Markus Schröder, Aachen

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1 Die Zukunft der ressourcenund energieoptimierten Kläranlage Markus Schröder, Aachen

2 Was heißt energieoptimiert? Definitionen [Energiehandbuch NRW, i.v.] Vollständige Energieautarkie Vollständige abwasserinduzierte Energieautarkie Bilanzielle Energieautarkie Bilanzielle abwasserinduzierte Energieautarkie Inselbetrieb Energieautonomie Null-Energie-Kläranlage Energieneutrale Kläranlage Energieintelligente Kläranlage Energieplus-Kläranlage Zugelieferte Primärenergieträger Rationelle Energieanwendung Energiemanagementsysteme nach DIN-EN-ISO 50001

3 Was heißt energieoptimiert? Definitionen [Energiehandbuch NRW, i.v.] Vollständige Energieautarkie Die vollständige Energieautarkie beschreibt den Zustand, dass eine Abwasseranlage in der Lage ist, den Energieverbrauch jederzeit durch die lokal auf dem Kläranlagengelände verfügbaren Eigenenergiequellen zu decken. Vollständige abwasserinduzierte Energieautarkie Vollständige abwasserinduzierte Energieautarkie liegt vor, wenn der Energieverbrauch jederzeit nur durch die abwasserinduzierten Eigenenergiequellen, also ohne Nutzung von lokaler Wind- und Solarenergie und ohne Energie aus zugelieferten Primärenergieträgern, abgedeckt wird.

4 Was heißt energieoptimiert? Definitionen [Energiehandbuch NRW, i.v.] Bilanzielle Energieautarkie Im Unterschied zur vollständigen Energieautarkie wird hier der Energiebedarf nicht jederzeit durch die Eigenenergiebereitstellung gedeckt, sondern bilanziell nur im Jahresmittel. Bilanzielle abwasserinduzierte Energieautarkie Im Unterschied zur vollständigen abwasserinduzierten Energieautarkie wird hier der Energiebedarf nicht jederzeit durch die Eigenenergiebereitstellung gedeckt, sondern bilanziell nur im Jahresmittel.

5 Was heißt energieoptimiert? Definitionen [Energiehandbuch NRW, i.v.] Energieautonomie Energieautonomie bezeichnet den Zustand, dass eine Abwasseranlage als unabhängig agierendes System in der Lage ist, den Energieverbrauch jederzeit ohne Anbindung an die Energienetze und ohne sonstige externe Energiequellen zu decken. Ein Inselbetrieb wäre dabei möglich, wenn die technischen Voraussetzungen geschaffen würden.

6 Was heißt energieoptimiert? Definitionen [Energiehandbuch NRW, i.v.] Energieintelligente Kläranlage Als energieintelligente Kläranlage werden Anlagen bezeichnet, die die Interaktion mit den umgebenden Energienetzen (Strom, Gas, Wärme) als wesentliche Zielgröße definiert haben. Dies sind zum Beispiel Anlagen, die Regelenergie bereitstellen oder sich an einem virtuellen Kraftwerk beteiligen. Es ist eine Verknüpfung mit den smarten Netzen der Zukunft auf Prozessleitebene notwendig. These: Die ressourcen- und energieoptimierte Kläranlage der Zukunft wird eine energieintelligente Kläranlage sein!

7 Was heißt energieintelligent? Smart energy Smart grid Smart = klug, intelligent Smart metering Smart operator Intelligente Interaktionen Smart energy zwischen services einer Kläranlage und den Infrastrukturnetzen (Strom, Gas, Tankstellen, ) durch erweitertes Einspeise- Smart net und Lastmanagement Smart energy network Smart economy..

8 Die Kläranlage der Zukunft ein komplexes System Kläranlage Bildquelle modifiziert und erweitert nach: Stemplewski, 2012!

9 Alle benötigten Energieformen betrachten! 15 bis 100 kwh / (E BSB5 a) ähnlich Strom, jahreszeitlich schwankend (bei getrennter anaerober Schlammstabilisierung) ( ) Bilanzielle Energieautarkie meist gegeben 5 bis 7,5 kwh / (EBSB5 a)?

10 Auch bei R&E abwassertechnisches Gesamtsystem betrachten! Gebäude Kanäle Kläranlage Wasserkraft Photovoltaik Klägas, Klärschlammverbrennung Windkraft Photovoltaik Wasserkraft ^^^^ Power to X Abwasserwärme Geothermie Solarthermie Abwasserwärme Geothermie Solarthermie Biomethan, Wasserstoff, Methanol Abwasserwärme Geothermie Solarthermie

11 Beispiel: Wasserstoff auf Kläranlagen - Potenziale

12 Gesamtkonzept EuWaK Biomasse Bioabfall Klärschlamm Gaserzeugung Gasaufbereitung z.b. Faulung, Pyrolyse, Reinigung, Reformierung Hydrolyse Sauerstoffspeicher Erdgas Abwasserreinigung (Haupt- oder Nebenstrom) H2 aus Faulbzw. Biogas Interner Stromverbrauch (z. B. Gebläsestation) Luft Biogas Biomethan Sauerstoff Strom Wasserstoff Wärme Legende Sonstige Stoffströme Interner Wärmeverbrauch Wind Elektrolyseur Sonne Wasserstoffspeicher Wasserstoffnutzung Brennstoffzelle, Gasmotor, Gasturbine Wasser Fahrzeugbetankung H2 und O2 aus Wind+Sonne EVU-Netz

13 Methanolsynthese auf Kläranlagen

14 Methanolsynthese auf Kläranlagen

15 Methanolsynthese auf Kläranlagen

16 Getauchte Bio-Brennstoffzelle zu Vorreinigung (Kohlenstoff) Zulauf Sandfang Vorklärung C-Quelle DN N DN Belebungsbecken Energie für Rezirkulation entfällt! Rechen Erhöhte Energiegewinnung in der Faulung Filter Ablauf Bildquelle Brennstoffzelle:

17 Ökologischer Fußabdruck Deutschland: April 2016!!! Quelle:

18 Das Drei-Säulen-Modell der Nachhaltigkeit Ziel: Alle drei Säulen müssen im Gleichgewicht sein Neue Bewertungsansätze bei der Kläranlage der Zukunft Soziales Ökonomie Ökonomie Ökologie Soziales

19 Aufgabe der Wasserwirtschaft: Schutz der Ressource Wasser Aber im Sinne der Nachhaltigkeit: Ganzheitliche Bewertung des Ressourcenverbrauchs für die Aufgabenerfüllung Neue Planungsansätze bei der Kläranlage der Zukunft

20 Nachhaltiger Bau von Kläranlagen Baustoffeinsatz bisher: Baustoffeinsatz zukünftig: Cradle-to-Grave-Prinzip Cradle-to-Cradle-Prinzip Life-Cycle-Engineering Nachhaltige Planung Ist ein zweiter, dritter, Durchlauf des Lifecycles betrachtet worden? Quelle: EPEA, 2014 Materialienzersetzung Nährstoffe Künstliche Materialien Zirkulation auf nachwachsende Rohstoffe gleichbleibendem Qualitätsniveau

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!