Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft

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AP 1: Energieströme der technischen Infrastruktur im Fokus der Abwasserbehandlung

Ansprechpartner:

Arthur Dornburg, m+p consulting Süd GmbH, Klaus-Mann-Platz 1, 80636 München

Dr. Julia Klinger, HSE Abwasserreinigung GmbH & Co. KG, Frankfurter Straße 110, 64293 Darmstadt

Kurzbeschreibung:

In AP1 erfolgt die Erfassung und Visualisierung der dynamischen Energieströme der Kläranlage im Zusammenspiel mit technischer Infrastruktur, Weiterentwicklung der Kläranlage zum Energiesystemdienstleister im sektorübergreifenden Zusammenspiel von Energieströmen (Strom, Wärme, Kälte aber auch möglichen Speichermedien wie z.B. Klärschlamm, Substrate, Faulgas). Die Arbeitsschwerpunkte sind:

  • Erfassung, Analyse und Bewertung des Ist-Zustands der Energieströme des Teilsystems Kläranlage auf Basis von statischen Kennzahlen bis hin zu einer dynamischen Abbildung (Tages-, Wochen-, Monatsgang) exemplarisch am Beispiel des ZKW Darmstadt
  • Erarbeitung einer Energiesimulation zur Abbildung des Tagesgangs mit dem Ziel einer Untersuchung von verschiedenen potentiellen Technologien der Energieerzeugung und -speicherung als Bausteine für die Entwicklung eines micro smart grids
  • Untersuchung und Bewertung des Teilsystems Kläranlage in der Interaktion mit dem Gesamtsystem, d.h. zum Energieversorgungsunternehmen, angrenzender technischer Infrastruktur (Müllheizkraftwerk) bzw. Industriebetrieben
  • Entwicklung und Untersuchung von Varianten für eine Abwasserbehandlung der Zukunft am Beispiel des ZKW Darmstadt sowohl unter Berücksichtigung des Ist-Zustandes, der Energiesimulation sowie den untersuchten Bausteine eines micro smart grids als auch der Berücksichtigung der Interaktion mit dem Gesamtsystem

AP 2.1: Faulung: Weiterentwicklung für einen flexibilisierten Betrieb (Speicher und Hochlastfaulung)

Ansprechpartner:

Dr. Christian Schaum, TU Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwassertechnik, Franziska-Braun-Straße 7, 64287 Darmstadt

Dr. Markus Engelhart, EnviroChemie GmbH, In den Leppsteinswiesen 9, 64380 Rossdorf

Dr. Ursula Schließmann, Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, Nobelstraße 12, 70569 Stuttgart

Kurzbeschreibung:

Die Ziele in AP2.1 sind die Optimierung der Faulung für eine flexible Energienutzung (Wärmespeicher, Stoßbeschickung, Faulgasproduktion/-verwertung, etc.), die Entwicklung/Erweiterung von Betriebs- und Bemessungsansätzen (Nutzung von Co-Substraten) und die Entwicklung/Erweiterung der Anwendung von neuen Faulverfahren (Hochlastfaulung). Die Arbeitsschwerpunkte sind:

  • Durchführung von labor- und halbtechnischen Versuchen zur Optimierung der Faulung für einen flexibilisierten Betrieb in Hinblick auf energetische Fragestellungen (Lastmanagement). Ableitung von Kennzahlen als Basis für eine großtechnische Umsetzung
  • Durchführung von labor- und halbtechnischen Versuchen zur Hochlastfaulung. Weiterentwicklung in Bezug auf Variation von Eingangssubstraten und Stoßbelastungen.
  • Vergleich und Bewertung von konventioneller Faulung und Hochlastfaulung bei flexibilisierten Randbedingungen (Temperaturänderungen, Stoßbelastung, Co-Substrat, Integration der Thermodruckhydrolyse)
  • Scale-up der erzielten Forschungsergebnisse zur Einbettung der Faulung/Hochlastfaulung als Baustein der Abwasserbehandlung der Zukunft

AP 2.2: Thermodruckhydrolyse: Relevanz als Wärmesenke und zur Klärschlammhydrolyse

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Michael Sievers, Clausthaler Umwelttechnik-Institut GmbH (CUTEC), Leibnizstraße 21+23, 38676 Clausthal-Zellerfeld

Kurzbeschreibung:

In AP2.2 werden Verfahrenskombinationen für eine Nutzbarmachung von schwerabbaubaren Substanzen, z.B. durch Nutzung von „überschüssiger“ Energie (Wärmesenke) oder regenerativen Energien (Solarthermie) mittels Thermodruckhydrolyse entwickelt. Die Arbeitsschwerpunkte sind:

  • Durchführung von labor- und halbtechnischen Versuchen zum Einsatz der Thermodruckhydrolyse zur Optimierung der Faulung bzw. zur verbesserten anaeroben Abbaubarkeit von schwerabbaubaren Substanzen/Schlämmen und Ableitung von Reaktionskinetiken
  • Untersuchung des Einsatzes von Oxidationsmitteln in Kombination mit der Thermodruckhydrolyse zur Reduzierung schwerabbaubarer Substanzen im Prozesswasser
  • Integration der Thermodruckhydrolyse in die flexibilisierte Faulung/Hochlastfaulung und Entwicklung von Betriebskonzepten für den Einsatz einer Thermodruckhydrolyse als Wärmesenke („überschüssiger Wärme“) insbesondere im Hinblick auf die Auswirkungen der Effekte der Hydrolyse

AP 2.3: Thermische Klärschlammbehandlung: Baustein für eine zukünftige Klärschlammverwertung

Ansprechpartner:

Jörn Frank, Dr. Born – Dr. Ermel GmbH, Finienweg 7, 28832 Achim

Kurzbeschreibung:

In AP2.3 wird ein Gesamtsystem der thermischen Klärschlammwertung unter Berücksichtigung von neuen Verfahren entwickelt. Ziel ist hier die Implementierung einer nachhaltigen Klärschlammverwertung bei einer hohen Betriebs- /Entsorgungssicherheit, d.h. Optimierung bezüglich der energetischen als auch stofflichen Nutzung (Phosphorrückgewinnung). Die Arbeitsschwerpunkte sind:

  • Konzeptentwicklung für eine thermische Klärschlammverwertung, insbesondere für dezentrale Einheiten, unter Berücksichtigung der Anforderungen eines flexibilisierten Energiesystems auf der Kläranlage (Integration der Ergebnisse bezüglich Faulung/Hochlastfaulung und Thermodruckhydrolyse) sowie ökologischer (Emissionen thermischer Behandlungsverfahren) und ökonomischer Auswirkungen
  • Berücksichtigung von Ansätzen für eine Phosphorrückgewinnung, insbesondere aus den Aschen der thermischen Klärschlammverwertung
  • Einbettung der thermischen Klärschlammbehandlung in die Kläranlage der Zukunft insbesondere durch Nutzung der über die thermische Verwertung bereitgestellten Wärme

AP 3: Ökologische Bewertung der Energieeinsparung vs. der Umweltauswirkungen

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Liselotte Schebek, TU Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Stoffstrommanagement und Ressourcenwirtschaft, Franziska-Braun-Straße 7, 64287 Darmstadt

Kurzbeschreibung:

In AP3 erfolgt die ökologische Bewertung der Maßnahmen zur Energieoptimierung im Hinblick auf die Umweltauswirkungen bzw. auf die Abwasser-/Klärschlammbehandlung. Die Arbeitsschwerpunkte sind:

  • Ökobilanzielle Modellierung der Energie- und Stoffflussbilanz des Teilsystems Kläranlage für sich sowie in Interaktion mit dem Gesamtsystem
  • Integration der Energiesimulation in die ökologische Sachbilanz unter Berücksichtigung auf die daraus resultierenden Effekte bei Interaktion mit dem deutschen Stromnetz
  • Vertiefte ökobilanzielle Untersuchung von ausgewählten Varianten für eine Abwasserbehandlung der Zukunft mit Ableitung von Kennzahlen und Entscheidungshilfen

AP 4: Sektorübergreifende Motivations- und Hemmnisanalyse und multikriterielle Implementierungsanalyse

Ansprechpartner:

Dr. Shahrooz Mohajeri, inter 3 GmbH – Institut für Ressourcenmanagement, Otto-Suhr-Allee 59, 10585 Berlin

Kurzbeschreibung:

In AP4 erfolgt eine Analyse von treibenden und hemmenden Faktoren für die untersuchten Verfahrensvarianten, sektorübergreifende Organisation, Integration von Entscheidungsträgern, multikriterielle Bewertung, indem aufbauend auf einer betriebswirtschaftlichen Betrachtung weitere ökonomische, ökologische und soziale Kosten und Nutzen einfließen. Die Arbeitsschwerpunkte sind:

  • Durchführung einer Konstellationsanalyse der Status-Quo-Konstellation der Klärschlammbehandlung im Teilsystem Kläranlage und im Gesamtsystem zur Beschreibung des Zusammenwirkens der relevanten technischen, ökonomischen, sozialen und politisch-administrativen Elemente
  • Entwicklung von Handlungs- und Diffusionsstrategien unter Berücksichtigung von potenziellen Treibern und Akzeptanzproblemen/ Hemmnissen für Verfahrensvarianten zur Klärschlammbehandlung
  • Durchführung einer multikriteriellen Bewertung der Verfahrensvarianten unter Beachtung von volks- und betriebswirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Indikatoren und Integration der Ergebnisse in eine Bewertungsmatrix

AP T: Entwicklung eines integrierten anwenderorientierten Planungswerkzeug für die Einbindung von Abwasserbehandlungsanlagen in ein Energieverbundsystem

Ansprechpartner:

Dr. Christian Schaum, TU Darmstadt, Institut IWAR, Fachgebiet Abwassertechnik, Franziska-Braun-Straße 7, 64287 Darmstadt

Dr. Shahrooz Mohajeri, inter 3 GmbH – Institut für Ressourcenmanagement, Otto-Suhr-Allee 59, 10585 Berlin

Kurzbeschreibung:

In AP T wird ein Planungswerkzeugs für die Einbindung der Kläranlage in ein Energieverbundsystem entwickelt. Die Realisierung erfolgt dabei in einer Kombination von Leitfaden und Anwendertool. Die Arbeitsschwerpunkte sind:

  • Identifizierung der Funktionen des Planungswerkszeugs für den Nutzungskontext und Synthese der Nutzeranforderungen in ein Designkonzept
  • Zusammenführung und Teilstandardisierung der Analysenergebnisse und Kennzahlen des gesamten Verbundprojektes in ein Planungswerkzeug
  • Umsetzung (Interface und Funktionalitäten) und Validierung des Planungswerkzeuges