Energie- und Ressourcenbewirtschaftung der Zukunft. Markus Schröder, Aachen. DWA Landestagung NRW Recklinghausen 30. Juni 2011

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1 Energie- und Ressourcenbewirtschaftung der Zukunft Markus Schröder, Aachen DWA Landestagung NRW Recklinghausen 30. Juni 2011

2 Treffen sich zwei Planeten. Fragt der eine Wie geht s denn so? Och, ganz gut. Und Dir? Nicht so gut, ich habe Mensch. Du, dass ist kein Problem, hatte ich auch mal, gibt sich von selbst. Naturschutz? Die Natur braucht uns nicht, um sich zu schützen, aber vielleicht schützt sich die Natur irgendwann vor dem Menschen! Nachhaltiger Erhalt unseres Lebensraumes!

3 Das Drei-Säulen-Modell der Nachhaltigkeit Soziales Ökologie Ökonomie Ökonomie überlagert alles! Arbeitsplätze gefährdet Steuern und Gebühren zu hoch Belastung der Wirtschaft zu hoch. Offensichtlich zählt nur das Heute!

4 Energie- und Ressourcenbewirtschaftung? Warum? Die Erdgeschichte zusammengerafft auf ein Kalenderjahr Entstehung fossiler Energieträger Bildquelle: Claussen, D.:Abbildung aus dem Informationszentrum der Schleswag AG auf der Insel Pellworm

5 Fossile Energieträger sind endlich statische Reichweite fossiler Energieträger insgesamt < 100 Jahren (auch Uran!) 2,3 sec vor Mitternacht Erste verwendbare Dampfmaschine (1712) Bisheriger Verbrauch fossiler Energieträger Zukünftiger Verbrauch fossiler Energieträger

6 Demografischer Wandel Bevölkerungsentwicklung 2050 Heute Erste verwendbare Dampfmaschine 1712, knapp 700 Mio Menschen leben auf der Erde n. Chr.

7 ER = Wesentliche, förderfähige Erdölreseven Beispiel Erdöl ER EV [Mrd. t] Rang [Mrd. t/a] Rang USA 4,1 12 0,903 1 China 2,0 14 0,369 2 Japan 0,211 3 Indien 0,135 4 Russland 10,3 7 0,130 5 Deutschland 0,109 6 Kanada 4,3 11 0,108 7 Brasilien 1,9 15 0,105 8 Saudi-Arabien 35,3 1 0,104 9 Südkorea 0, Mexiko 0, Frankreich 0, Iran 18,3 3 0, Italien 0, Großbritannien 0, Spanien 0, Indonesien 0, Taiwan 0, Singapur 0, Niederlande 0, Venezuela 28,2 2 Irak 15,3 4 Kuweit 13,5 5 Ver. Arab. Emirate 13,0 6 Libyen 6,2 8 Kasachstan 5,3 9 Nigeria 5,0 10 Quatar 3,5 13 Summe: 166,2 2,989 Gesamtverbrauch 2010: 3,831 3) Gesamtverbrauch 2001: 3,310 2) EV = Erdölverbrauch der 20 größten Verbraucher Wesentliche, förderfähige Erdölreserven ca. 166 Mrd. t Gesamtverbrauch 2008 ca. 3,8 Mrd. t Statische Reichweite Erdöl: 166 / 3,8 = rund 43 Jahre 1) umgerechnet aus Zeitschrift Stern, Heft 25/2011 2) Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Energiestudie ) wikipedia.de 4) BIP Statistic Review of world energy

8 ER = Wesentliche, förderfähige Erdölreseven Beispiel Erdöl ER EV [Mrd. t] Rang [Mrd. t/a] Rang USA 4,1 12 0,903 1 China 2,0 14 0,369 2 Japan 0,211 3 Indien 0,135 4 Russland 10,3 7 0,130 5 Deutschland 0,109 6 Kanada 4,3 11 0,108 7 Brasilien 1,9 15 0,105 8 Saudi-Arabien 35,3 1 0,104 9 Südkorea 0, Mexiko 0, Frankreich 0, Iran 18,3 3 0, Italien 0, Großbritannien 0, Spanien 0, Indonesien 0, Taiwan 0, Singapur 0, Niederlande 0, Venezuela 28,2 2 Irak 15,3 4 Kuweit 13,5 5 Ver. Arab. Emirate 13,0 6 Libyen 6,2 8 Kasachstan 5,3 9 Nigeria 5,0 10 Quatar 3,5 13 Summe: 166,2 2,989 Gesamtverbrauch 2010: 3,831 3) Gesamtverbrauch 2001: 3,310 2) EV = Erdölverbrauch der 20 größten Verbraucher Weltweiter Verbrauch stiege auf deutsches Niveau Reichweite Erdöl: nur noch rund 18 Jahre 1) umgerechnet aus Zeitschrift Stern, Heft 25/2011 2) Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe: Energiestudie ) wikipedia.de 4) BIP Statistic Review of world energy

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10 Bildquelle:

11 Wasserwirtschaft als Wegbereiter? Warum? Planungshorizonte / Abschreibungszeiten / Lebenszyklen

12 Wasserwirtschaft als Wegbereiter? Warum? Gewässer als Fieberthermometer unserer Gesellschaft Integrale Wasserwirtschaft rund um das Gewässer

13 Prognose der Stromkosten bezogen auf Basisjahr 2010

14 Und was bedeutet das konkret? Beispiel Kläranlage

15 Energieoptimierung auf Kläranlagen - Ziele 1. Schritt: Reduzierung Energieverbrauch durch Verbrauchseinsparung Beispiel: Reduzierung des Lufteintrages in die biologische Hauptstufe Effizienzsteigerung Beispiel: Energiesparende Pumpen mit einer kwh wird mehr geleistet 2. Schritt: Optimierung des Energiebezuges durch günstigen Strom-, Wärme- und Kraftstoffeinkauf Verbesserung der Eigenenergieerzeugung

16 Energieoptimierung auf Kläranlagen was muss zukünftig anders werden? jährlich wiederkehrender Energiecheck nach dem DWA A 216 (Entwurf) kläranlagenspezifische Kenn- /Idealwerte (zum Beispiel für den spez. Stromverbrauch), Vergleich mit anderen KA nur als Hilfsmittel bei Bedarf (aus Energiecheck) Energieeffizienzanalyse am KA-spezifischen Modell Einbindung von Energiewerten ins Benchmarking Bildquelle: Entwurf DWA A 216

17 Energieoptimierung auf Kläranlagen was muss zukünftig anders werden? Energieeffizienzanalyse immer mit Bilanz der Treibhausgase

18 Bildquelle:

19 Energieoptimierung auf Kläranlagen was muss zukünftig anders werden? Energieeffizienzanalyse immer mit Bilanz der Treibhausgase (z.b. zuviel Energiesparen bei der Belüftung Lachgasemission) Differenzierung bleibende dynamische Energieeinsparung Beispiel Belüftung Belebungsbecken Beckengeometrie, Anordnung Belüftung und Umwälzung Austausch Belüfter Bildquelle: Flow Concept

20 Reaktivierung Reaktivierung Austausch Belüfter Bleibende Einsparung Dynamische Einsparung Energieoptimierung auf Kläranlagen Dynamisch steigender Stromverbrauch durch Alterung Belüfter

21 Energieoptimierung auf Kläranlagen was muss zukünftig anders werden? Energie- und Stoffstrom-Management (ESSM) Kläranlage Strom Klärschlamm Heizöl/Diesel/Benzin Betriebsstoffe Fremdschlämme, Abfall Fäll-/Flockungsmittel Rechen-/Sandfanggut Strom, Wärme Kraftstoff

22 Zahlenwerte: Wagner (2003) Reichweite der Phosphorreserven (Folie Univ.-Prof. J. Pinnekamp) Entnahme 18,4 x 10 6 tp/a Reichweite Reserve: 87 Jahre Reichw. Reserve+Vorräte: 271 Jahre Berechnung ist statisch: Entnahme wird steigen Reserve wird steigen nachgewiesen Reserve abbauwürdig Kosten < 40 $/tp 2 O 5 1,6 x 10 9 t P Verbesserte Fördertechnik Vorräte noch nicht abbauw. Kosten > 40 $/t P 2 O 5 5,0 x 10 9 t P (noch) nicht nachgewiesen Ressourcen 13,1 x 10 9 tp Exploration

23 Zahlenwerte: Wagner (2003) Reichweite der Phosphorreserven (Folie Univ.-Prof. J. Pinnekamp) Entnahme 18,4 x 10 6 tp/a Reichweite Reserve: 87 Jahre Reichw. Reserve+Vorräte: 271 Jahre Berechnung ist statisch: Entnahme wird steigen Reserve wird steigen nachgewiesen Reserve abbauwürdig Kosten < 40 $/tp 2 O 5 1,6 x 10 9 t P Recycling = vom Phosphor zum Phosphor Verbesserte Fördertechnik Vorräte noch nicht abbauw. Kosten > 40 $/t P 2 O 5 5,0 x 10 9 t P (noch) nicht nachgewiesen Ressourcen 13,1 x 10 9 tp Exploration

24 Metalle der seltenen Erden (Folie Prof. Ernst Ulrich von Weizäcker) Yttrium Energiesparlampen, LCD- und Plasmabildschirme, LEDs, Brennstoffzelle

25 Co-Fermente sind Stoffströme, die auf Kläranlagen optimal genutzt werden Potenziale + > 1,0 TWh/a (ohne Faulbehälter-Neubau) Steigerung der Stromerzeugung aus Faulgas gegenüber 2006 um 100 % Vier-Personen-Haushalte Qualität der Abwasserbehandlung

26 Bildquelle: Was ist das Kernproblem von Wind- und Solarstrom? Fluktuierende Verfügbarkeit!

27 Bildquelle: Was ist das Kernproblem von Wind- und Solarstrom? Fluktuierende Verfügbarkeit! Einige Voraussetzungen für Erfolg von Desertec: Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ), ansonsten zu hohe Übertragungsverluste Dauerhafter Good Will aller Beteiligten? Gegeben wegen Selbstschädigung der Staaten bei Boykott?

28 Bildquelle: Was ist das Kernproblem von Wind- und Solarstrom? Fluktuierende Verfügbarkeit! Atlantropa (1920 bis 1960): Staudamm bei Gibraltar sollte Mittelmeer abschotten zur Landund Energiegewinnung (elektrische Energie für ganz Europa) Gründe für Scheitern des Projektes (u.a.) Politische Folgen waren unabsehbar große Verwundbarkeit für Terroranschläge und Unfälle

29 Bildquelle: Was ist das Kernproblem von Wind- und Solarstrom? Fluktuierende Verfügbarkeit! Zum Beispiel Pumpspeicherwerke in Norwegen

30 Dezentrale Systeme verknüpft über intelligente Netze ( smart grid ) Energiesee (Speicher- und Transportmedium Strom) Strom- Einspeisungen Strom- Entnahmen

31 Dezentrale Systeme verknüpft über intelligente Netze ( smart grid ) Energiesee (Speicher- und Transportmedium Wasserstoff) Wasserstoff- Einspeisungen (Erdgasnetz) Wasserstoff-, Erdgas- Entnahmen (Erdgasnetz)

32 Energie- Verbrauch H 2 - Speicher H 2 - Erzeugung Quelle Die energieautarke, wasserstoffbasierte Kläranlage Klär- Biomasse, schlamm Bioabfall Wasser- Kraft Wind Solar Wärmerückgewinnung Geothermie Bio-/Faulgas Elektrolyseur Wasserstoff Kraftstoff Sauerstoff Wärme

33 Energie- Verbrauch H 2 - Speicher H 2 - Erzeugung Quelle Die intelligente ( smarte ) Kläranlage ( Hybridkraftwerk KA ) als Bestandteil des Energiesees Klär- Biomasse, Wasser- Wind Solar schlamm Bioabfall Kraft Bio-/Faulgas Elektrolyseur Wasserstoff Strom Sauerstoff

34 Energie- Verbrauch H 2 - Speicher H 2 - Erzeugung Quelle Die intelligente ( smarte ) Kläranlage ( Hybridkraftwerk KA ) als Bestandteil des Energiesees (Windflaute, Nacht) Thermische Wind Solar Verwertung Klär- Biomasse, schlamm Bioabfall Wasser- Kraft Bio-/Faulgas Elektrolyseur Schlammspeicher Brennstoffzelle +Ultracaps Wasserstoff Strom Sauerstoff

35 Dezentrale Systeme verknüpft über intelligente Netze ( smart grid ) Energiesee Speicher- und Transportmedium Biomethan Biomethangas- Einspeisungen Biomethangas- Entnahmen

36 Anzahl Veröffentlichungen Wasser-Energie und Rohölpreis KA-Schwerpunktheft Energie und Wasser Anzahl Veröffentlichungen Energie und Wasser Entwicklung des Rohölpreises

37 Anzahl Veröffentlichungen Wasser-Energie und Rohölpreis KA-Schwerpunktheft Energie und Wasser Anzahl Veröffentlichungen Energie und Wasser Entwicklung des Rohölpreises Nachhaltigkeit = Dauerhafte Beschäftigung mit dem Thema

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39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!