Schlammfaulung als Baustein einer ressourceneffizienten Klärschlammverwertung

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1 Schlammfaulung als Baustein einer ressourceneffizienten Klärschlammverwertung Prof. Dr.-Ing. Theo G. Schmitt, Dipl.-Ing. Oliver Gretzschel Technische Universität Kaiserslautern Fachtagung zur Zukunft der Klärschlammverwertung in Rheinland-Pfalz Mainz, 12. November 2014

2 Gliederung 1. Ausgangssituation Schlammfaulung 2. Energiepotenzial Klärschlamm Schlammfaulung statt aerober Stabilisierung 3. Zukunftsvision Power-to-Gas BMBF-Forschungsvorhaben arrivee 4. Fazit und Ausblick

3 Klärschlamm gestern und heute" gestern billige Energie Klassische Technologien Klärschlamm - Landwirtschaftliche Verwertung üblich heute (und morgen!?)

4 Rahmenbedingung Energiewende Energiewende & Energiemanagement auf Kläranlagen Energiemanagement auf Kläranlagen Säulen der Energiewende Säule Umstieg auf erneuerbare Energie Ausbau der Speichertechnologien Dezentrale Erzeugung und Versorgung Aufbau virtueller Kraftwerke Rolle der Kläranlage mit Schlammfaulung Nutzung der Energiepotenziale des Klärschlamms (Faulgas, thermisch) Faulgas ist speicherfähig Potenziale für Power-to-Gas Technologie ( Windgas ) Faulgas-KWK erfüllt diese Funktion Faulgas-KWK können in virtuelle Kraftwerke integriert werden

5 Rahmenbedingung Energiepreise Preise auf Kläranlagen: Cent/kWh

6 Vergleich Welches Energiepotenzial steckt im Abwasser? Vergleich Faulung aerobe Stabilisierung

7 Quelle: NAwaS - Neubewertung von Abwasserreinigungsanlagen mit anaerober Schlammbehandlung vor dem Hintergrund der energetischen Rahmenbedingungen und der abwassertechnischen Situation in Rheinland-Pfalz im Auftrag des Projektbearbeitung

8 Vergleich Energiebilanz aerobe Stabilisierung vs. anaerobe Stabilisierung 34 kwh/ew/a Fremdenergie 14 kwh/ew/a Fremdenergie ca. 50 % Eigenenergiebedarfsdeckung bzw. Regelenergiepotenzial Ursachen: Reduzierung des biologischen Abbaus im Belebungsbecken ( Veratmung ) durch Primärschlammentnahme Niedrigerer Energiebedarf aufgrund kleinerer Belebungsbecken Energiegewinn durch Faulgasverstromung 55 % Primärenergieeinsparung (47,5 kwh/ew/a)

9 Abwasserpraxis In der Vergangenheit relativ klare Grenzen, wann Verfahren der aeroben Schlammstabilisierung und wann Schlammfaulung realisiert wurde:

10 Umsteigen? 1. Rahmenbedingungen 2. Vergleich Faulung aerob. Stabilisierung 3. Umstellung auf Faulung 4. Fazit und Ausblick Wirtschaftlichkeit i. d. R. erfolgen keine Neubauten! Zentrale Frage: Ist es wirtschaftlich, eine nach dem Verfahren der aeroben Stabilisierung gebaute Kläranlage auf Faulung umzurüsten?? Lösungsansatz: Ableitung von Kostenfunktionen zur überschlägigen Prüfung der Umstellung!!

11 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Unter aktuellen Rahmenbedingungen in 2011: Wirtschaftlichkeit ab: ca EW Das heißt: OHNE jegliche Preissteigerung in Zukunft! 0 % AS Faulung Faulung teurer Faulung günstiger

12 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 4 % Preissteigerung: Unter Berücksichtigung der erläuterten Rahmenbedingungen sowie der Zukunftsentwicklungen wird den Betreibern von Kläranlagen mit einer Anschlussgröße von mehr als ca EW empfohlen, die Möglichkeiten einer Umstellung der Verfahrensführung auf ihrer Anlage zu untersuchen! Wirtschaftlichkeit ab: ca EW 4 % AS Faulung Faulung teurer Faulung günstiger

13 P-Bilanz 100 % 10 % % % 90 %

14 N-Bilanz 56 % 100 % 91 % 49 % 23 % 9 % 26 % 14 % 22 %

15 Vision Power-to-Gas Möglichkeiten der Umsetzung Sabatier Prozess ~95 % CH 4 Gasspeicher Faulbehälter Gasspeicher 65 % CH 4 BHKW BHKW Erdgasnetz 35 % CO 2 als Speicher H 2 für EE Eletrolyseur Stromnetz Strom aus Wind und Sonne Belebungsbecken & weitere Verbraucher

16 Power-to-Gas auf Kläranlagen

17 Fazit Vorteile von Faulungsanlagen bzgl. Energiebilanz und weiterer Schlammbehandlung und -entsorgung veränderte Rahmenbedingungen: Schlammfaulung auch bei kleineren Anschlussgrößen Klärschlamm = Multifunktionaler Rohstoff mit Zukunft Zukunftsvision (!?): Power-to-Gas Konzepte: Kläranlagen als Regelenergiebaustein im Erneuerbare-Energien-Konzept BMBF-Verbundvorhaben

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. Theo G. Schmitt, Dipl.-Ing. Oliver Gretzschel Technische Universität Kaiserslautern

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