Klimacheck auf Kläranlagen Dr.-Ing. Manja Steinke Bochum

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1 Klimacheck auf Kläranlagen Dr.-Ing. Manja Steinke Bochum 14. März 2016 Verden

2 Anlass Klimawandel durch Treibhausgase Kläranlage Energieverbrauch und -bereitstellung Ressourceneinsatz Prozessbedingte Emissionen

3 Global Warming Potential (GWP) IPCC - Intergovernmental Panel on Climate Change Bezug GWP auf 100 Jahre Verweilzeit Atmosphäre Strahlungswirkung GWP [Jahre] [Wm -2 ppb -1 ] [CO 2 -eq] Kohlenstoffdioxid CO , Methan CH , Distickstoffmonoxid N 2 O 114 3, Flourchlorkohlenwasserstoffe FCKW 1, ,09-0, Schwefelhexaflourid SF , Bildquelle: klimanavigator.de

4 CO 2 -eq-emissionen Deutschland Deutschland: 11 t CO 2 -eq/einwohner uba.klimaktiv-co2-rechner.de, Stand 2013

5 Wesentliche Emissionsquellen einer Kläranlage Strom Heizöl, Flüssiggas, Erdgas Betriebsmittel Baustoffe Lachgas N 2 O Methan CH 4 Schlamm, Rechengut, Transport, Behandlung

6 Energiebedingte Emissionen Elektrizitätsbedarf Klärwerk E 40 kwh/(e a) 450 t CO 2 -eq/a 570 g CO 2 / kwh UBA 2015, Bundesdurchschnitt, Stand 2014

7 Energiebedingte Emissionen Wärmebedarf Erdgas 290 g CO 2 -eq/kwh Heizöl 335 g CO 2 -eq/kwh Flüssiggas 292 g CO 2 -eq/kwh l = 4 t CO 2 -eq werk21.de Bezug: Primärenergiegehalt; Berücksichtigung direkter und indirekter Emissionen

8 Umfassende Betrachtung Energieverbrauch Energieproduktion Energiebezug Standortbedingungen Förderhöhen Abwasseranfall/ -zusammensetzung Verfahrenstechnik Verfahrensstufen Anforderungen Verbraucher E-MSR Reserven Nutzungsdauer

9 Energieanalyse nach DWA-A 216 anlagenspezifische Randbedingungen Bewertungskriterien 1 Spezifischer Gesamtstromverbrauch kwh/(e a) 2 Spezifischer Stromverbrauch Belebung - Belüftung kwh/(e a) 3a Spezifische Faulgasproduktion l/(e d) 3b Spezifische Faulgasproduktion m³/(t otr) 4 Grad der Faulgasumwandlung in Kraft/Elektrizität % 5 Eigenversorgungsgrad Elektrizität % 6 Spezifischer externer Wärmebezug kwh therm /(E a)

10 Betriebsmitteleinsatz Eisen-III-Chlorid 1,15 t CO 2 -eq/t Erfahrungswerte (DWA-A 202, 2011) Klärwerk E Zulauffracht 36 kg P/d K p 20 mol Me/ kg P 120 t CO 2 -eq/a Verfahren Produktwahl Optimierte Einmischung Dosier-Regelkonzept

11 Transporte Entsorgung/ Verwertung Rechengut, Sand, Schlamm, Siebgut Beschaffung Fäll- und Flockungsmittel Benzin Diesel 2,78 kg CO 2 -eq/l 2,94 kg CO 2 -eq/l Klärschlamm Anlagengröße E (aerobe Stabilisierung) 100 km einfache Fahrt ca. 60 t/a

12 Lachgasemissionen

13 Lachgasemissionen Biologische Reinigungsstufe

14 Lachgasemissionen Nitrifikation O 2 niedrig NO 3 -N hoch N 2 O wechselnde Milieubedingungen ph-wert, Zusammensetzung Biomasse etc. O 2 hoch Kampschreur et al. (2009), verändert Denitrifikation NO 3 -N hoch C/N niedrig Unzureichende Belüftung Hohe organische Belastung (kombiniert mit unzureichender Belüftung) Geringes Schlammalter Hemmstoffe Geringe Temperatur Hohe NH 4 - Konzentration Zu hohe Belüftung in N-Zone CSB- Limitierung Zulaufcharakteristik Zulaufcharakteristik Zu effiziente Vorklärung

15 Lachgasemissionen Forschungsergebnisse zum Anteil des Lachgases: Großer Schwankungsbereich! Belebungsanlagen 0,01 bis 22 % N 2 O/ N ges,zu E: Zulaufbelastung ca. 80 t Gesamt-Stickstoff /a 0,8 bis 17,6 t Lachgas /a GWP bis t CO 2 /a

16 Methanemissionen GWP von Methan = 25 anaerober Abbau Kohlenstoffverbindungen Methanbildung Gezielter Abbau in der Faulung Methanverluste BHKWs von 0,5 bis 1,5 % Gesamtbetrachtung von Klärwerken - wenige Werte

17 Methanemissionen Messkampagne in den Niederlanden Klärwerk Kralingseveer EW = E google.de Daelman et al. 2012

18 Methanemissionen Gesamt: 302 ± 83 kg CH 4 /d 0,0113 kg CH 4 /kg CSB E 250 t CO 2 -eq/a Erstellt auf Basis: Daelman et al. 2012

19 Grenzen und Forschungsbedarf Strom Fällmittel Transport Schlamm 630 t CO 2 -eq/a N 2 O CH t CO 2 -eq/a

20 Lösungsansatz Bausteine einer klimaneutralen Energieversorgung CO 2 -Reduzierung Betriebliche Maßnahmen zur Senkung Energiebedarf Verfahrenstechnische Maßnahmen zur Senkung Energiebedarf Eigenproduktion regenerativer Energien Bezug regenerativer Energien photovoltaik.eu

21 Fazit Erfordernis einer umfassenden Betrachtung Anlagenspezifische Randbedingungen und Verfahrenstechnik Energiebilanz / Klimabilanz wiederholte Überprüfung in Abhängigkeit aktueller Randbedingungen, Erfolgskontrolle Bilanzierung prozessbedingter Emissionen Forschungsbedarf

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! www. tuttahs-meyer.de