Die Idee
Kläranlagen haben z.B. einen hohen Energieverbrauch im Reinigungsprozess und verursachen den Kommunen steigende Kosten bei der Klärschlammentsorgung insbesondere dann, wenn Dimensionierungsprobleme bestehen.
Kommunen verfügen über geeignete Substrate, die in Biogas umgesetzt werden können, ebenso enthalten die Prozessstoffe der Kläranlagen wertvolle Rohstoffe z.B. Phosphor, Kupfer u.a.
Kläranlagen in den Größen zwischen 25.000 und 150.000 EW (Einwohnergleichwerten) generieren aus dem Klärprozess Substrate, die Biogas mit einem Potential von 75-300 KW erzeugen können.
Geeignete Co-Substrate wie Grünschnitt, Laub, organische Reststoffe sind im Einzugsgebiet der Kommunen in der Regel verfügbar. Bei entsprechender Aufbereitung für den Einsatz als Co-Substrate lassen sich die Gasbildungspotentiale der Kläranlagen verdoppeln.
Die Verringerung von Klärschlammmengen und die Aufbereitung z.B. für eine Monoverbrennung schaffen Potentiale, die positiv auf Gebühren und Kosten wirken. Verfahrenstechnische Lösungen zur Überwindung von Dimensionierungsproblemen lassen sich in die Idee der Verringerung des eigenen Energieverbrauches und der Steigerung der Energieerzeugung mit dem Ziel optimaler Energieautarkie einbinden.
Die Innovation
Aufbauend auf den Erfahrungen der Biogasforschung sollen im Analogieschluss die in den Gemeinden und Städten anfallenden biologischen Reststoffe als Co-Substrate durch neue innovative Verfahren in den Kläranlagen zu Strom, Wärme und Düngemitteln umgewandelt werden. Der Einsatz von Biomasse-Co-Substraten ist bisher nicht praktiziert worden, um hauptsächlich negative Einflüsse auf die Verfahrenstechnik konventioneller Kläranlagen durch zusätzliche Stickstofffrachten zu vermeiden. Spezifische Lösungen, insbesondere zur Stickstoffeliminierung sind Gegenstand der Forschung und Entwicklung in diesem Antrag.
Die Rückgewinnung von Rohstoffen ist im Wesentlichen auf Großanlagen in industriellen Ballungsgebieten beschränkt. Mikrobiologische Ansätze zur Rohstoffgewinnung sind im Zusammenhang mit dem Aufschlussprozess zur Erzeugung organischer Säuren Gegenstand unserer Forschung und Entwicklung.
Ziel ist es weiterhin Schwermetalle mikrobiologisch so weit zu eliminieren, dass die Grenzwerte der einschlägigen Verordnungen eingehalten werden und eine landwirtschaftliche Verbringung weiterhin erfolgen kann. Durch eine spezifische Hygienisierung kann der Eintrag von pathogenen Keimen und endokrinen Stoffen in die menschliche Nahrungskette ausgeschlossen werden.
Die Rückgewinnung von Phosphor und Kupfer aus der Asche von Monoverbrennungsanlagen wird unter dem Gesichtspunkt eines Flächenlandes als konkurrierendes Verfahren untersucht, um Aussagen zur technischen Machbarkeit unter betriebswirtschaftlichen Bedingungen zu erzielen.
Das Potential
Kommunen stehen im Zuge von Bevölkerungswanderungen und einer negativen Demoskopie vor der Aufgabe, die Kläranlagen auf die neuen Anforderungen umzurüsten und die Belastungen für die Bürger moderat zu halten.
In den biologischen Reststoffen schlummern noch riesige ungenutzte Energiemengen und nutzbare, am Markt nachgefragte Rohstoffpotentiale.
Der für den Eigenbedarf produzierte Strom aus Biogas ist bereits jetzt konkurrenzfähig zum Einkauf von Strom aus fossilen Energieträgern.
Aus dem Forschungsbericht 205 26 307 des UBA-FB 001075 zur Steigerung der Energieeffizienz auf kommunalen Kläranlagen wird zusammenfassend festgestellt:
Die Perspektive
Mit dem gezielten Ausbau dieser Technologien, unterstützt durch die Forschung und mit neuer optimierter Technik, kann die deutsche Wirtschaft auf diesem Gebiet wiederum zum internationalen Marktführer aufsteigen. Die Beispiele der modernen Windkraft- und Biogasanlagen sprechen für sich.
Die Motivation
Betreiber von Kläranlagen sind eine relativ geschlossen agierende Sparte, die in kommunalen und körperschaftlich aufgestellten Verbänden angesiedelt ist. Die Strukturen sind historisch gewachsen und in sich gefestigt. Die dominierende Ausrichtung erfolgt auf die Einhaltung von vorgegebenen Werten bei stabilen Betriebsbedingungen.
Daraus kann gefolgert werden, dass die inneren Voraussetzungen zur Problemlösung deutlich hinter der Motivation und den Voraussetzungen von externen, leistungs- und forschungsorientierten Unternehmen liegen.
Kläranlagen sind individuell und von den Abwasserparametern im Einlauf sehr oft nicht vergleichbar. Durch langjährige Erfahrungen aus der Theorie und Praxis der Biogasbildung in landwirtschaftlichen Biogasanlagen, der Mitarbeit und Führung von Netzwerken in diesen Bereichen hat sich ein Potential von mittelständischen Unternehmen und Mitarbeitern entwickelt, die einer solchen Aufgabenstellung gewachsen sind. In der Forschung, der Laborarbeit, in der praktischen Ertüchtigung von schlecht laufenden Biogasanlagen haben sich Erfahrungswerte und Herangehensweisen entwickelt, die zielführend sind. Der Stand der Analytik/ Hardware ist für eine solche Herausforderung nutzbar und muss adaptiert und speziell neu ausgerichtet werden.