 18 Monate wurde das Filtrationsverfahren für Rohabwasser großtechnisch getestet. Die eingesetzten Trommelsiebe konnten mit geringem Wartungsaufwand stabil betrieben werden und filtern bis zu 80 % der organischen Fracht ab. Nach der Testphase wurde der Betrieb in Westewitz komplett auf dieses Verfahren umgestellt. So erzeugt das Klärwerk mehr Energie, als für den Betrieb benötigt wird.

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