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Evaluation zentraler Wasserenthärtung

Hartes, stark kalkhaltiges Trinkwasser ist ungünstig für Verbraucher und Wasserversorger: Der Kalk lagert sich in Rohren und Geräten ab und senkt die Waschkraft von Tensiden, so dass die Haushalte mehr Waschmittel verbrauchen. Außerdem löst kalkreiches Wasser stärker Kupfer und Zink aus den Rohren. Die Nachfrage nach weichem Trinkwasser bei den Verbrauchern ist groß. Obwohl kostspielig, haben sich viele Haushalte bereits Wasserentkalker angeschafft.

Am Beispiel der Gemeinde Eichstetten untersuchte das Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung deshalb, welche wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile es mit sich bringt, das Wasser gleich im Wasserwerk zu enthärten. Mit bis zu einem Viertel niedrigeren Werten schneidet das zentrale Verfahren bei den Kupferwerten klar besser ab. Es verbraucht sogar etwas weniger Energie als die vielen Kleingeräte der einzelnen Haushalte. Auch wirtschaftlich ist die zentrale Methode weitgehend kostenneutral für Verbraucher und Kommunen. Zwar fallen Investitionskosten für die zentrale Anlage an, dafür müssen die Verbraucher keine eigenen Entkalker mehr kaufen und sind bereit, für zentral enthärtetes Wasser mehr zu bezahlen. Auch andere Haushaltsgeräte halten länger, wenn der Kalkgehalt niedrig ist. Obwohl manche der getesteten Verfahren mehr Personal verlangen, rechtfertigen die Vorteile somit den zusätzlichen Aufwand.

Projektdaten

Projektnummer 2002-07
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Fraunhofer ISI
Laufzeit Nov. 2002 bis Okt. 2003
Zuschuss 83.730

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:

Grundwasserschonende Bioenergieerzeugung
Freiburg, Südbaden

Wie erzeugt man klima- und grundwasserschonend Biomasse?

Immer mehr Landwirte erwägen, neben ihren zum Verzehr bestimmten Feldfrüchten auch Pflanzen anzubauen, aus denen feste, gasförmige oder flüssige Brennstoffe entstehen. Obwohl es unzählige solche Energiepflanzen gibt, verwendet die deutsche Landwirtschaft in der Praxis nur wenige. Die Agentur für Nachhaltige Nutzung von Agrarflächen (ANNA) analysierte daher auf Testflächen in Hausen und Bad Krozingen, welche Pflanze unter welchen Bedingungen wirtschaftlich sinnvoll und ökologisch vorteilhaft ist. Für vier Anbauoptionen untersuchten die Experten unter anderem, wie stark verschiedene Energiepflanzen Grundwasser und Atmosphäre belasten: Neben der Dauerwiese, die besonders für Wasserschutzgebiete geeignet ist, waren das zwei Dauerkulturen mit Micanthus (Chinaschilf) und Salix, einer schnell wachsenden Kurztriebweide. Außerdem verglichen die Wissenschaftler eine Energiefruchtfolge mit einer Fruchtfolge aus der Nahrungsmittelproduktion. Aus den Daten erstellten sie eine Ökobilanz, welche die Energieaubeute des Endproduktes mit dem Energieaufwand verrechnet, der während des Anbaus anfiel. Dazu zählt neben der unmittelbaren Wachstumsphase beispielsweise auch die Energie für Dünger, Transport oder anschließende Produktionsschritte. Im Ergebnis waren die Dauerkulturen Micanthus und Salix am umweltfreundlichsten, weil sie weniger Dünger benötigen und die Landwirte ihre Maschinen seltener einsetzen, wenn sie übers Jahr nur eine Frucht anbauen. Im Gegenzug schnitt die Energiefruchtfolge relativ schlecht ab, weil sie mehr Arbeit und Dünger erfordert, was auch die Umwelt stärker belastet. Trotz der Unterschiede sind alle vier Anbauarten eine umweltfreundlichere Alternative zu fossilen Energien, wobei Micanthus und Dauerwiese das höchste Energiesparpotential pro Kilogramm Trockenmasse aufweisen. Als Fazit sprachen sich die Experten von ANNA deshalb dafür aus, dass die Landwirte in Deutschland zukünftig einen Mix aus Energiepflanzen anbauen, bei dem die untersuchten vier Optionen einen großen Anteil ausmachen. Mehr Informationen auf der Homepage von ANNA.

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.