Kreislaufwirtschaft: wie Abwässer nachhaltiger und fast klimaneutral aufbereitet werden können
Ihr hoher Energiebedarf lässt Abwasseraufbereitungsanlagen zu einem der kostenintensivsten Sektoren überhaupt werden, da für die Entsorgung von Abwässern in die Umwelt oder die Wiederverwendung enorme Energiemengen nötig sind. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur wird der weltweite Stromverbrauch für die Abwasseraufbereitung 2040 mehr als 60 % mehr Strom verbrauchen als 2014, da die Abwassermenge, die aufbereitet werden muss, ansteigt.
Rückgewinnung von Ressourcen statt bloßer Abwasserentsorgung
Vor allem dürfen Kläranlagen nicht nur als Entsorgungsinstrument gesehen werden, sondern auch als wertvoller Rohstofflieferant. Somit ist ihr Potenzial enorm, Trinkwasser zu produzieren, Nährstoffe und schadstofffreie Materialien rückzugewinnen und durch energieeffiziente Prozesse sowie regenerative Stromerzeugung die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu senken. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts SMART-Plant untersuchen europaweite Innovatoren für Abwasseraufbereitung gemeinsam, wie vorhandene Kläranlagen mit Technologien zur Rückgewinnung wertvoller Stoffe aus Abwässern nachgerüstet werden können, um marktfähige Produkte herzustellen. Zudem wurden im Projekt neue Systeme zur Überwachung des Energieverbrauchs und des CO2-Fußabdrucks der Abwasseraufbereitung entwickelt.
Intelligente Technologien zur Materialrückgewinnung
„SMART-Plant entwickelte innovative umweltfreundliche Lösungen, die Versorgern aufzeigen, wie sie ihre Abwasseraufbereitungsanlagen zur Ressourcenrückgewinnung nutzen, die Energiebilanz und den CO2-Fußabdruck verringern und den Betrieb digitalisieren können“, merkt Projektkoordinator Francesco Fatone an. In sieben Pilotanlagen demonstrierte das Projekt verschiedene Technologien (SMARTechs). In den Niederlanden entwickelten die Projektpartner ein Verfahren zur Isolierung von Cellulose aus Abwässern und der Erzeugung sauberer Cellulosefasern. In Israel demonstrierten die Partner einen patentierten anaeroben Biofilter, der Abwasser in erneuerbare Energie (Biogas) umwandelt. Mit dem SCEPPHAR-Verfahren spanischer Partner können gleichzeitig Abwässer aufbereitet und Produkte zurückgewonnen werden (bis zu 50 % aus Phosphor- und PHA-reichen Schlämmen). PHA ist ein äußerst vielversprechendes Biopolymer, das Kunststoffe auf Ölbasis ersetzen kann. In einem britischen Pilotprojekt wurde ein Ionenaustauschverfahren zur Rückgewinnung von Ammoniak und Phosphor aus Sekundärabwässern demonstriert. Diese Stoffe könnten dann in der Chemie- und Düngemittelindustrie wiederverwendet werden. In Italien werden mit den Nebenstromverfahren SCENA und SCEPPHAR Schlämme mit hohem Stickstoff- und Phosphorgehalt behandelt, sodass bis zu 85 % des Stickstoffs entfernt wird. Phosphor wird in Form von Struvit zurückgewonnen und ein PHA-angereicherter Schlamm produziert, bei gleichzeitiger Senkung der Energiekosten um bis zu 20 %. In Griechenland wird SCENA mit thermischer Hydrolyse gekoppelt, um ammoniakreiche Schlammabwässer aufzubereiten. Die mit SMARTechs extrahierten Ressourcen (Cellulose, Nährstoffe und PHA) werden dann mittels zweier „Downstream SMARTechs“ zu Produkten umgewandelt. Mit der ersten Technologie werden aus Cellulose und PHA Bioverbundstoffe für die Baustoffindustrie oder Konsumgüterproduktion erzeugt. Die zweite Technologie beruht auf dynamischer Kompostierung zur Produktion kommerzieller Düngemittel oder Biokraftstoffe aus cellulose- und phosphorreichen Schlämmen.
Ausräumen von Hürden für die Kreislaufwirtschaft
Die Wasserbranche ist ein wichtiger Motor für die Zukunft der Kreislaufwirtschaft, deren Ziel es ist, Ressourcen möglichst lange nutzen zu können. „SMART-Plant zufolge könnten Wasserversorger zu einem Motor der Kreislaufwirtschaft werden, wenn die Betreiber ihre zögerliche und skeptische Haltung aufgeben und sich ökologischen Innovationen zur Ressourcenrückgewinnung öffnen“, erklärt Fatone. Hierfür bezogen die Projektpartner das Personal lokaler Wasserversorger in großtechnische Pilotanlagen ein und stellten Schulungen und Handbücher zur Verfügung. „Dies zeigte den Betreibern, wie Systeme zur Ressourcenrückgewinnung die Haltung zur Abwasseraufbereitung schrittweise und ohne negativen Einfluss auf vorhandene Ressourcen oder Mehraufwand verändern können“, erklärt Fatone. Das breite Spektrum der SMART-Plant-Technologien zeigt, dass Abwasser kein Abfall, sondern eine Ressource ist.
Schlüsselbegriffe
SMART-Plant, Abwasseraufbereitung, Rohstoffrückgewinnung, PHA, Cellulose, Kreislaufwirtschaft, Stickstoff, Biogas, Phosphor