Im Klärwerk Nürnberg wird der Methanisierungsreaktor im Rahmen des Projekts „Kläffizient“ installiert.

Bild: Susanne Vogel, Stadt Nürnberg

Energieverfahrenstechnik Kläranlagen als Strom- und Gasanbieter?

02.12.2020

Im Projekt „Kläffizient“ simulieren drei Partner das Potenzial von Klärwerken als Strom- und Gasanbieter auf dem Energiemarkt. Zentrale Technologie dabei ist die Methanisierung, bei der Kohlendioxid unter Zugabe von Wasserstoff zu Methan und Wasser reagiert.

Bei der Reinigung von Abwasser fällt Klärgas an, das zu zwei Dritteln aus Methan und zu einem Drittel aus Kohlendioxid besteht. Während der Methananteil des Klärgases in Blockheizkraftwerken zur Wärme- beziehungsweise Stromerzeugung genutzt wird, entweicht das klimaschädliche CO2 in die Atmosphäre. Mithilfe der Methanisierung lässt sich das Treibhausgas allerdings bei hohen Temperaturen und unter Zugabe von Wasserstoff zu Methan und Wasser umwandeln.

Das Projekt „Kläffizient“ simuliert und erforscht nun das Potenzial von Klärwerken als Strom- und Gasanbieter auf dem Energiemarkt. Koordiniert wird es vom Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), beteiligt sind auch die Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg (SUN) und die Firma Eta Energieberatung. Das Projekt startete im Oktober 2020 und wird über drei Jahre vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit etwa 400.000 Euro gefördert.

CO2 aus Kläranlagen binden

„Die Methanisierung ist eine Schlüsseltechnologie der Energiewende. Nur als Methan kann Wasserstoff aus erneuerbaren Energien einfach, jederzeit und überall genutzt werden“, sagt Projektkoordinator Prof. Jürgen Karl vom Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik der FAU. „Gleichzeitig wird das CO2 aus unseren Kläranlagen klimawirksam gebunden.“

Der benötigte Wasserstoff stammt dabei idealerweise aus der Elektrolyse von Wasser, die mit Strom aus erneuerbaren Energien betrieben wird. Bei der Elektrolyse entsteht Sauerstoff, den die Kläranlagen zur biologischen Reinigung des Schmutzwassers nutzen können.

„Der Methanisierungsmodellanlage im Klärwerk Nürnberg wird allerdings keine Elektrolyse vorgeschaltet, der Wasserstoff kommt für den Versuchsbetrieb noch aus Flaschen“, erklärt Matthias Germeroth, Energiemanager bei SUN. Bei der Simulation des Energiesystems der Kläranlage im Modell werde die Elektrolyse jedoch berücksichtigt.

Grünes Gas für Wärme und Strom liefern

Der „digitale Zwilling“ ist neben der Modellanlage die zweite tragende Säule des Projekts. Mit seiner Hilfe soll simuliert werden, wie sich eine Kläranlage flexibel auf die wechselnden Strom- und Gaspreise einstellen kann.

Wenn etwa der Strompreis im Winter steigt, weil die Photovoltaikanlagen weniger liefern, kann die Kläranlage ihre Stromproduktion erhöhen. Im Sommer bietet sie dann Biomethan beziehungsweise Bioerdgas an, das direkt zum Endverbraucher geleitet oder gespeichert wird.

„Unser Ziel ist eine wirtschaftliche Betriebsweise von Klärwerken, die die Umwelt nicht belastet, sondern entlastet und dabei noch ‚grünes Gas‘ für unsere Wärme- und Stromversorgung gewinnt“, sagt Volkmar Schäfer von Eta.

Details zum Projekt

Bildergalerie

  • Funktionsschema von „Kläffizient“

    Bild: FAU

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