Meldungen zu Energie- und E-Technik 2013

Einige schaffen es sicher: Der Weg zur energieautarken Kläranlage

Interview: Prof. Hartmut Eckstädt über den Weg zur energieautarken Kläranlage

❯❯❯ Herr Professor Eckstädt, Kläranlagen zählen zu den größten kommunalen Energieverbrauchern. Daher wird seit einiger Zeit über energieautarke Kläranlagen diskutiert und die Betriebsoptimierung forciert. Welches Potenzial steckt tatsächlich in Abwasserreinigungsanlagen?
Das größte Potenzial für Energieeinsparungen gibt es in der Planungsphase von Anlagen. Aber auch in bestehenden Anlagen werden die Möglichkeiten bei Weitem noch nicht ausgeschöpft. Schätzungen besagen, dass in deutschen Kläranlagen lediglich ein Fünftel der Energie selbst erzeugt wird.

❯❯❯ Welche Möglichkeiten sehen Sie, um diesen Anteil deutlich zu steigern?
Nutzt man etwa die Faulgasenergie in einer Kraft-Wärme-Kopplung, erhöht dies den Wirkungsgrad gegenüber einer rein thermischen Verwertung. Es gibt Anlagen, die auf diese Weise bereits Energieautarkie erreicht haben, allerdings werden dort nicht nur die Schlämme aus der Kläranlage zur Faulung gebracht.
Es gibt aber auch viele andere Wege wie die Nutzung von Wasserkraft in Kläranlagen, Abwasserwärme, Geothermie oder Windkraft. Man kann auch vorhandene Flächen in der Kläranlage für Photovoltaik nutzen. Natürlich spielen im Hinblick auf eine möglichst hohe Eigenversorgung aber auch wirtschaftliche Aspekte eine Rolle.

❯❯❯ Ist Energiesparen erst ab einer gewissen Anlagengröße sinnvoll?
Grundsätzlich hat jeder Betreiber die Aufgabe, Potenziale für Energieeinsparungen zu erkennen und zu nutzen. Untersuchungen der Universität Rostock zeigen, dass insbesondere auch in ländlichen Regionen bei kleinen und mittleren Kläranlagen durch schrittweise Anpassung an den aktuellen Bedarf nennenswerte Einsparungen möglich sind. In großen Anlagen sind diese Potenziale prinzipiell größer, wenngleich diese in der Regel zielgenauer geplant und bedarfsgerechter gefahren werden. Kleinere Kläranlagen müssen robuster ausgestattet werden, um gegen Störungen besser gewappnet zu sein.

❯❯❯ Wo wird in Kläranlagen die meiste Energie verbraucht?
Der Energieverbrauch wird in erster Linie durch die in der Praxis auftretende Belastung bestimmt, hängt aber auch vom Reinigungsverfahren, den topografischen Gegebenheiten und nicht zuletzt von den Reinigungsanforderungen ab. Im Allgemeinen sind die Belüftungssysteme die größten Energieverbraucher. Man rechnet mit bis zu 50 Prozent des Gesamtverbrauchs bei Anlagen mit Schlammfaulung; bei aerober Schlammstabilisierung sind Werte bis zu 80 Prozent möglich.

Die weiteren Plätze beim Energieverbrauch belegen kontinuierlich betriebene Pumpen und Rührwerke. Teilweise Überdimensionierung von Anlagen, unterschiedliche Regelungs- und Schaltkonzepte sowie Wirkungsgrade unterhalb der Optima bewirken, dass mehr Energie verbraucht wird, als theoretisch erforderlich ist. Besonders deutlich wird die Notwendigkeit von Energiesparmaßnahmen dort, wo weitergehende, oft energieintensive Reinigungsverfahren wie Membranbelebungsverfahren, Ozonisierung oder KV-Behandlung eingesetzt werden.

❯❯❯ Welche Betriebsprozesse sollte man bezüglich Energieeinsparung besonders genau unter die Lupe nehmen?
Schon Grobanalysen mit Ist-Werten und Vergleichsdaten können erste Aufschlüsse liefern. Zweckmäßig für Feinanalysen sind Zulaufpumpwerk und mechanische Vorreinigung, mechanisch-biologische Abwasserreinigung, Eindickung, Stabilisierung und Entwässerung des Schlamms.

❯❯❯ Welche Maßnahmen halten Sie für besonders geeignet, um den Energieverbrauch zu senken und die Anteile der Eigenerzeugung zu steigern?
Ohne Anspruch auf Vollständigkeit und differenzierte Wertung würde ich nennen: Planung beim Neubau, Maßnahmen im Belüftungssystem und bei den Rührwerken sowie bei der Regelung der Rücklaufschlammströme, Schlammbehandlung, Energieverbrauchsmanagement zur Vermeidung von Spitzenbelastungen, Steuerungsveränderungen bei ständig laufenden Aggregaten, Austausch von Aggregaten (zum Beispiel Pumpen) mit ungünstigem Wirkungsgrad, Nutzung der Abwasserwärme und Bau von Gasspeichern zur Entkopplung von Klärgasanfall und -verbrauch.

❯❯❯ Was kann konkret bei der Schlammbehandlung getan werden?
Ziel muss die Optimierung durch das Steigern der Gasproduktion sein. Eine Möglichkeit dazu ist die Klärschlammdesintegration, zum Beispiel durch Ultraschallverfahren. Durch Schlammeindickung lässt sich die Verweilzeit im Faulturm vergrößern und der Energieeinsatz beim Aufwärmen verringern. Dabei ist jedoch die Rückbelastung des Abwassers im Hauptprozess zu beachten. Auch die Co-Fermentation mit geeigneten Substraten ist eine Variante.

❯❯❯ Wie wird die Entwicklung in punkto Energieautarkie weitergehen?
Nicht jede Kläranlage wird Energieautarkie erreichen können, aber dazu fällt mir ein Spruch eines meiner Lehrer ein: „Man muss Unmögliches fordern, damit Mögliches geleistet wird!“ Manche Kläranlage wird in Zukunft sicher sogar überschüssige Energie ins Netz einspeisen können. Höhere Energiepreise, bessere technische Möglichkeiten, Fortschritte der Wissenschaft und die Kreativität aller beruflich mit dem Abwasser Befassten werden dies für einige Kläranlagen möglich machen.
Planer, Betreiber und Mitarbeiter von Verwaltungen tragen dabei eine große Verantwortung. Für ihre Aus- und Weiterbildung ist daher Sorge zu tragen, denn ihre Motivation entscheidet über den Erfolg der Bemühungen. Bei all diesen Überlegungen und Maßnahmen darf das Hauptziel der Abwasserreinigung – nämlich der Schutz der Gewässer – nicht außer Acht gelassen werden. Wenn dabei gleichzeitig weniger Energie verbraucht wird, ist der Umwelt doppelt geholfen.

Quelle: http://www.vta.cc/de/laubfrosch_archiv.html?newsid=159

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Molkereiabwasser elektrochemisch reinigen – und dabei Strom erzeugen

Fraunhofer IGB
Ein modulares System, um Molkereiabwasser elektrochemisch zu reinigen, entwickelt das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie in einem von der EU geförderten Projekt. Mit einer integrierten Brennstoffzelle soll der bei der elektrochemischen Behandlung entstehende Wasserstoff für die Stromversorgung des Systems genutzt werden.

Die Abwässer bei der Herstellung von Milchprodukten wie Käse, Quark und Joghurt enthalten typischerweise organische Verunreinigungen wie Milchzucker, Proteine und Milchfette, dazu Tenside und Desinfektionsmittel aus der Reinigung der Produktionsanlagen. Bei der Käseherstellung entsteht zudem Molke, eine wässrige Lösung, die neben Milchproteinen vor allem Milchzucker enthält. Aufgrund des hohen chemischen und biologischen Sauerstoffbedarfs bereiten große Molkereibetriebe ihr Abwasser mit biologischen Klärstufen auf. Vor allem kleine und mittelständische Betriebe können die Investitionen in derartige großtechnische Lösungen nicht leisten.

In dem von der EU geförderten Projekt REWAGEN entwickelt ein europäisches Projektkonsortium aus Forschung und Wirtschaft unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart nun ein mehrstufiges Verfahren zur effizienten elektrochemischen Behandlung von Molkereiabwasser und Molke. Durch eine modulare Bauweise soll das System flexibel auf die Abwassermengen auch kleinerer Molkereien angepasst werden können. »Die einzelnen Verfahrensschritte werden dabei zu einem geschlossenen Prozess kombiniert und integriert. Ziel ist es, dass jeder Prozessschritt einen Stoffstrom liefert, der weiter aufgearbeitet oder ins System zurückgeführt werden kann«, erläutert Alexander Karos, Projektleiter am Fraunhofer IGB. Das gereinigte Wasser kann direkt wiedergenutzt werden, beispielsweise für die Reinigung der Anlagen.
Der bei der elektrochemischen Behandlung des Wassers als Nebenprodukt entstehende Wasserstoff soll ebenfalls genutzt werden. »Den Wasserstoff wollen wir zurückführen und reinigen, so dass wir ihn mittels einer Brennstoffzelle zur Energieversorgung des Systems nutzen können«, verdeutlicht Karos den neuartigen Ansatz.

»Für die Reinigung des Abwassers setzen wir auf elektrochemische Verfahren, weil wir so auf die Zudosierung von Chemikalien und die damit verbundene Aufsalzung des Wassers verzichten können«, führt Karos aus. Hierzu wollen die Forscher vier verschiedene elektrochemische Verfahren kombinieren. In einem ersten Schritt sollen Öle und Fette mit dem Verfahren der gepulsten Elektrokoaleszenz abgetrennt werden: Fein dispergierte Öltröpfchen bewegen sich im elektrischen Wechselfeld aufgrund ihrer Oberflächenladung und fließen zu größeren Öltropfen zusammen, die mechanisch abgetrennt werden können. Partikuläre Verunreinigungen werden in einem nachfolgenden Schritt mittels Elektroflockung abgetrennt. »Hier setzen wir Eisenelektroden ein. Sie geben Eisenionen ins Wasser ab, die zu Eisenhydroxidflocken reagieren. Mit diesen Flocken adsorbieren und fällen wir organische Feststoffe«, konkretisiert Karos. In einer dritten elektrochemischen Zelle werden mittels elektrooxidativer Prozesse, beispielsweise über eine Diamantelektrode, gelöste organische Bestandteile abgebaut. Und schließlich werden in einer vierten Stufe mit kapazitiver Deionisation auch gelöste Salze entfernt, indem sie an einer entsprechend geladenen Elektrode aufkonzentriert und abgeschieden werden.

Das Projekt REWAGEN »Electrochemical WAter treatment system in the dairy industry with hydroGEN REcovery and electricity production« wird seit Juni 2012 für vier Jahre im 7. Forschungsrahmenprogramm unter dem Förderkennzeichen 283018 gefördert. Forschungspartner neben dem Fraunhofer IGB ist Leitat (Spanien). Beteiligte KMU sind HyGear (Niederlande), Aqon (Deutschland), Idropan Dell Orto Depuratori (Italien), Productes El Canadell (Spanien), C-Tech Innovation (Großbritannien), ISA – Intelligent Sensing Anywhere (Portugal), Eilenburger Elektrolyse- und Umwelttechnik (Deutschland) und Knowledge Innovation Market (Spanien).

Weitere Informationen:
www.rewagen.eu

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Die energieautarke Kläranlage

Einleitung
Kläranlagen haben die Aufgabe, Abwasser nach den gesetzlichen Anforderungen zu reinigen. Dieses Ziel muss im Betrieb immer oberste Priorität haben, immerhin wurden Millionen von Euro investiert, um unsere Gewässer sauber zu halten. Angesichts der derzeit geführten intensiven Diskussionen über Maßnahmen zur Energieeinsparung kann man teilweise den Eindruck gewinnen, dass dieser Grundsatz etwas in den Hintergrund getreten ist. Doch die Abwasserreinigung funktioniert nicht ohne permanente Zufuhr von Energie, in welcher Form auch immer. Um einen störungsfreien Betrieb der Abwasseranlagen zu sichern, wird wohl eine ständige Anbindung an öffentliche Versorgungsnetze fast immer notwendig sein. Unter dieser Prämisse ist eine energieautarke Kläranlage eher „Wunschtraum“. Es ist aber möglich, eine Kläranlage unter bestimmten Voraussetzungen so zu betreiben, dass sie „unterm Strich“ (über ein ganzes Jahr bilanziert) mit dem aus dem anfallenden Faulgas erzeugten elektrischen Strom betrieben werden kann, also energieautark arbeitet. Allerdings ist vor allem in Schwachlastzeiten Zusatzenergie notwendig, während in Hochlastzeiten…mehr:

Folge 3/2013 (http://www.kan.at/Kontext/WebService/SecureFileAccess.aspx?fileguid={bc36124d-d33c-4dfe-8b22-695fd5546871})

Autor
Ing. Stefan Keil
RV Wolfgangsee – Ischl
Rettenbach 258,
4820 Bad Ischl,
Österreich
Tel. +43 (0)61 32/2 61 49-0
E-Mail: keil@reinhalteverband.at

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Energieanalyse auf der ARA Au St. Gallen

Situation
Die Abwasserbetriebe sind ein Teil der Entsorgung St Gallen, die die fachgerechte Entsorgung der festen und flüssigen Abfälle in der Region sicherstellen. Sie sind für zwei Kläranlagen (mit zusammen rund 140 000 EW) sowie für den Kanalunterhalt mit diversen Pumpwerken, Regenbecken und rund 300 km Kanalnetz verantwortlich. Sicherlich war Energie schon früher ein Thema. So entstand 1914 das erste mit Abwasser betriebene Kraftwerk, das bis heute noch läuft. Bei Sanierungsmaßnahmen auf den Kläranlagen wurde darauf geachtet, energiesparende Belüftungseinrichtungen oder sparsamere Verfahren zu wählen. Mit den Ergebnissen der unter Abschnitt 2 beschriebenen Masterarbeit steht uns nun ein Instrumentarium zur Verfügung, das uns die größten Einsparpotenziale auf der Ebene der Aggregate und Verfahren aufzeigt. Somit können wir nach Kosten/Nutzen-Überlegungen künftige Ersatzinvestitionen sinnvoll planen und finanzieren. Wir haben zurzeit einen elektrischen Eigendeckungsgrad von 80 % und einen Wärmedeckungsgrad von nahezu 100 % erreicht (ohne Co-Vergärung). Mit der Energieanalyse kommen wir nun den „Kleinsündern“ auf die Spur, ganz nach dem Motto: Kleinvieh macht auch Mist. Mithilfe der Analyse ist es möglich, Anlagen im Hinblick auf einen energieeffizienten Betrieb und auf Verringerungen des CO2-Ausstoßes viel transparenter zu betrachten. Das Ergebnis ist die detaillierte Darstellung aller vorhandenen Energieströme aus Primär- (extern bezogen wie Wärme, Strom, Heizöl, Erdgas), Sekundär- (durch Umwandlungsprozesse auf der ARA entstanden, zum Beispiel Faulgas) und Nutzenergie (Verbrauch an Strom und Wärme). Hierdurch können dem Anlagenbetreiber Möglichkeiten für Energieeinsparungen aufgezeigt und…mehr:

http://www.kan.at/Kontext/WebService/SecureFileAccess.aspx?fileguid={42c2b8f2-f058-483f-a8e1-4ca29c31774d}

Autoren
Fabian Rygula,  Projektingenieur
Hans-Peter Bauer,
Betriebsleiter der Abwasserbetriebe Entsorgung St. Gallen
Rechenwaldstrasse 32
9014 St Gallen,
Schweiz
E-Mail: hanspeter.bauer@stadt.sg.ch  

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Durchbruch für neuartige Stromspeicher: Große und leistungsfähige Redox-Flow-Batterie

Sonne und Wind liefern immer mehr Strom – allerdings unregelmäßig. Leistungsfähige elektrische Energiespeicher sollen das künftig ausgleichen. Fraunhofer-Forschern ist nun ein wichtiger Durchbruch gelungen: Sie haben eine Redox-Flow-Batterie mit einer Zellgröße von 0,5 Quadratmeter entwickelt, was einer Stackleistung von 25 kW entspricht. Das ist achtmal größer als die bisherigen DIN-A4-Blatt großen Systeme. Auf der Hannover Messe stellen sie den neuartigen Stromspeicher erstmals vor (8. bis 12. April).

http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2013/Maerz/Durchbruch-fuer-neuartige-Stromspeicher-Redox-Flow.html

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Energieeinsparung: Maßnahmen für mehr Effizienz müssen kontinuierlich überprüft werden

Die Erhöhung der Energieeffizienz ist ein entscheidender Baustein, um nationale und EU-weite Energieeinsparziele zu erreichen. Um die vorhandenen Einsparpotenziale stärker auszuschöpfen, sind ehrgeizige und effiziente Politikinstrumente notwendig, die jedoch kontinuierlich überprüft und angepasst werden müssen. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI hat im EU-Projekt „ODYSSEE-MURE“ Analysetools entwickelt, die politische Entscheider dabei unterstützen können, die Ziele mit der Realität abzugleichen, die bereits eingesetzten Instrumente zu verbessern und neue Maßnahmen umzusetzen.

Deutschland hat sich mit dem im Herbst 2010 vorgelegten Energiekonzept und den Beschlüssen zur Beschleunigung der Energiewende vom Sommer 2011 ambitionierte Energieeinsparziele gesetzt. Auf EU-Ebene fordert die im Oktober 2012 beschlossene Energieeffizienzrichtlinie von den Mitgliedstaaten eine erhebliche Forcierung der Anstrengungen, das EU-weite Energieeinsparziel von 20 Prozent bis 2020 tatsächlich zu erreichen. Um diese Ziele zu verwirklichen, sind sowohl in Deutschland als auch in den anderen Mitgliedstaaten der Ausbau und die Verbesserung energiepolitischer Maßnahmen zur Förderung der Energieeffizienz in Gebäuden, in der Industrie und im Bereich der Mobilität erforderlich. Zudem braucht es Instrumente für eine effektive Zielverfolgung.
Eine umfassende Informationsgrundlage zum regelmäßigen Monitoring von Energieeffizienzzielen liefert „ODYSSEE-MURE“. Das Fraunhofer ISI ist hier unter Federführung der französischen Energieagentur ADEME für das Monitoring der europäischen Energieeffizienzpolitiken verantwortlich. Das Forschungsprojekt wird im Intelligent Energy Europe (IEE)-Programm der EU und dessen Vorläuferprogramm SAVE seit nunmehr 20 Jahren gefördert. Weitere Projektpartner sind 28 Energieagenturen und Forschungsinstitute in allen EU-Mitgliedstaaten sowie in Kroatien und Norwegen.
„ODYSSEE“ ist eine umfassende Datenbank zur zeitlichen Entwicklung des Energieverbrauchs. „Mit Hilfe von detaillierten Energieeffizienzindikatoren werden die Ursachen für die Veränderungen beim Energieverbrauch analysiert. Damit lassen sich Abweichungen vom Zielpfad schnell erkennen und die Maßnahmen zügig anpassen“, erklärt Projektleiter Dr. Wolfgang Eichhammer vom Fraunhofer ISI.
„MURE“ kategorisiert und beschreibt in einer frei zugänglichen Online-Datenbank die relevanten politischen Maßnahmen zur Förderung der Energieeffizienz in der EU selbst sowie in allen Mitgliedstaaten, Kroatien und Norwegen. „Auch die mögliche und tatsächliche Einsparwirkung werden erfasst, so dass sich mit diesem Tool Lücken in der Energieeffizienzpolitik eines Landes schnell aufdecken lassen und zügig in Vorschläge zur Verbesserung von Maßnahmen oder für neue Instrumente umgesetzt werden können“, so Eichhammer.
Beide Datenbanken werden in regelmäßigen Abständen aktualisiert, so dass alle Informationen zeitnah zur Verfügung stehen.
Für Deutschland weist die „ODYSSEE“-Datenbank für die Zeit von 1991 bis 2010 eine jährliche Verbesserung der Energieeffizienz um durchschnittlich 1,2 Prozent aus. Seit dem Jahr 2000 ist allerdings eine Verlangsamung dieser Entwicklung zu beobachten, die 2009 und 2010 sogar in eine Verschlechterung mündete. Diese Abschwächung der gesamtwirtschaftlichen Energieeffizienzverbesserung war in erster Linie auf die gegenüber den 1990er Jahren nur noch geringen Effizienzfortschritte in der Industrie zurückzuführen, insbesondere in energieintensiven Bereichen wie der Stahl- oder Papierherstellung. Dieser Trend wurde durch die Wirtschaftskrise in den Jahren 2008 bis 2010 verstärkt, da die Unternehmen weniger in Energieeffizienz investierten und die schwache Kapazitätsauslastung die Produktivität des Energieeinsatzes verschlechterte. Erst 2011 kehrte sich dieser Trend wieder um, da im Zuge des wirtschaftlichen Aufschwungs auch die Investitionen in Energieeffizienz wieder zunahmen.
Diese Entwicklung zeigt, dass in Deutschland bei der Energieeffizienz in Zukunft noch wesentliche Anstrengungen notwendig sind, um die Einsparziele des Energiekonzepts und die gesamteuropäischen Ziele zu erreichen. Die höchsten Einsparpotenziale gibt es im Gebäudesektor, aber auch in den Bereichen Industrie und Mobilität können ehrgeizige und effiziente Politikinstrumente die Ausschöpfung der Effizienzpotenziale verbessern. Damit würde ein großer Beitrag zur Erreichung nationaler und europäischer Effizienzziele geleistet, zudem vermindert sich der nachteilige Einfluss hoher und voraussichtlich weiter steigender Energie- und Strompreise auf das Budget der privaten Haushalte und die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen erhöht sich.
Nähere Informationen sowie das Gutachten zum Download finden Sie unter www.isi.fraunhofer.de/isi-de/x/projekte/odyssee-mure_31-463-3.php.

http://isi.fraunhofer.de/isi-de/service/presseinfos/2013/pri13-03_odyssee-mure-energieeffizienz.php

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