Die schon heute weltweit bestehenden Herausforderungen machen deutlich, welche Bedeutung öffentlich-rechtliche Organisationen auf allen Ebenen für die Entwicklung einer guten Zukunft zukommt. Es gilt, mit ganzer Kraft neue Arbeitsansätze kooperativ zu erproben und einzusetzen: Die Zukunftsinitiative „Wasser in der Stadt von morgen“ bietet mit der Anpassung an den Klimawandel hierzu einen beispielhaften großräumigen Modellraum.

Phosphor-Recycling – Rückgewinnung eines essentiellen Rohstoffs

Phosphor ist als einer der wichtigsten und nicht ersetzbaren Nährstoffe unverzichtbar für das tägliche Leben. Noch ist Deutschland auf den Import von Phosphor aus Drittstaaten angewiesen. Mit dem Recycling des in Abwässern enthaltenen Phosphors könnte jedoch zukünftig ein Teil des Phosphorbedarfs gedeckt werden. Mit der im Jahr 2017 beschlossenen Neufassung der Klärschlammverordnung ist die Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm bzw. Klärschlammverbrennungsasche ab 2029 vorgeschrieben. Die notwendigen Verfahren, mit deren Hilfe der Phosphor zurückgewonnen werden kann, sind allerdings für den flächendeckenden Einsatz noch nicht ausreichend entwickelt.

Unter der Federführung des Ruhrverbands demonstrieren die fünf beteiligten sondergesetzlichen Wasserverbände Nordrhein-Westfalens im Projekt AMPHORE ein innovatives Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammasche im großtechnischen Maßstab und integrieren dies gemeinsam mit weiteren Partnern in ein ganzheitliches Konzept von der Abwasserreinigung über die Klärschlammbehandlung bis zum Einsatz des erzeugten Phosphorproduktes.

Die Projektregion

Das Verbandsgebiet der fünf beteiligten Wasserverbände hat eine Gesamtfläche von 10.323 km². Mit rund 7 Millionen Menschen gilt die Region als einer der größten Ballungsräume Deutschlands. Das Konzept umfasst 139 Kläranlagen mit zirka 9 Prozent des deutschen Klärschlammanfalls sowie fünf Verbrennungsanlagen mit einem Rückgewinnungspotenzial von rund 4.700 Tonnen Phosphor pro Jahr. Gute Voraussetzungen für einen innovativen, regionsweiten Management-Ansatz für Klärschlämme und die Weiterbehandlung erzeugter Verbrennungsaschen zur Produktion eines hochwertigen Phosphor-Rezyklates.

Was sind die Ziele?

Erarbeitung von Entscheidungsgrundlagen für eine zukunftssichere, ökonomische und ökologisch optimierte Gestaltung der Klärschlammverwertung mit regionalem Phosphor-Recycling

Aufbau einer öffentlich-rechtlichen Organisationsstruktur für das Phosphor-Recycling durch Gründung einer gemeinsamen Tochtergesellschaft: PhosRec Phosphor-Recycling GmbH

Planung, Bau und Betrieb einer großtechnischen Demonstrationsanlage zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammaschen durch ein nasschemisches Verfahren

Aufbau regionaler Distributionsstrukturen zur Vermarktung und Nutzung des entstehenden Phosphorproduktes sowie weiterer Nebenprodukte und Verwertung der Reststoffe

Was sind die Aufgaben?

Alle erforderlichen Umsetzungsschritte werden in fünf Arbeitspakete (AP) mit zugehörigen Unterarbeitspaketen gegliedert.

Großtechnische Umsetzung auf der Kläranlage Bottrop

Am Standort der Kläranlage Bottrop mit zentraler Schlammbehandlung (solar-thermische Trocknung und energetische Verwertung in der Wirbelschichtverbrennung) wird die großtechnische Demonstrationsanlage zur Rückgewinnung des in den Klärschlammaschen gebundenen Phosphors (Zielgröße 1.000 Tonnen Asche/Jahr) errichtet. Nach einem mehrstufigen Auswahlverfahren im Rahmen der Konzeptphase sowie in den ersten sechs Monaten nach Start der Umsetzungsphase haben sich die Projektbeteiligten als Verfahren auf einen patentierten Prozess der PARFORCE Engineering & Consulting GmbH (Freiberg) verständigt. Die gewählte PARFORCE-Technologie wird mit der großtechnischen Umsetzung auf die vorliegenden Ansprüche hin optimiert und hinsichtlich des Dauerbetriebs sowie der Betriebsstabilität bei verschiedenen Betriebszuständen eingehend geprüft. Auch die Qualitäten und mögliche Verwertungspfade für Nebenprodukte und Reststoffe (u. a. Metallsalze, Streusalzsole und silikatische Rückstände) werden neben der späteren Vermarktung der erzeugten Phosphorsäure betrachtet. So werden eine möglichst hochwertige Verwertung und eine möglichst hohe Entsorgungssicherheit angestrebt. Die PhosRec Phosphor-Recycling GmbH als Tochtergesellschaft der beteiligten Wasserverbände, die eigens für das Projekt gegründet wurde, ist als Projektpartner verantwortlich für den Bau und den Betrieb der Demonstrationsanlage. Die Inbetriebnahme der Anlage ist für Mitte 2023 geplant. Die erhobenen Messdaten werden maßgebliche Erkenntnisse für den Aufbau eines angepassten Klärschlamm- und Klärschlammaschenmanagements liefern.

Fördermittelgeber*innen

AMPHORE ist ein Verbundprojekt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) als Teil der Fördermaßnahme „Regionales Phosphor-Recycling“ (RePhoR) unterstützt wird. Mit dem Förderprogramm werden insgesamt sieben Verbundprojekte innovative regionale Lösungen zum Phosphor-Recycling und zur Klärschlammverwertung entwickeln und umsetzen. Diese Fördermaßnahme ist Gegenstand des BMBF-Rahmenprogramms „Forschung für Nachhaltige Entwicklung“ (FONA3).

Projektpartner*innen

Emschergenossenschaft/Lippeverband
Emscher Wassertechnik GmbH/Lippe Wassertechnik GmbH
Fraunhofer ISI
ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg
LINEG
PhosRec Phosphor-Recycling GmbH
Ruhrverband
RWTH Aachen Institut für Siedlungswasserwirtschaft
WIW Wupperverbandsgesellschaft für Integrierte Wasserwirtschaft mbH
Wupperverband

Assoziierte Partner*innen

Betrem
Compo Expert
innovatherm
Soepenberg
WFA GmbH
Wocklum Gruppe
WW Group
Yara

Projektlaufzeit:  07/2020 – 06/2025

Weitere Informationen finden Sie unter:

https://ruhrverband.de/wissen/projekt-amphore/

https://www.bmbf-rephor.de/

Ansprechpartner

Klima-Bewusstsein im Hammbachgebiet (NRW): Nachhaltiges Wassermanagement für Landwirtschaft, Landschaft und Wasserversorgung (KlimaBeHageN)

Privathaushalte konnten bisher einfach den Wasserhahn aufdrehen und es sprudelt in bester Trinkwasserqualität heraus. Land- und Forstwirtschaft bekommen die Probleme ganz anders zu spüren: Vertrocknetes, verkümmertes Getreide, zu wenig Viehfutter, immer aufwändigere Bewässerungssysteme im Gemüseanbau, Trockenstress auf Obstplantagen – und die 2020 auffällig braunen und verdorrten Waldflächen zählen zu den Indizien, dass unsere Vegetation mit dem Wassermangel nicht mehr zurechtkommt.

Der „Dürremonitor“ des Helmholtz Zentrums für Umweltforschung zeigt die dramatische Entwicklung für unterschiedliche Bodentiefen und erläutert die Zusammenhänge mit der Landwirtschaft.

Trinkwasser zur Versorgung des nördlichen Ruhrgebiets wird aus 40 bis 120 Metern Tiefe aus den Halterner Sanden und Recklinghäuser Sandmergeln gefördert, einem der größten nutzbaren Grundwasservorkommen NRWs (in Dorsten über die Brunnengalerien Holsterhausen und Üfter Mark).

Die oberflächennahen Grundwasserschichten und ihr Zusammenspiel mit Bächen und Flüssen sind demgegenüber bedeutsam für die Vegetation und Tierwelt, also auch für die Landwirtschaft. In Trockenperioden reicht der Niederschlag manchmal nicht mehr aus, um Wälder oder Moore unbeschadet zu erhalten.

Kommen weitere Wasserentnahmen oder z.B. qualitative Aspekte wie erhöhte Nitratkonzentrationen hinzu, verschärfen sich die Probleme.

Teils historisch bedingt haben viele Landwirte zur Bewässerung ihrer Felder Wasserentnahmerechte und bedienen sich hierfür der oberen Grundwasserstockwerke. Ohne großflächige Beregnung bis hin zur Tröpfchenbewässerung ist sonst oft keine Nahrungsmittelproduktion
möglich.

Wie viel Investitionen in ressourcenschonende Bewässerungssysteme können landwirtschaftliche Betriebe tragen und noch Marktpreise erzielen? Hier ist nicht nur eine Entnahme mit Blick auf den langfristigen Erhalt des Grundwasserdargebotes zu sehen, sondern auch die Frage nach der Wirtschaftlichkeit.

In Trockenperioden bedeutet das also in der Summe, dass durch konkurrierende Nutzungen die Grundwasserleiter stark beansprucht werden können. Hier setzt das Projekt KlimaBeHageN an.

Neben kleinen Mooren, Feuchtgebieten und Waldbereichen findet sich im Projektgebiet viel landwirtschaftliche Nutzung mit unterschiedlichen Strukturen (wie Mais, Getreide, Gemüse, Obst, Viehwirtschaft) sowohl in der Produktion wie in der Weiterverarbeitung. Im Projektgebiet kommen neben exemplarischen, auf andere Regionen übertragbaren Problemen auf überschaubarem Raum auch eine gute Datengrundlage und engagierte Projektbeteiligte zusammen:

Im BMBF-geförderten Projekt dynaklim hatten sich der Lippeverband (LV) und der Trinkwasserversorger Rheinisch-Westfälische Wasserwerksgesellschaft mbH (RWW) bereits 2009 bis 2014 mit Klimaprognosen und Folgen für die Wasserwirtschaft intensiv befasst. Mit einem Grundwasserströmungsmodell wurden am Beispiel der Üfter Mark stationäre Simulationen für die nahe (2021-2050) und ferne (2071-2100) Zukunft durchgeführt und mit dem Ist-Zustand (1961-1990) verglichen.

Durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt wurde dann für den Planungsraum ein vorlaufendes Maßnahmenkonzept bis 2019 gefördert, um Nutzungskonkurrenzen – auch verursacht durch den Klimawandel – zukünftig minimieren zu können.

Das Konzept wurde unter Beteiligung der relevanten Akteure im Einzugsgebiet des Hammbachs erstellt und abgestimmt. Es geht nun darum, dieses Konzept weiter zu konkretisieren und umzusetzen. Speziell hier im Raum wird auch der Frage nachgegangen, welche Wasserqualität/-quantität für welche Nutzung adäquat ist: Können die zur Wasserregulierung an der einen Stelle gepumpten Mengen an anderer Stelle genutzt werden?

die Ermittlung eines konkreten landwirtschaftlichen Wasserbedarfs zur dauerhaften ressourcenschonenden Bewässerung in Trockenzeiten und Maßnahmen zur messbaren Minimierung des Bewässerungsbedarfs sowie sozialökologische Aspekte und Auswirkungen möglicher Maßnahmen (unter intensiver Einbindung landwirtschaftlicher Betriebe),

die Entwicklung von Modellen zur Organisation und Finanzierung der Bewässerung inklusive rechtlicher Fragen und Zuständigkeiten sowie
die Weiterentwicklung eines zuvor erstellten Entscheidungshilfetools für die Behörden unter aktiver Einbindung der bereits involvierten Unteren Wasserbehörde Kreis Recklinghausen und der Bezirksregierung Münster (welche Datenbasis ist erforderlich, welche Instrumente sind hilfreich, wie werden Wassernutzer adressiert, was kann innerhalb des bestehenden Rechtsrahmens geleistet/ erreicht werden?),

die konkrete Umsetzung von wasserregulierenden Maßnahmen im Deutener Moor und Brosthauser Wiesenmoor mit Wirkung bis in die benachbarten Gebiete.

Im Ergebnis soll einerseits die messbare Dämpfung von Verbrauchsspitzen in kritischen Phasen (d. h. in Trockenmonaten) und andererseits eine Übertragbarkeit auf andere Regionen erzielt werden.

Für das oberflächennahe Grundwasserstockwerk kann jeder Immobilienbesitzer Gutes tun: Eine Abkopplung der Regenwasserableitung von Dächern, Terrassen oder Gehwegen – entweder zur Speisung einer Regentonne im Garten oder zur Versickerung – hilft dem Grundwasser und vermindert Abflüsse in die Mischkanalisation, denn sauberes Regenwasser sollte eigentlich nicht in der Kläranlage landen.

Auch kann man sich die Frage stellen, ob der eigene Garten vielleicht mit Pflanzen gestaltet werden kann, die Trockenstress besser vertragen?

Landwirtschaftliche Betriebe vor Ort, die Interesse an einer Kooperation haben, können sich über die Landwirtschaftskammer einbringen. Unter Wahrung des Datenschutzes werden zusammen mit der Universität Kassel Betriebsdaten erhoben und ausgewertet und Möglichkeiten einer wasserschonenderen Bewirtschaftung ermittelt, um den Betrieben eine Perspektive zu bieten.

Infoveranstaltungen sind geplant – soweit es die Corona-Regeln zulassen – und die Projektergebnisse werden kontinuierlich publiziert.

Mit unserem Newsletter halten wir Sie hier regelmäßig auf dem Laufenden.

Ansprechpartner*innen:

Dipl.-Geol. Michael Getta
Tel.: 0201 104-2491,
Mail:Getta.Michael@eglv.de

Dipl.-Ing. Kirsten Adamczak
Tel.: 0201 104-2679,
Mail: Adamczak.Kirsten@eglv.de

Fördergeberin

Projektpartner*innen

Phosphor ist für den menschlichen Organismus überlebenswichtig. Es existieren so gut wie keine Phosphorerzreserven in Europa, die EU weist eine Importabhängigkeit von über 90% auf. Eine Reduzierung dieser Abhängigkeit durch Erschließung erneuerbarer Phosphorquellen trägt zur Nahrungssicherheit Europas bei.

Unter Federführung des Lippeverbandes demonstriert Phos4You innovative Technologien zur Phosphorrückgewinnung, zeigt Nutzungsmöglichkeiten von recyceltem Phosphor auf (z.B. biologische Düngemittel) und unterstützt Phosphorrecycling in den Partnerregionen und darüber hinaus.

Phos4You geht das Phosphor-Problem an

Obwohl Phosphor (P) eine endliche Ressource ist, wird P derzeit in großem Maßstab „verschwendet“: Nach Einsatz als Düngemittel geht er durch die Nahrungsaufnahme ins Abwasser über und geht dort durch Entsorgung des Klärschlamms dem weiteren Kreislauf verloren. Die Europäische Union erkannte das Problem und nahm 2014 Phosphatgestein in die Liste der kritischen Rohstoffe auf. Die Nutzung von sekundärem Phosphor ist essentiell zur zukunftssicheren Versorgung der Menschen.

Phos4You kümmert sich speziell um die Phosphorrückgewinnung auf Kläranlagen. Das Potential der Rückgewinnung aus häuslichem Abwasser soll bestmöglich ausgeschöpft werden.

Das Rückgewinnungspotential in Nordwesteuropa wird auf jährlich 113.000 t P geschätzt. Das kann 26% des Bedarfs an Phosphatgestein in Nordwesteuropa (NWE) ersetzen. Sogar 45% des Bedarfs könnten durch Einsatz von Kreislaufwirtschaft gedeckt werden, wenn man weitere Sektoren wie z. B. Schlachtereien in Betracht zieht. In 2015 hat NWE den Phosphorbedarf zu 100% importiert.

Phos4You will demonstrieren, dass die Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser machbar ist. Darüber hinaus soll die Düngemittelindustrie in die Lage versetzt werden, den rückgewonnenen P auch zu nutzen, um so den P-Kreislauf durch Recycling zu schließen. Der Lückenschluss zwischen Rückgewinnung und Recycling ist somit das dritte Projektziel. Es beinhaltet die Aufskalierung der gewählten Technologien, die Entwicklung einer Entscheidungshilfe sowie die Einwirkung auf aktuelle Gesetzgebungen.

Was ist zu tun?

Die wesentlichen Projektbausteine sind:

• Bau von Demonstratoren für P-Rückgewinnungstechnologien unter Realbedingungen
• Umsetzung innovativer P-Rückgewinnungstechnologien für häusliches Abwasser
• Herstellung von neuen Produkten aus P-Recyclingprozessen für Düngemittel
• Erarbeiten eines EU-weiten Standards zur Qualitätsbewertung der neuen Düngemittelprodukte
• Erhöhung der gesellschaftlichen Akzeptanz von Düngemitteln aus häuslichem Abwasser

Die international zusammengesetzte Partnerschaft hat komplementäre Expertise im Bereich der Phosphorrückgewinnung. Projektpartner sind Kläranlagenbetreiber, Betreiber von Klärschlamm-Mono-Verbrennungsanlagen, Patentinhaber von Rückgewinnungsprozessen, Universitäten und Forschungsinstitute. Akteure der Düngemittelindustrie sind eng assoziiert, um die Wertschöpfungskette des P-Kreislaufs vollständig abzubilden.

Das erweiterte Netzwerk der assoziierten Partner bezieht Ministerien, bewilligende Behörden und politische Akteure auf regionaler, nationaler und Europäischer Ebene mit ein.

Pilotprojekte bei Emschergenossenschaft und Lippeverband

Die deutsche Bundesregierung treibt die technische Phosphorrückgewinnung voran. Die novellierte Klärschlammverordnung wurde im März 2017 im Bundestag verabschiedet. Hierdurch wird die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlämmen gesetzlich sehr erschwert. Die Entwicklung einer langfristigen Klärschlammentsorgungsstrategie für die Verbände ist gefordert.

Das Phos4You-Projekt unterstützt das seit vier Jahren: Verschiedene innovative Verfahren der Phosphor-Rückgewinnung und des -Recyclings werden nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten untersucht. Die Belange der Verbände gemeinsam mit BETREM und INNOVATHERM werden dabei berücksichtigt.

Pilotprojekt des Lippeverbands ist die Untersuchung, wie sich die EG/LV-Klärschlammasche nach entsprechender Behandlung im industriellen Maßstab als Phosphordünger nutzen lässt. Das Pilotprojekt der Emschergenossenschaft beinhaltet die Herstellung einer speziellen Asche, die direkt nach einer zweistufigen Verbrennung als Dünger verwertbar ist. Diese Innovation wird auf einer Pilotanlage auf dem Technikum in Dinslaken gezeigt.

Projektpartner:

• Lead Partner: Lippeverband, DE
• Université de Liège, BE
• IRSTEA Institut national de Recherche en Sciences et Technologies pour l´Environnement et l´Agriculture, FR
• Cork Institute of Technology – Water Systems and Services Innovation Centre, IE
• Fachhochschule Nordwestschweiz, CH
• Universiteit Gent, BE
• Glasgow Caledonian University, UK
• Environmental Research Institute, University of the Highlands and Islands, UK
• Veolia Environnement, FR
• Emschergenossenschaft, DE
• NV HVC – SNB, NL
• Scottish Water, UK.

Projektlaufzeit: 15.09.2016 – 14.09.2021

Videos:

Dabei geht es nicht nur um Gesundheit, sondern auch um Prävention. An den Ufern entstehen Freizeitareale, erschlossen durch ein umfangreiches Wegenetz.

Die KNAPPSCHAFT unterstützt zukünftig Projekte entlang des Emscher-Weges, wie zum Beispiel „Glücksradtouren“ zur Burnout-Prophylaxe oder Workshops im Gesundheits- und Ernährungsgarten. „Blaue Klassenzimmer“, die an den renaturierten Ufern der Emscher entstehen sollen, bieten Schulen dann einen direkten Zugang zum Wasser. Dort kann der Unterricht unter freiem Himmel stattfinden und der neue Lebensraum Emscher genau unter die Lupe genommen werden.

Ein Highlight ist das jährliche Emscher-Picknick, das erstmalig am 25. August 2019 stattgefunden hat. Menschen können gemeinsam radeln, entspannen und gesund und lecker essen. Ein großer Event mit einem tollen, vielfältigen Programm für alle, die gerne an der frischen Luft sind.

Steuerung von Vergärungsanlagen zur Kompensation von Schwankungen anderer regenerativer Energien auf Kläranlagen unter Berücksichtigung des Verbrauchs

Im Zuge der Energiewende erlebt das in Deutschland gewachsene Energiesystem einen Strukturwandel. Während sich das derzeitige System aufgrund der Speicherfähigkeit von fossilen Brennstoffen gradlinig auf die Nachfrage am Strommarkt ausrichtet und zu kalkulieren und zu regulieren ist, treten mit den erneuerbaren Energien Wind und Photovoltaik zwei Energiequellen in den Energiesektor ein, die dem derzeitigen System diametral entgegenstehen. Infolge dessen muss für das zukünftige Stromnetz ein Flexibilitätskonzept entwickelt werden, welches in der Lage ist, die Diskrepanzen (Residuallasten) zwischen Angebot und Nachfrage im Energiesektor auszubalancieren.

Eine Flexibilitätsoption stellt dabei die flexible Biomasse dar, worunter eine an den Bedarf ausgerichtete Betriebsweise konventioneller Biogasanlagen verstanden wird. Eine andere Möglichkeit der flexiblen Biomasse bietet die hier eingesetzte dark fermentation in Kombination mit der Methan-Produktion. In dem Projekt BioHyMeth (FKZ 64.65.69 EN 1014 A/B/C) konnte gezeigt werden, dass in einem halbtechnischen Maßstab aus einem kohlenhydratreichen Abwasserstrom Wasserstoff erzeugt werden kann und das dabei entstehende Fermentationsprodukt als Co-Substrat in der Methanproduktion eingesetzt werden kann. Aus ökologischer Sicht lässt sich mit diesem Verfahren ein doppelter Effekt erzielen, da hier nicht nur eine erneuerbare Energiequelle erschlossen wird, sondern zeitgleich auch durch die Verwendung von Abfallströmen Ressourcenschutz und Ressourcenoptimierung betrieben wird.

Damit dieses Verfahren jedoch wirtschaftlich umgesetzt werden kann, bedarf es besonders unter ökonomischen Gesichtspunkten noch Optimierungsbedarf. Hierzu wurde durch die Novellierung des Erneuerbaren-Energie-Gesetz von 2012 mit dem Abschnitt 5 „Besondere Förderbestimmungen (Flexibilität)“ ein ökonomischer Anreiz gesetzt. Ziel dieses Projekts BioHyMethcontrol ist es, das im Projekt BioHyMeth erprobte Verfahren so zu optimieren, dass es als zentrale Flexibilitätsoption in einem Stromsystem aus 100 % erneuerbaren Energien verwendet werden kann.

Um eine praktische Umsetzbarkeit der Forschungsergebnisse zu gewährleisten, wird eine reale Kläranlage der Emschergenossenschaft für das Projekt ausgewählt, für die ein Energiekonzept aus 100 % erneuerbaren Energien erstellt wird. Zudem wird ein Flexibilitätskonzept mit der zentralen Flexibilitätsoption der Wasserstoff- und Methanerzeugung erstellt, sodass die Anlage unabhängig von konventionellen Kraftwerken betrieben werden kann. Anhand der Daten der Kläranlage soll über einen Zeitraum von mindestens einem Jahr eine halbtechnische Versuchsanlage auf dem Technikum der Kläranlage Emschermündung in Dinslaken betrieben werden.

Es sollen zunächst folgenden Fragestellungen bearbeitet werden:

• Welches Energiekonzept lässt sich auf Kläranlagen realisieren?
• Welche potentiellen Abfallströme stehen zur Verfügung?
• Welche Flexibilitätsoptionen in welcher Größe müssen zur Verfügung gestellt werden, damit die Anlagen aus 100% erneuerbarer Energie betrieben werden können?
• Welche Wettervorhersagen werden benötigt, um sicherstellen zu können, dass die auftretenden Residuallasten durch den biologischen Prozess kompensiert werden?
• In wie fern lassen sich der Wasserstoff und das Methan bedarfsgerecht produzieren? Werden eventuell Gasspeicher benötigt?
• Anhand welcher Parameter lässt sich der Energiegewinn aus dem biologischen Prozess vorhersagen?
• In wie weit lässt sich das Verfahren durch eine Steuerung automatisieren?
• Welche Gesamtspeicherkapazität kann durch das System für NRW zur Verfügung gestellt werden?
• Wie wirtschaftlich ist ein solches System bzw. unter welchen Bedingungen ist ein wirtschaftlicher Betrieb einer Anlage möglich?

Projektpartner:

Emschergenossenschaft
Universität Duisburg-Essen (Bauwissenschaften, Fachgebiet Siedlungswasser- und Abfallwirtschaft)
brandseven

Gefördert durch:

Erstmals Methanol aus Faulgas

Seit September 2016 wird in der WaStraK-Versuchsanlage auf der Kläranlage Emschermündung Methanol produziert. Die halbtechnische Produktion von Methanol erfolgt in zwei Teilschritten. Der erste Vorgang dient der Herstellung von Synthesegas aus Faulgas durch Dampfreformierung. Dabei wird entschwefeltes und getrocknetes Biogas dem Reformer zugeführt und synthetisiert. Im zweiten Teilschritt werden das verdichtete Synthesegas, Kohlenstoffdioxid (CO2) sowie der durch Elektrolyse gewonnene Wasserstoff (H2) dem Methanol-Synthesereaktor hinzugefügt.

Die Endprodukte dieses Verfahrens bestehen aus Wasser, Synthesegas und Methanol. Das synthetisierte Methanol kann Kläranlagen intern zur Kohlenstoffdosierung eingesetzt werden oder extern z. B. bei der Kraftstoffgewinnung, Biodieselherstellung, in der chemischen Industrie, in Mikrogasturbinen und Motor-BHKW.

Unsere Projektpartner sind:

• Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der RWTH (FIW)
• TUTTAHS & MEYER Ingenieurgesellschaft mbH
• Ingenieurbüro Redlich und Partner GmbH

Im Auftrag des Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (MUNLV) des Landes Nordrhein-Westfalen sowie des Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen.

Mit dem Projekt DESSIN (Demonstrate Ecosystem Services Enabling Innovation in the Water Sector) erarbeitet die Emschergenossenschaft seit Januar 2014 zusammen mit 19 weiteren europäischen Partnern eine Methodik, die es ermöglichen soll, die durch Maßnahmen im Wasserbereich freigesetzten Ökosystemleistungen zu ermitteln; z.B. die regulierenden Wirkungen bzgl. des Nährstoffrückhaltes und des Hochwasserschutzes, die kulturellen Leistungen wie Erholung und Naturtourismus die ökonomischen Aspekte wie der Anschub von wirtschaftlichem Wachstum.

In DESSIN dient das Emschersystem als Demonstrationsgebiet, an dem konkret ermittelt werden soll, welche und in welchem Umfang Ökosystemleistungen durch die Umgestaltung des Gewässersystems freigesetzt werden. Die Wasserqualität ist ein wichtiges Maß für ein gesundes Gewässer. Daher soll in DESSIN innovative Reinigungs- und Regulierungstechniken in Mischwasserbehandlungsanlagen erprobt werden, die den Eintrag von Schadstoffen in die Gewässer im Regenwetterfall weiter minimieren sollen.

Das Projekt DESSIN wird von der Europäischen Kommission gefördert und läuft unter dem 7. Rahmenprogramm (FP 7) für Forschung, Technologische Entwicklung und Demonstration. DESSIN hat eine Laufzeit von vier Jahren.

Wärme aus Abwasser? Ein Pilotprojekt

Die fossilen Energieträger Öl, Kohle und Gas haben zwei wesentliche Nachteile: Sie sind nicht unendlich verfügbar und ihre Verbrennung erzeugt klimaschädliche Emissionen – mit erheblichen Folgeschäden und -kosten. Auf der Suche nach noch nicht ausgeschöpften regenerierbaren Energiequellen rückt mehr und mehr auch das Abwasser als Energieträger in den Fokus.

Emschergenossenschaft (EG) und Lippeverband (LV) sehen die Rückgewinnung der im Abwasser befindlichen Wärme als eine innovative und nachhaltige Form der Wärmegewinnung (AWN), die einen Beitrag zur dezentralen Energieversorgung vor Ort leisten kann. Mit dem Abwasser steht ein langfristig verfügbarer und regenerativer Energieträger zur Verfügung, dessen Nutzung an vielen Stellen wirtschaftlich umgesetzt werden kann. Unter Nutzung moderner Wärmepumpentechnologie kann das Abwasser sowohl zur Wärme-, als auch Kälteproduktion verwendet werden und einen Baustein für eine integrale Stadtentwicklung bereitstellen. Die Energiegewinnung aus Abwasser kann hierzu sowohl modular in der Entwicklung von Quartieren und im Neubaubereich, als auch im Rahmen der energetischen Sanierung von Bestandsbauten eingesetzt werden. Aufgrund der Dichte der Bebauung und der hohen Abwassermengen bietet das Emschergebiet in Kombination mit dem laufenden Umbau ein hohes Potenzial zur Erschließung dieser Wärme. Auch die großen Sammler des Lippeverbandes bieten für die AWN geeignete Voraussetzungen.

Bedingt durch sein Temperaturniveau und durch den gleichförmigen Temperaturverlauf stellt Abwasser eine ideale Wärmquelle für den Betrieb von Wärmepumpen dar, die ganzjährig mit einem guten Wirkungsgrad betrieben werden können. Messungen in den Kanälen der Emschergenossenschaft zeigen ein Jahresmittel der Abwassertemperatur von rd. 14 °C. Im Winter liegen die mittleren Monatstemperaturen bei rd. 12 °C, während sie im Sommer auf Mittelwerte von über 17 °C ansteigen können. Da bei der Abwasserwärmenutzung Wärmepumpentechnik zum Einsatz kommt, ist der geeignete Anwendungsfall eine Energieversorgung im Grundlastbereich bei Niederenergiesystemen mit geringen bis mittleren Vorlauftemperaturen bis etwa 60°C. Im Sommer lässt sich der Prozess auch umkehren und zur Gebäudekühlung nutzen. Die Wirtschaftlichkeit von Anlagen steigt mit der Größe des Energiebedarfs. Deshalb ist die Abwasserwärmenutzung insbesondere für größere Abnehmer mit möglichst ganzjährig hohem Wärme- bzw. Kältebedarf wie z. B. Schwimmbäder, öffentliche Verwaltungen, Krankenhäuser, große Siedlungsgebiete und Gewerbestandorte geeignet. Ideal sind Heizzentralen mit einem minimalen Wärmebedarf von 150 kW, besser 300 kW, bzw. Wärmepumpen mit einer Leistung ab 100 kW.

Seit nunmehr 8 Jahren ist die Abwasserwärmenutzungsanlage zur Versorgung des Nordwestbads in Bochum in Betrieb. Über einen 46 m langen Wärmetauscher, der auf der Sohle des Marbachkanals (DN 3000 mm) installiert wurde, wird dem Abwasser ein Teil seiner Wärme entzogen und diese mittels Wärmepumpentechnik zur Beheizung des Hallenbads genutzt. Gekoppelt ist die Anlage mit einem BHKW. Nahezu 60% des Wärmebedarfs werden über die Kombination aus Abwasserwärmetauscher und Wärmepumpe bereit gestellt. Für Bestandsbauten ist dies ein sehr guter Wert. Den restlichen Wärmebedarf decken ein BHKW und zwei Erdgaskessel.

Die Umsetzung und der Betrieb von Anlagen zur Energiegewinnung aus Abwasser wird zukünftig in Aufgabenteilung zwischen der EG und ihrer hundertprozentigen Tochtergesellschaft BETREM Emscher Brennstoffe GmbH durchgeführt. Die EG als Eigentümerin der im Abwasser befindlichen Wärme vermarktet diese über ihre Tochtergesellschaft BETREM. Im Jahr 2018 ist die Anlage zur Wärmeversorgung des Seniorensitzes Westholz in Dortmund in Betrieb genommen worden. Die Wärme wird hier aus dem Kirchderner Graben, einer Anlage des Lippeverbandes, entzogen. Bau und Betrieb erfolgt durch die BETREM Emscher Brennstoffe GmbH.

Die große Herausforderung bei der Umsetzung von Anlagen besteht zunächst einmal in der Identifikation geeigneter Standorte. Bereits im Jahr 2012 haben EG und LV mit der Energiekarte eine web-basierte Planungsgrundlage für externe Interessenten (Kommunen, Planungsbüros, Bauherren) entwickelt, die grundlegende Informationen zu den Nutzungsmöglichkeiten von Abwasserwärme in übersichtlicher Form bereit stellt. Vor dem Hintergrund des fortschreitenden Emscher-Umbaus und auf der Grundlage einer Auswertung von Leistungsdaten von 59 umgesetzten Anlagen, wurde die Energiekarte im Jahr 2018 grundlegend überarbeitet. Das Ziel der Überarbeitung bestand darin, eine Potenzialabschätzung für die Nutzung von Abwasserwärme bereit zu stellen, die Identifikation potenzieller Nutzer zu vereinfachen und die Wärmeentzugsleistung einzelner Kanalabschnitte fundiert darzustellen.

Sie interessieren sich für die Abwasserwärmenutzung als Alternative für Ihr Heizungssystem? Dann könnte Ihnen in der Frage der Standortfindung die Energiekarte für das Emschergebiet weiterhelfen.

Zu schade für die Kläranlage – Regenerative Energiequelle Abwasser

Die Nachfrage nach Energie ist ungedrosselt, die Preise sind weiterhin hoch. Umso wichtiger ist es, Wege zur Kostendämpfung und gleichzeitig zum Klimaschutz zu finden. Abwasser ist fast überall und dauerhaft verfügbar und hat selbst in den Wintermonaten relativ hohe Temperaturen. Das enorme Wärmepotenzial fließt derzeit ungenutzt durch die Kanalisation. Diese Erschließung spart Geld und schützt das Klima – denn ein geringerer Primärenergieverbrauch bedeutet weniger CO2-Ausstoß.