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Abbauprodukte im Wasserkreislauf

In der Wasserversorgungsbranche verfeinert der wissenschaftliche Fortschritt die Analysemethoden immer mehr. So ist es heute möglich, den Wasserkreislauf auf chemische Verbindungen zu untersuchen, die vor einigen Jahrzehnten noch unbekannt waren. Zu dieser Gruppe gehören organische Spurenstoffe, also Überreste aus Arzneimitteln, Seife und Shampoo oder auch aus Herbiziden. Mit dem Wissen um diese Stoffe kommen Fragen auf: Wie verändern sie sich im Laufe des Abbauprozesses und wie wirken dabei entstehende Stoffe auf Mensch und Umwelt? Was passiert mit ihnen, wenn man das Wasser mit Chlor oder Ozon hygienisiert? Kommen sie überhaupt in möglicherweise gesundheitsschädlichen Mengen vor?

Das Projekt wurde zurückgezogen.

Projektdaten

Projektnummer 2010-08
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Institut für Umweltmedizin Freiburg
Laufzeit zurückgezogen
Zuschuss 0

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Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Freiland- und Laboruntersuchungen zum Verhalten ausgewählter Sulfonylharnstoff-Herbizide im Boden
Freiburg

Herbizide und Grundwasser

Seit den 1980er Jahren verwendet die Landwirtschaft immer mehr Herbizide auf Basis von Sulfonylharnstoffen (SHS). Weil SHS für Säugetiere nur gering toxisch sind und schon bei niedrigen Mengen effizient wirken, sind SHS beim Maisanbau mittlerweile das zweitwichtigste Pflanzenschutzmittel. Bisher wusste man überwiegend aus Modellversuchen, wie sich die Stoffe im Boden verhalten. Nachdem neuere Untersuchungen SHS im Trink- und Oberflächenwasser nachwiesen, untersuchte badenova zusammen mit dem Technologiezentrum Wasser in Karlsruhe, ob und wie stark sechs SHS-Stoffe ins Grundwasser auswaschen. Dazu untersuchten die Forscher neben den Laborversuchen eine Testfläche bei Bruchsal sowie zwei weitere in den Wasserschutzgebieten Hausen und Donauried bei Langenau. Nach Projektende 2008 stand fest, dass die Herbizide in sehr unterschiedlichen Mengen ins Grundwasser gelangen, wobei die Standortbedingungen eine bedeutende Rolle spielen. Besonders nach Starkregen ist es möglich, dass sich mittlere Konzentrationen an SHS im Grundwasser finden. Zusätzlich wiesen die Forscher darauf hin, dass sich die Stoffe im Boden anreichern und so in Zukunft für stärkere Konzentrationen sorgen könnten. Daher empfehlen die Wissenschaftler, dass Behörden und Wasserversorger künftig vier der untersuchten Stoffe in ihrem Grund- und Rohwassermonitoring überwachen. Besonders für die Oberrheinregion, wo Mais bereits knapp ein Viertel der Anbauflächen ausmacht, tragen die Ergebnisse dazu bei, dass die Landwirte SHS-Herbizide bewusster und umweltfreundlicher einsetzen können.

Energie- und Qualitätsmanagement für nachhaltige Gebäude
Weil am Rhein

Energie- und Qualitätsmanagement für nachhaltige Gebäude

Viele Städte haben ihn den vergangenen Jahren ausführliche Sanierungsmaßnahmen durchgeführt, um den Energieverbrauch der städtischen Gebäude zu reduzieren. Weil am Rhein investierte besonders stark in den Klimaschutz und hat unter anderem eine klimaneutrale Feuerwache errichtet, Heizungsnetze hydraulisch optimiert und innovative Heiz- und Lüftungstechnik in Schulen installiert. Gebäude energieeffizient zu planen oder zu sanieren garantiert jedoch noch nicht, dass beim Bau optimal gearbeitet wird und dass die Bewohner und Nutzer Energiesparpotentiale maximal ausnutzen. Der langfristige Betrieb von energieeffizienten Gebäuden ist noch wenig erforscht, obwohl neue Technologien und die Nutzer oftmals vor Herausforderungen stellen. Das Projekt der Stadt Weil setzt deshalb auf ein Energie- und Qualitätsmanagement für nachhaltige Gebäude um sicherzustellen, dass die Klimaziele aus der Planung in der Praxis auch umgesetzt werden. Unter anderem wurden die Geothermieanlage der 2010 erbauten, klimaneutralen Feuerwache optimiert und die innovative Lüftung- und Heizsysteme verschiedener sanierter Gebäude auf ihre Nachhaltigkeit und Effizienz zu überprüft. Als Teil eines größeren Projektes der Deutschen Bundesstiftung Umwelt und unterstützt von der TU Braunschweig, konnte die Stadt dabei auf ein breites Expertenwissen zurückgreifen und die Ergebnisse verschiedener Bereiche, Städte und Regionen mit den eigenen Daten vergleichen. Das Projekt veranstaltete außerdem Workshops zu Themen energetische Sanierung, Trinkwasserhygiene oder Heizsysteme und einen Webservice für alle Teilnehmer, der Defizite aufzeigte und die Suche nach Lösungen vereinfachte. Öffentliche Präsentationen machten die Ergebnisse dem lokalem Handwerk, Ingenieuren und Energieberatern zugänglich und haben dazu beigetragen, zukünftige Energiesparmaßnahmen noch nachhaltiger zu machen. Mit dem Projekt hat die Stadt Weil, ihren Energieverbrauch nochmals um 10-15 % reduziert. Durch den vielfältigen Ansatz und die verschiedenen untersuchten Gebäudetypen und Maßnahmenkataloge diente das Qualitätsmanagement auch anderen Städten als Vorbild. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Die Prüfprozesse haben sich im badenova‐Projekt grundsätzlich als effektiv erwiesen. Der Einsatz von temporären und mobilen Loggern z.B. für die Ermittlung von Systemtemperaturen und Stromlastgängen hat sich bewährt. Zur vertiefenden Analyse wird empfohlen, leicht verfügbare Daten zum Betriebszustand z.B. aus Funktionsbeschreibung oder DDC bei der Analyse zum Soll‐Ist‐Vergleich heranzuziehen. Als wenig effektiv hat sich in diesem Projekt die Datenquelle Gebäudeautomation erwiesen. Die Verfügbarkeit der Daten außerhalb der Gebäudeautomation und präzise Spezifikationen sollte dringend angestrebt werden, um dem Gebäudebetreiber ein effektives Betriebsmonitoring zu ermöglichen. Der Nutzen des Qualitätsmanagements ist auf Grund der am Bau fehlenden Serienfertigung nur schwer empirisch zu bewerten. Projekte zur Betriebsoptimierung im Bestand zeigen jedoch Amortisationszeiten für gering‐ und nicht‐investive Maßnahmen von weniger als einem Jahr. Damit ist ein effektives Qualitätsmanagement eine der wirtschaftlichsten Maßnahmen für energieoptimiertes Bauen. Weiterführende Projekterkenntnisse finden Sie im Abschlussbericht.

ARTHYMES Archaea Transform Hydrogen to Methane for Energy Storage
Offenburg

Methanisierung von Wasserstoff als Speicher für Überschussenergie

Wind- und Sonnenenergie stellen einen wachsenden Anteil am deutschen Strommarkt. Beide Energiequellen sind jedoch stark wetterabhängig, so dass die Einspeisung ins Stromnetz zwischen Überschüssen und Unterversorgung schwankt. Stromspeicher können diese Schwankungen ausgleichen, sind aber noch nicht flächendeckend vorhanden. Bisher kamen vor allem Pumpspeicherkraftwerke zum Einsatz, die aber allein den Speicherbedarf nicht decken können. Auch Elektroautos, zeigt ein vorheriges Innovationsfondsprojekt, eignen sich prinzipiell als Speicher für überschüssige Energie. Angesichts ihres nur langsam wachsenden Marktanteils sind auch sie bisher nicht als Stromspeicher im großen Maßstab geeignet. Das Erdgasnetz hingegen bietet eine Speicherkapazität von 200 TWh, ein Vielfaches der momentan benötigten etwa 15 TWh. Um elektrische Energie ins Gasnetz einzuspeisen, wird diese genutzt, um in einem elektrolytischen Prozess zuerst aus Wasser Wasserstoff zu gewinnen. Anschließend wird der Wasserstoff biologisch in Methan umgewandelt. Diese Technik ist jedoch bisher nur im Labormaßstab erprobt; die einzelnen Faktoren und beteiligten Mikroorganismen sind noch kaum erforscht. Das Projekt der Hochschule Offenburg untersuchte diesen Prozess der biologischen Methanisierung ausführlich und analysierte, inwiefern sich Wasserstoff als Cosubstrat für Biogasanlagen eignet. Biogas entsteht in einer anaeroben Fütterungskette, in der sich aus Substrat – also Energiepflanzen, Grünschnitt oder Abfallstoffen – zuerst Kohlendioxid und Wasserstoff und schließlich Methan bildet. Rohbiogas enthält allerdings immer noch 30 bis 50 Prozent CO2, das aufwändig ausgefiltert werden muss, bevor das Biogas ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Durch Zugabe von zusätzlichem Wasserstoff aus Überschussstrom zum Gärprozess kann auch das restliche CO2 zu Methan umgewandelt werden. Um dieses bisher nur im Labormaßstab erprobtes Verfahren der in situ-Methanisierung zu optimieren, erforschten die Offenburger Wissenschaftler verschiedene Verfahren, um den Wasserstoff in den Vergasungsprozess einzuschleusen, so dass er optimal durch die beteiligten Mikroorganismen, den Archaeen, verwertet wird, ohne diese zu beschädigen. Mit ihren weitreichenden Erfahrungen in der Biogasforschung analysierten die Forscher der Hochschule verfahrenstechnische, mikrobiologische, chemische und physikalische Aspekte der Methanisierung. Die Hochschule setzt sich hierbei die Entwicklung eines Moduls zum Ziel, dass nach Maßstabsübertrag in etwas 7000 deutschen Biogasanlagen integriert werden könnte. Das Projekt trägt so zur Lösung zweier Problemfelder bei: Zum einen bietet es große Speicherkapazitäten für Überschussenergie, zum anderen macht es Biogasanlagen ökologisch und ökonomisch effizienter, indem es den Substratbedarf reduziert. Weil das mit Methan behandelte Biogas kaum noch CO2 enthält, entfällt auch die aufwändige Aufbereitung, bevor das Gas ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Durch Einbringen von Wasserstoff über blasenfreie Membranbegasung in Biogasanlagen kann ohne pH-Regulation die Methankonzentration im Rohbiogas auf 80-90 % gesteigert werden. Dabei steigt der pH-Wert an, wird aber noch von der Mikrobiologie toleriert. Die Wasserstoffkonzentration im Produktgas liegt bei wenigen Prozent. Der eingespeiste Wasserstoff wird nahezu vollständig umgesetzt. Methankonzentrationen von nahezu 100 % werden ohne pH-Regulation nur temporär erreicht, da der durch den CO2-Verbrauch auftretende extreme pH-Wert zu Schädigungen der Mikrobiologie führt. Ein Langzeitbetrieb mit solch hohen Methankonzentrationen ist jedoch bei pH-Regulation/Pufferung denkbar. Neben hochgasdurchlässigen, relativ teuren Membranen scheinen unter Berücksichtigung der Grenzwerte für die blasenfreie Begasung auch preisgünstigere Membranmaterialien geeignet zu sein. Die im Projekt getesteten Membranen zeigten kaum Biofilmbildung, so dass sie bei ausreichender Stabilität vermutlich auch längerfristig eingesetzt werden können.