12. 10. 2021
Verfasst von: Michael Sievers

Abwasser als Energie- und Rohstoffquelle

Das Bild zeigt das Klärbecken der Kläranlage Northeim. — Für die Kläranlage Northeim entwickeln Forschende eine Anlage, die Klärschlamm klimafreundlich verwertet und Phosphor, Stickstoff und Magnesium zurückgewinnt.

Um Abwasser zu behandeln oder Rohstoffe aus Reststoffen zu gewinnen, werden in der Regel Energie und Chemikalien benötigt. Im Hinblick auf unsere Klimaschutzziele versprechen klimafreundliche Kreislaufwirtschaftskonzepte deutliche Vorteile – sowohl für den Technologieanbieter als auch für den Nutzer. Das Clausthaler Forschungszentrum CUTEC entwickelt neue Konzepte und Technologien für eine klimafreundliche Nutzung von Abwasser als Ressource in zwei Verbundprojekten.

Kreislaufwirtschaft und Klimaschutz kombinieren

Kläranlagen sind oft die größten Energieverbraucher von Kommunen. Dies könnte mit Hilfe neuartiger bio-elektrochemischer Brennstoffzellen geändert werden. Wie die Abwasserreinigung nachhaltiger konzipiert werden kann, will die Abteilung Abwasserverfahrenstechnik des CUTEC-Forschungszentrums der Technischen Universität Clausthal in dem Verbundvorhaben DEMO-BioBZ demonstrieren, das vom Bundesforschungsministerium (BMBF) gefördert wird. Die Forscherinnen und Forscher wollen nachweisen, das sich Abwasser energieeffizient und vollständig gemäß den gesetzlichen Anforderungen reinigen lässt, idealerweise mit einem Energieüberschuss.

Biobrennstoffzelle mit Kathode, Anode und Reaktionsraum — Mit neuartigen bio-elektrochemischen Brennstoffzellen, hier eine Pilotanlage, soll der hohe Energieverbrauch in Kläranlagen reduziert werden.

Durch biologische Stoffwechselprozesse werden die organischen Schmutzstoffe des Abwassers abgebaut und direkt in Strom umgewandelt. Dieser Ansatz, der aufgrund des Entwicklungsstands vor allem für kleinere Kläranlagen bis 5.000 Einwohnerwerten interessant ist, soll nun am Standort Goslar in die weltweit erste kommunale Demonstrationskläranlage mit Biobrennstoffzellen umgesetzt werden. Darüber hinaus will das Forschungsteam eine zumindest teilweise Entfernung von Mikroschadstoffen nachweisen.

Klimafreundliche und reststofffreie Klärschlammverwertung

Ein Nebenprodukt der Abwasserbehandlung ist Klärschlamm. Der gilt als wertvolle Quelle für Rohstoffe: vor allem für Phosphor, aber auch für Stickstoff, Metalle und Mineralstoffe. Die Rückgewinnung und Verwertung dieser Rohstoffe ist in der Regel mit einem erheblichen stofflichen und energetischen Aufwand verbunden. Eine deutlich klimafreundlichere Möglichkeit testen die Wissenschaftler in dem vom BMBF geförderten Verbundprojekt KlimaPhoNds. Für die Kläranlage Northeim entwickeln sie beispielhaft eine Demonstrationsanlage im technischen Maßstab, um aufzuzeigen, dass eine klimafreundliche und reststofffreie Klärschlammverwertung mit Kreisläufen für Phosphor, Stickstoff und Magnesium möglich ist.

Kläranlagen können noch mehr Phosphor biologisch eliminieren, indem Phosphatfällungsprodukte separat abgetrennt werden und ein phosphatarmer Schlamm erzeugt wird. Voraussetzung hierfür ist eine Verbesserung der biologischen Phosphataufnahme und -rücklösung in der Abwasser- beziehungsweise Schlammbehandlung. Die Klimafreundlichkeit ergibt sich aus der neuartigen mehrfachen Nutzung von kläranlagenintern produzierter Wärme und Verwertung von getrocknetem, phosphatarmen Klärschlamm als Brenn- und Zuschlagstoff für die Zementindustrie.