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28-11-2019 | Abwassertechnik | Im Fokus | Article

Effizienzsteigerung der konventionellen Abwasserwärmenutzung

Author: Christoph Berger

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Wissenschaftler arbeiten an einer effizienten Nutzung industrieller und gewerblicher Abwässer. So soll der gesamte Gebäudewärmebedarf Deutschlands zu 27 Prozent durch die Abwasserwärmenutzung abgedeckt werden.

Es wäre sinnvoll, wenn überschüssige und bislang ungenutzte industrielle und gewerbliche Abwärme, die ohnehin schon bezahlt und produziert sei, noch in einer weiteren Art und Weise genutzt werden könnte, sagt Professor Dr. Karsten Körkemeyer, der das Fachgebiet Baubetrieb und Bauwirtschaft an der TU Kaiserslautern leitet. Beispielsweise gebe es bei der Produktion von Glas, Aluminium und Stahlerzeugnissen viele Prozesse, bei denen ungenutzte Abwärme anfalle. Ein konkretes Beispiel dazu wird im Kapitel "Energierückgewinnung aus Industrieabwässern" des Springer-Fachbuchs "Abwasserrecycling: Technologien und Prozesswassermanagement" vorgestellt: Dort wird die für die Raumheizung und die Wassererwärmung des Ludwig-Windhorst-Hauses in Lingen (Niedersachsen) benötigte Energie aus dem gereinigten Abwasser der nahe gelegenen Erdölraffinerie Emsland gewonnen. Rolf Stiefel schreibt: "Die vergleichsweise hohen Abwassertemperaturen (ganzjährig zwischen 25 und 35 °C) erlauben einen äußerst effizienten Betrieb der 20-kW-Wärmepumpe. Diese wird unterstützt durch zwei Blockheizkraftwerke und einen Spitzenlast-Heizkessel. Der Beitrag der regenerativen Abwasserenergie an der gesamten Wärmebereitstellung beträgt rund 35 Prozent."

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Energierückgewinnung aus Industrieabwässern

Eng verbunden mit der Rückgewinnung von Wertstoffen aus Abwässern ist die Energierückgewinnung daraus. Zwei wichtige Arten der Energieformen (s. Abb. 7.1) sind in vielen Industrieabwässern vorhanden, zum einen die Abwasserwärme und zum anderen die organischen Abwasserinhaltsstoffe, die in Form von CSB- und BSB5-Frachten mitgeführt werden.

Auch Körkemeyer und sein Team befassen sich zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) Karlsruhe und der Stadtbetrieb Abwasserbeseitigung Lünen AöR mit einem Ansatz, bei dem bisher ungenutzte industrielle beziehungsweise gewerbliche Abwärme gezielt auf das Abwasser übertragen, in der bestehenden Kanalisation "stromabwärts" transportiert und schließlich genutzt werden kann. Schon heute werde laut Studien in Deutschland mit der bisher praktizierten Abwasserwärmenutzung rund zehn Prozent des gesamten Gebäudewärmebedarfs gedeckt. Käme noch die industrielle Abwärme hinzu, könnte der Anteil auf 27 Prozent des gesamten Wärmebedarfs in Deutschland gesteigert werden, ist sich Körkemeyer sicher. Bereits 2012 schrieben Prof. Dr.-Ing. Oliver Christ und Dr.-Ing. Ralf Mitsdoerffer in ihrem Fachbeitrag "Abwasserwärmenutzung: ein Mosaikstein zur Energiewende am Beispiel einer Anlage in Straubing" der Springer-Fachzeitschrift "Wasser und Abfall" (Ausgabe 5/2012), dass die Abwasserwärmenutzung ein Mosaikstein sei, um die notwendige Energiewende zu schaffen. Wobei die jetzt prognostizierten 27 Prozent schon weit über einen Mosaikstein hinausgehen dürften.

Interessant für Kommunen mit industriellen Produktionsstätten

Die bisherigen Untersuchungen von Körkemeyer, seinem Team und seinen Partnern lassen den Schluss zu, dass es prinzipiell zwei Varianten gibt, mit denen sich die Wärme aus dem Abwasser übertragen lässt. Bei Variante 1 wird die Wärme aus dem Industrieabwasser direkt genutzt. In Variante 2 kommt ein Wärmekreislauf zum Einsatz, der die Wärme vom Ort ihrer Entstehung zum Abwasserkanal transportiert und dort auf das Abwasser überträgt – die dazu benötigte Technik ist laut den Wissenschaftlern schon seit Jahren auf dem Markt, lediglich die Komponenten müssten neu zusammengesetzt werden. Um generell die Wärme nutzen zu können, setzt man auf unterschiedliche Wärmetauscher-Systeme.

Die Wissenschaftler aus Kaiserslautern erklären, dass bei Wärmetauschern, die Abwasser als Wärmequelle nutzen, das Wasser aus hygienischen und betriebstechnischen Gründen stets von dem Medium des Wärmeaustauschers getrennt werden muss. Letzteres, in der Regel Wasser oder ein Wasser-Glykolgemisch, wird dann zur Wärmepumpe geleitet. Später wird das abgekühlte Wasser wieder zurück zum Wärmetauscher transportiert. Wärmepumpen werden ausführlich im gleichnamigen Kapitel des Springer-Fachbuchs "Energieautarke Gebäude" besprochen.

Gerade für Kommunen, in denen es industrielle Produktionsstätten gibt, sei das Verfahren laut den Wissenschaftlern interessant. Über eine Berechnungssoftware, die sie Kommunen auf ihrer Internetseite zur Verfügung stellen, können sich diese schnell einen Überblick verschaffen, ob das Verfahren auch bei ihnen in Frage kommen könnte.

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