Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft

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Die BMBF-Fördermaßnahme ERWAS

Forschung für eine energie- und ressourcenschonende Wasserwirtschaft der Zukunft

Die Faultürme in Bochum

Hintergrund und Ziele

StauseeWasser ist Voraussetzung und Basis für alles Leben auf unserem Planeten. Jeder Mensch hat das Recht auf einwandfreies und sauberes Trinkwasser und Sanitärversorgung (UN-Resolution 64/292). Um dieses Grundrecht zu sichern, hat die  Wasserwirtschaft für die Trinkwasserversorgung und die Abwasserentsorgung in den letzten 150 Jahren die größten Infrastruktursysteme unserer modernen Industriegesellschaft geschaffen. Die Erhaltung, die Weiterentwicklung und insbesondere der Betrieb dieser Systeme erfordert erhebliche materielle und andere Ressourcen. Eine der wichtigsten Ressourcen ist dabei Energie.

Ohne Energie kann keine wasserwirtschaftliche Anlage betrieben werden. Die in Deutschland vorhandenen Anlagen für die öffentliche Wasserversorgung und Abwasserbehandlung verbrauchen zusammen 6,6 TWh elektrische Energie pro Jahr, das entspricht dem jährlichen Strombedarf von etwa 1,6 Millionen Vier-Personen-Haushalten. Dabei sind die Kläranlagen mit 4,2 TWh pro Jahr die größten Stromverbraucher im kommunalen Bereich. Sie haben einen höheren Strombedarf als zum Beispiel Schulen oder die Straßenbeleuchtung. Durch Energiesparmaßnahmen und Effizienzsteigerung besteht hier ein geschätztes Einsparpotenzial von bis zu 25 % dieses Stromverbrauches.

Aber Wasser kann mehr! Es hilft dabei, Energie in Form von Strom, Wärme und Kraftstoffen bereitzustellen. Schon seit Jahrtausenden wird die Kraft des Wassers genutzt, um sich fortzubewegen und um mechanische Energie zu erzeugen. Und auch die modernen Anlagen der Trinkwasserversorgung und Abwasserentsorgung bieten ein großes Potenzial zur Deckung des Eigenbedarfs an Strom, Wärme/Kälte und Kraftstoffen aus eigenen Quellen. Zudem bieten die Anlagen der Wasserwirtschaft viele Chancen zur Unterstützung einer zukünftigen, auf erneuerbaren Energien beruhenden Energie- Infrastruktur zum Beispiel durch ein mit dem Stromnetz kommunizierendes Lastmanagement.

Es sind allerdings noch große Anstrengungen nötig, um die Potenziale zur Senkung des Energieverbrauchs bzw. zur Effizienzsteigerung sowie die Möglichkeiten der Eigenenergieversorgung zu nutzen und weiterzuentwickeln. Hier setzt die Fördermaßnahme „Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft (ERWAS)“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) an. Im Rahmen der Fördermaßnahme sollen neue Möglichkeiten erforscht werden, wasserwirtschaftliche Anlagen hinsichtlich ihrer Energiebilanz und des damit verbundenen Ressourceneinsatzes zu optimieren. Weiterhin soll untersucht werden, wie wasserwirtschaftliche Anlagen intelligent in die Wasser- und Energieinfrastruktur der Zukunft eingebunden werden können. Es werden vor allem Projekte unterstützt, die nach Abschluss der Forschungstätigkeit eine zeitnahe und effiziente Umsetzung in der betrieblichen Praxis der Anlagen zur Wasserversorgung und Abwasserentsorgung erwarten lassen.

Daten zur Fördermaßnahme ERWAS

  • Laufzeit: 11/2013 bis 10/2017
  • Fördervolumen: 28 Millionen Euro
  • 12 Verbundprojekte mit mehr als 80 Teilprojekten

Die Verbundforschungsvorhaben

Faultürme Kläranlage KasselIm Rahmen der ERWAS-Fördermaßnahme unterstützt das BMBF 12 Verbundforschungsvorhaben mit über 80 Partnern  aus Wissenschaft und Praxis. Es sollen sowohl Lösungsansätze für einen effizienteren und sparsameren Umgang mit Energie erarbeitet werden, als auch Wege für eine bessere Nutzung vorhandener Ressourcen zur Energieerzeugung in der Wasserwirtschaft geebnet werden. Um die Übertragung der Vorhabensergebnisse in die Praxis zu gewährleisten und die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten an den Bedürfnissen der Anwender auszurichten, arbeiten in allen Verbundprojekten Akteure aus Wissenschaft, Wirtschaft sowie von Kommunen und Ländern zusammen. Ein inhaltlicher Schwerpunkt der geförderten Projekte liegt in der Erarbeitung neuer Konzepte des Zusammenwirkens zwischen der Trinkwasser-, Abwasser- und Energiewirtschaft. Beispiele stellen die Nutzung des Lastmanagementpotenzials und der  Energiespeichermöglichkeiten der Wasserwirtschaft für die zukünftigen Energiesysteme dar. Hier wird unter anderen erforscht, inwiefern wasserwirtschaftliche Anlagen bei einem zukünftig stärker schwankenden Stromangebot aus regenerativen Quellen (Wind- und Solarenergie) eine ausgleichende Rolle als Energiequelle oder -senke  spielen können. Weiterhin sollen innovative Verfahren der Energieerzeugung und der Energiewandlung auf wasserwirtschaftlichen Anlagen entwickelt werden, so die optimierte Stromerzeugung in mikrobiellen Brennstoffzellen oder die Umwandlung von Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff in Methanol. Neue Wege zur verbesserten Erschließung der im Klärschlamm gebundenen Energiepotenziale bei gleichzeitiger Verwertung der im Abwasser enthaltenen Ressourcen wie Phosphor stehen ebenfalls im Fokus. In mehreren Verbundvorhaben steht die Nutzung der Energiepotenziale in den Anlagen der Wasserversorgung im Vordergrund. Ein thematischer Schwerpunkt liegt hier im Bereich der Betriebsoptimierung. Ein weiteres Forschungsthema ist die Energieoptimierung zukünftiger Anlagen zur Elimination von Spurenstoffen.

Thematische Schwerpunkte

Steigerung der Energieeffizienz - Energiegewinnung im Abwasserbereich

  • Technologie-Bausteine zur energetischen Optimierung
  • Regionale Stoffströme/Wertstoff-Rückgewinnung
  • Elimination von Spurenstoffen
  • Weiterentwicklung von Bio-Brennstoffzellen
  • Koppelung mit Energienetzen/Nutzung von Lastmanagement-Potenzialen

Energetische Optimierung von Wasserversorgungssystemen

  • Energieeffiziente Betriebsführung und Planung
  • Energie(rück)gewinnung
  • Koppelung mit Energienetzen/Nutzung von Lastmanagement-Potenzialen