In einer Zeit, in der Umweltprobleme und Klimawandel an Bedeutung gewinnen, wird die nachhaltige Nutzung von Ressourcen immer zentraler. Eine oft vernachlässigte Ressource ist Abwasser. Innovatives Abwasserrecycling bietet zahlreiche Möglichkeiten, die nicht nur die Umwelt schonen, sondern auch wirtschaftliche Vorteile bringen. In diesem Blog werden verschiedene Methoden und Technologien untersucht, die das Potenzial des Abwasserrecyclings nutzen und damit einen Beitrag zu einer nachhaltigen Zukunft ermöglichen.
Die Abwasserwärmenutzung ist ein Verfahren zur Nutzung der im Abwasser enthaltenen Wärmeenergie. In den meisten Fällen hat das Abwasser aus Haushalten und Industrien eine hohe Temperatur. Diese kann mit Hilfe von Wärmetauschern zur Beheizung von Gebäuden oder zur Warmwasserbereitung genutzt werden.
Herkömmliche Wärmetauscher aus Edelstahl werden in neue oder sanierte Abwasserkanäle eingebaut. Das warme Abwasser fließt durch die Wärmeübertrager, die von einer kalten Flüssigkeit durchströmt werden. Eine Wärmepumpe erhitzt die erwärmte Flüssigkeit weiter und ermöglicht so die Nutzung zum Heizen oder Kühlen von Gebäuden. Im Sommer können Gebäude mit einer umschaltbaren Wärmepumpe gekühlt werden, indem die überschüssige Wärme abgegeben wird.
Die Wirksamkeit der Wärmerückgewinnung aus Abwasser hängt von mehreren Faktoren ab, unter anderem von der Art der Anlage und den örtlichen Gegebenheiten. Da Abwasser wärmer als Luft oder Grundwasser ist, ist diese Methode in der Regel effizienter als andere.
Die ursprünglichen Investitionskosten für Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen sind höher als für konventionelle Heizsysteme, aber aufgrund der stabilen und kostengünstigen Energiequelle Abwasser sind die Betriebskosten langfristig niedriger. Marktanalysen zeigen, dass die Wärmegestehungskosten an geeigneten Standorten bei etwa 7 Cent pro kWh liegen können.
Die im Abwasser enthaltene Energie könnte in Deutschland bis zu 15 % des Wärmebedarfs im Gebäudesektor decken. Besonders geeignet sind Standorte in Wohngebieten, Gewerbegebieten oder öffentlichen Einrichtungen in der Nähe von großen Abwasserkanälen oder Kläranlagen mit hohem Wärmebedarf.
Kläranlagen stellen weitere Optionen für die Energiegewinnung dar. Bei dem Umgang mit Abwasser wird Klärschlamm gebildet, der in Biogasanlagen vergoren wird. Biogas, das dabei entsteht, kann für die Erzeugung von Strom und Wärme verwendet werden. Im Jahr 2020 wurden von deutschen Kläranlagen etwa 1.118 GWh Strom durch die Verstromung von Biogas erzeugt. Dies entsprach ungefähr 36 Prozent des eigenen Strombedarfs.
Die Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm ist ein weiterer wichtiger Faktor, der in Deutschland ab 2029 verpflichtend sein wird. Phosphor ist ein unverzichtbarer Nährstoff und spielt eine bedeutende Rolle in Düngemitteln. Mit neuen Verfahren wie der Pyrolyse, einem thermochemischen Prozess, bei dem organische Materialien unter Sauerstoffausschluss bei hohen Temperaturen (meist zwischen 400 und 800 Grad Celsius) zersetzt werden, kann Phosphor aus Klärschlamm effizient zurückgewonnen werden. Während der Pyrolyse werden organische Verbindungen in Gase, Öle und feste Rückstände umgewandelt, wobei der Phosphor im festen Rückstand verbleibt und als Dünger eingesetzt werden kann. Dadurch kann die Abhängigkeit von Phosphorimporten deutlich reduziert werden.
Die aus Abwasser gewonnene Wärme bietet vielseitige Anwendungsmöglichkeiten und kann nicht nur zum Heizen von Gebäuden, sondern auch für verschiedene städtische Projekte genutzt werden. Ein besonders vielversprechender Ansatz ist die Nutzung der Abwärme in Urban Gardening und Urban Farming, wo städtische Flächen für die Nahrungsmittelproduktion erschlossen werden. Durch die Einspeisung der Wärme in lokale Gewächshäuser können Pflanzen das ganze Jahr über unter optimalen Bedingungen angebaut werden, unabhängig von den saisonalen Außentemperaturen. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Ernte von frischem Obst und Gemüse, was die regionale Versorgung verbessert und Transportwege reduziert.
Die Integration von Abwasserwärme in Nahwärmenetze stellt eine besonders effiziente und nachhaltige Lösung für die Wärmeversorgung in urbanen Räumen dar. Nahwärmenetze sind lokale Versorgungsstrukturen, die Wärme über kurze Distanzen von zentralen Erzeugungsanlagen direkt zu den Verbrauchern leiten. Indem die aus Abwasser gewonnene Wärme in diese Netze eingespeist wird, lassen sich gleich mehrere Vorteile realisieren. Einer der größten Vorteile besteht darin, dass die Transportwege der Wärme kurz und damit die Wärmeverluste minimal sind. Dies erhöht die Energieeffizienz des gesamten Systems deutlich und minimiert den Bedarf an zusätzlichen fossilen Energieträgern.
Moderne Kläranlagen entwickeln sich zunehmend zu multifunktionalen Energie- und Rohstoffzentren, in denen Klärschlamm nicht mehr nur als Abfallprodukt, sondern als wertvolle Ressource betrachtet wird. Neben der Biogaserzeugung, bei der durch anaerobe Vergärung aus Klärschlamm Energie in Form von Methan gewonnen wird, und der Phosphorrückgewinnung, die als wichtiger Schritt zur nachhaltigen Düngemittelproduktion dient, gibt es eine Reihe weiterer innovativer Technologien zur Klärschlammverwertung.
Trotz der vielversprechenden Technologien zur Rückgewinnung von Abwasserwärme und zur Energiegewinnung aus Klärschlamm sind noch einige Schwierigkeiten zu überwinden. Dazu gehören die hohen Investitionskosten und die Notwendigkeit einer geeigneten Infrastruktur. In dicht besiedelten städtischen Gebieten kann die Integration solcher Systeme besonders kompliziert und kostspielig sein.
Für die Einführung von Abwasserrecyclingtechnologien sind zudem klare gesetzliche Vorgaben und staatliche Förderprogramme notwendig. In Deutschland hat die Bundesregierung mit der Klärschlammverwertungsverordnung bereits wichtige Schritte unternommen, um die Phosphorrückgewinnung voranzutreiben. Weitere gesetzliche Maßnahmen und Anreize könnten dazu beitragen, die Verbreitung dieser Technologien zu beschleunigen.
Trotz der derzeitigen Schwierigkeiten bietet das Abwasserrecycling enorme Möglichkeiten für die Zukunft. Mit der Weiterentwicklung und Verfeinerung der Technologien könnten diese Systeme in absehbarer Zeit zu einem unverzichtbaren Bestandteil einer nachhaltigen Stadtentwicklung werden. Zusammen mit anderen erneuerbaren Energien könnten sie einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung der CO2-Emissionen und zur Schonung der natürlichen Ressourcen leisten.
Über die Grenzen Deutschlands hinaus zeigt sich, dass auch in anderen Ländern neue Wege der Abwasserverwertung beschritten werden. So ist es in der Schweiz bereits gelungen, die Wärme des Abwassers zur Beheizung von Wohngebieten zu nutzen. In Japan sind Kläranlagen häufig mit modernen Biogas- und Pyrolyseanlagen ausgestattet, die nicht nur Energie erzeugen, sondern auch Abfälle reduzieren. Diese Beispiele aus dem Ausland können als Best-Practice-Beispiele genutzt werden und Anreize für die Einführung vergleichbarer Systeme in Deutschland und anderen Ländern geben.
Abwasserrecycling bietet viele neue Möglichkeiten für eine nachhaltige Zukunft. Neben der Wärmerückgewinnung, der Biogaserzeugung und der Phosphorrückgewinnung bietet die Nutzung von Abwasser ein großes Potenzial zur Senkung des Energieverbrauchs und zur Ressourcenschonung. Mit der richtigen Technologie und den richtigen Rahmenbedingungen kann Abwasser zu einer wertvollen Ressource im Kampf gegen den Klimawandel und für eine nachhaltige Entwicklung werden. Um eine umweltfreundlichere und nachhaltigere Zukunft zu schaffen, müssen Entscheidungsträger, Unternehmen und die Gesellschaft diese Möglichkeiten erkennen und nutzen.