Innerhalb Europas entspricht der Energieverbrauch von Kläranlagen etwa 1 % des Gesamtenergieverbrauchs. Nach einem neuen Richtlinienentwurf der Europäischen Kommission müssen sie deshalb bis 2040 energieneutral werden. Wie Kläranlagen dieses Ziel erreichen können, untersucht der Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik der FAU in dem Projekt „Kläffizienter“, Folgeprojekt des dreijährigen Projektes „Kläffizient“. An dem dreijährigen Projekt sind die Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg, INVENT Umwelt- und Verfahrenstechnik AG und mehrere Betreiber kleinerer Kläranlagen sowie Stadtwerke beteiligt.
Biomethan durch Methanisierung
Im Fokus des ersten Projektes steht, so viel Methan wie möglich aus Klärgas zu gewinnen – in einem zweistufigen Prozess: Bei der Reinigung von Abwasser fällt Klärgas an, das aus Methan und Kohlendioxid besteht. Durch den Prozess der Methanisierung, also die Zugabe von Wasserstoff bei hohen Temperaturen, reagiert Kohlendioxid zu Methan und Wasser. Das aus dem Vorgang der Methanisierung gewonnene Methan kann mitsamt dem bei der Abwasserreinigung bereits entstandenen Methan direkt in das deutsche Erdgasnetz eingespeist werden.
Ein Problem, das die Forschenden zum Ende des Projektes „Kläffizient“ beschäftigt, ist der Stromverbrauch der Kläranlagen. Denn das Klärgas, das bei der Abwasserreinigung anfällt, wird gewöhnlich in Blockheizkraftwerken verbrannt, wodurch Wärme und Strom erzeugt werden. Wird das Klärgas stattdessen für die Erzeugung von Wasserstoff für die Methanisierung genutzt, fehlt den Kläranlagen dieser Strom.
Ziel von „Kläffizienter“: Energiemanagement der gesamten Kläranlagen
Im Folgeprojekt „Kläffizienter“ wollen die Forschenden dieses Problem lösen, indem sie Strom aus Wind und Photovoltaik flexibel nutzen und künstliche Intelligenz für das Energiemanagement einsetzen. Dafür prüfen sie die gesamte Kläranlage: „Wir wollen vom reinen Gasmanagement weg hin zu einem gesamtheitlichen Energiemanagement der Kläranlage mit Methanisierung“, erklärt Projektkoordinator Jürgen Karl. Das Forschungsteam untersucht, wie eine Kläranlage so betrieben werden kann, dass ihr Stromverbrauch bei Bedarf angepasst wird und sich beispielsweise an der volatilen Erzeugung von Wind und Photovoltaik und den Strompreisen orientiert. Das erzeugte Methan kann im Gasnetz russisches Erdgas ersetzen und die Treibhausgasemissionen der kommunalen Abwasserreinigung deutlich reduzieren.
