Wasser Infrastruktur Ressourcen (Institut)

arrived - Machbarkeitsstudien

Klimafreundliche und ressourceneffiziente Anwendung der Wasserelektrolyse zur Erzeugung von regenerativen Speichergasen sowie einer weitergehenden Abwasserbehandlung zur Mikroschadstoffelimination auf Kläranlagen

Projektlaufzeit: 01/2018 - 08/2018 (Machbarkeitsstudien), Umsetzung veraussichtlich ab 4.Quartal 2020

Bearbeitung durch:tectraa

Bearbeiter:

Finanzierung durch: Wirtschaftsbetrieb Mainz (WBM)

Projektpartner:

  • HydroIngenieure, Kaiserslautern und Düsseldorf
  • Greenpeace Energy eG, Hamburg

Projektbeschreibung

Die Verknüpfung regenerativer Energieerzeugung und dem hieraus resultierenden Speicherbedarf im Energienetzmit der Elimination von Mikroschadstoffen auf kommunalen Kläranlagen stellt einen innovativen und zukunftsweisenden Ansatz dar. Ziel ist es hierbei, kommunale Kläranlagen mit einer Wasserelektrolyse und einer Verfahrensstufe zur Mikroschadstoffelimination auszustatten und beide Verfahrensstufen gekoppelt zu betreiben.
Für die Mikroschadstoffelimination kommt neben der Aktivkohleadsorption auch die Elimination mittels Ozonbehandlung in Frage. Die Elektrolyse erfüllt einerseits die Funktion, Sauerstoff als Ausgangsprodukt für die Ozonierung bereitzustellen. Damit besteht auf der Kläranlage eine ressourceneffiziente Verwertungsmöglichkeit für dieses eigentliche „Nebenprodukt“ des Elektrolyseprozesses. Das ozonierte Abwasser wird nachfolgend zur Elimination von möglichen Transformationsprodukten über einen biologisch aktivierten Aktivkohlefilter (GAK) geführt.
Das andererseits als Hauptprodukt bei der Elektrolyse erzeugte regenerative Speichergas Wasserstoff kann unterschiedlich genutzt werden. Im Fokus der Verwendung steht dabei die Langzeitspeicherung als wichtiger Beitrag und Baustein der Energiewende. Somit kommen i. b. eine Einspeisung ins Gasnetz, ggf. aber auch eine Stromerzeugung in vorhandenen BHKW-Anlagen durch Beimischung zum Faulgasstrom, in Betracht. Zu einem späteren Zeitpunkt kann auch die Methanisierung von CO2 (35%-Bestandteil im Faulgas, Verbrennungsluft der SVA) eine weitere sinnvolle Option sein.

Die auszuarbeitende Konzeptstudie ermittelt die planerischen Randbedingungen für die Errichtung einer solchen Anlage und soll die prinzipielle Machbarkeit in Mainz aufzeigen. Es werden verschiedene Ausbauszenarien beschrieben (80.000 bis 100.000 EW & 400.000 EW). Dabei liegt der Fokus auf der Teilstrombehandlung für eine Pilotierungsphase; eine mögliche zukünftige Erweiterung (Modulare Bauweise) auf eine Vollstrombehandlung wird in der Planung berücksichtigt.

Die Konzezptstudie verbindet Untersuchungen zu zwei innovativen Verfahren (Spurenstoffelimination, Einbindung in Energienetze) und deren Kombination, wobei vor allem für den zuletzt genannten Bereich der Elektrolyse bei Nutzung von Überschussstrom bislang nur wenige Erfahrungen, und diese außerhalb von Kläranlagen, vorliegen. Diese müssen im Rahmen der Studie auf die Randbedingungen einer Kläranlage übertragen werden.

Veröffentlichungen

Gretzschel, Oliver; Kanitz, Kim; Steinmetz, Heidrun; Pick, Erich (2021): Innovative Coupling of Energy Transition and Water Protection on a Municipal Wastewater Treatment Plant in Germany – Barriers and Challenges,15th International Renewable Energy Storage Conference (IRES 2021) online, 16-18. March 2021 download

Gretzschel, Oliver; Schäfer, Michael; Steinmetz, Heidrun; Hochgürtel, Herbert; Krieger, Stefan; Alt, Klaus; Pick, Erich; Kanitz, Kim (2019): Weitergehende Abwasserbehandlung zur Mikroschadstoffelimination auf Kläranlage in Kombination mit energiewendedienlicher Wasserelektrolyse. Tagungsbeitrag. DWA Landesverbandstagung Baden-Württemberg am 15./16.10.2019, Pforzheim Download

Gretzschel, Oliver; Schäfer, Michael; Steinmetz, Heidrun; Hochgürtel, Herbert (2019): Power to Gas kombiniert mit einer weitergehenden Spurenstoffelimination - innovatives Konzept auf der Kläranlage Mainz; Vortrag; 10 Jahre HydroIngenieure Energie & Wasser, 6. November 2019, Hambach Download

Gretzschel, Oliver; Schäfer, Michael; Steinmetz, Heidrun; Pick, Erich; Kanitz, Kim; Krieger, Stefan (2020): Advanced Wastewater Treatment to Eliminate Organic Micropollutants in Wastewater Treatment Plants in Combination with Energy-Efficient Electrolysis at WWTP Mainz. In: Energies 2020,13, no. 14: 3599; Special Issue: Wastewater Treatment and Resource Recovery; doi.org/10.3390/en13143599; https://www.mdpi.com/1996-1073/13/14/3599

Gretzschel, Oliver (2020): Ein Leuchtturmprojekt auf der Kläranlage Mainz. In: UniSpectrum …das Magazin der TU Kaiserslautern, Hrsg: Präsident und Freundeskreis der TU Kaiserslautern, Ausgabe 4, Dezember 2020, Kaiserslautern. https://www.uni-kl.de/fileadmin/prum/03_Pressearbeit/UniSpectrum/2020/unispec_0420.pdf aufgerufen am 25.12.2020. Download  (300 dpi)

 

Weitere Links:

Pressemitteilung des Umweltminsteriums RLP zu arrived

arrived im Umweltinnovationprogramm

Das Projekt auf der Seite des Wirtschaftsbetrieb Mainz (WBM)