Kläranlagen und Wasserstoff besitzen das große Potenzial verschiedener Synergien. Neben verschiedener Möglichkeiten der Wasserstofferzeugung gibt es vor Ort vielseitige Nutzungspfade für den erzeugten Wasserstoff, die anfallende Abwärme und den produzierten Sauerstoff.
Erzeugung von Wasserstoff aus Faulgas
Aus dem Reinigungsprozess des Abwassers resultieren zwei wesentliche Produkte: Faulgas und Klärschlamm. Beide Stoffe entstehen während des Faulprozesses in den Faultürmen der Anlage (siehe Bild). Das Faulgas besteht zu einem erheblichen Anteil aus Methan und wird heutzutage meistens direkt am Standort in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) verwertet. Aufgrund des hohen Methangehalts ist es jedoch auch möglich das Faulgas zu reformieren. Ähnlich zur Erdgasreformierung, wird hierbei das Methan mittels chemischer Reaktion, unter Zugabe von Wasser, in Wasserstoff umgewandelt.
Erzeugung von Wasserstoff aus Klärschlamm
Der anfallende Klärschlamm wird meist einer Verbrennung zugeführt. Alternativ kann er jedoch auch zur Wasserstofferzeugung genutzt werden. Hierzu wird dieser in einer entsprechenden Anlage vergast. Die Vergasung von Klärschlamm fällt unter die sogenannte thermische Verwertung. Hierbei wird das Ausgangsmaterial unter Sauerstoffmangel verbrannt, so dass keine vollständige Verbrennung stattfinden kann. Produkt dieses Verfahrens ist ein Synthesegas, welches anschließend zu Wasserstoff aufbereitet werden kann.
Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse
Der vor Ort im BHKW erzeugte Strom kann eine Elektrolyseanlage versorgen, welche Wasserstoff herstellt. Mithilfe der elektrischen Energie wird hier Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff gespalten.
Kläranlagen und Wasserstoff bieten verschiedene Nutzungspfade
Der erzeugte Wasserstoff kann auf verschiedene Weise am Standort der Kläranlage genutzt werden. So ist beispielsweise eine Einspeisung ins lokale Erdgasnetz denkbar. Ebenso kann er die Fahrzeugflotte des Abwasserunternehmens versorgen und so einen Anteil zur Emissionsreduzierung beitragen.
Nutzung von Abwärme im Klärprozess
Die Reinigungsprozesse einer Kläranlage besitzen einen hohen Wärmebedarf. Die Abwärme, welche beispielsweise bei der Elektrolyse entsteht, kann zur Versorgung dieser Prozesse genutzt werden.
Nutzung von Elektrolyse-Sauerstoff im Klärprozess
Die Besonderheit der Kläranlage ist ihr Bedarf an Sauerstoff. Hieraus ergeben sich Synergien mit der Elektrolyse, welche neben Wasserstoff reinen Sauerstoff produziert. Es gibt verschiedenen Möglichkeiten den Sauerstoff zu nutzen, was wiederum verschiedene Vorteile bietet. Beispielsweise kann er in die Belüftung der Abwasserreinigung eingebracht werden. Alternativ ist eine Nutzung in einer spezifisch angepassten Hochlastreinigung möglich.
Zusammenfassung und Ausblick
Kläranlagen besitzen das Potenzial auf verschiedene Weise Wasserstoff zu erzeugen. Die Abfallprodukte Faulgas und Klärschlamm sowie der BHKW-Strom können zur Wasserstoffherstellung genutzt werden. Nicht nur der so erzeugte Wasserstoff, auch die entstehende Abwärme oder der Elektrolyse-Sauerstoff können wiederum am Standort selbst Anwendung finden. Solche Synergien können einen positiven Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Kläranlage haben.
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Foto: Mit freundlicher Genehmigung der StEB Köln.