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Kalte Fernwärme für Steinen

In Steinen untersuchte eine Machbarkeitsstudie, ob die Abwärme der dortigen Verbandskläranlage zur Kälte- und Wärmeversorgung zweier Neubaugebiete – Alte Weberei und Gewerbegebiet an der Wiese III – nutzbar ist. Anders als beispielsweise in der Schweiz hat sich die Nutzung von Abwärme aus Abwasser in Deutschland noch nicht durchgesetzt. Insbesondere die Abwärme aus Kläranlagen bleibt noch ungenutzt. Momentan wird das warme Abwasser der Kläranlage Steinen ungenutzt in den Fluss Wiese geleitet, was dessen Ökosystem verändert. Mit circa 10-15 °C liegt die Abwassertemperatur in einem Bereich, der bisher nur sehr aufwändig als Wärme- oder Kältequelle genutzt werden kann, jedoch bei einem Trockenwetterabfluss von 7.500 Kubikmeter pro Tag aber immer noch etwa 1 MW potentielle Wärmeleistung enthält. Neben dem Model eines konventionellen Fernwärmenetzes mit zwei Leitungen für Vor- und Rücklauf, untersuchte die Studie auch ein innovatives 1-Leitersystem. Dabei durchfließt das gereinigte Abwasser zunächst einen Feinstfilter und Entkeimer bevor es direkt zu den Abnehmern geleitet wird, wo Wärmepumpen die Abwärmeenergie nutzen. Danach fließt das ausgekühlte Reinwasser über die Regenwasserkanäle in den Vorfluter, also die Wiese.

Die Studie kam zum Ergebnis, dass ein solches System rechtlich und technologisch machbar und ökologisch und wirtschaftlich sinnvoll ist. Die Umsetzung liegt nun bei der Gemeinde Steinen oder anderen Interessierten.

Drei Haupterkenntnisse:

  • Die Studie zeigt einen innovativen, bisher unrealisierten Weg auf, Abwärme in einem 1-Leitersystem zu nutzen. Um Erfahrungswerte zu sammeln, ist eine Versuchsanlage notwendig.
  • Die Frage, ob sich ein Biofilm im Leitungssystem und auf den Wärmepumpen bildet, und inwieweit dieser den Reinigungs- und Wartungsaufwand beeinflusst lässt sich ohne Versuchsanlage noch nicht abschätzen.
  • Die Zeitschiene für eine Realisierung muss sehr früh in der Bauplanung ansetzen und es müssen Erfahrungen (siehe 1. und 2.) vorhanden sein.

Projektdaten

Projektnummer 2017-10
Projektart Forschung und Studien
Projektträger ratio Neue Energie GmbH
Laufzeit November 2016 bis August 2017
Zuschuss 10.000 €

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:

Umsetzung eines verkehrsträgerübergreifenden Buchungssystems in Freiburg
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Eine flexible Mobilitätsplattform für Freiburg

Ein Fünftel der deutschen CO2-Emissionen entstehen immer noch durch den Verkehr. In ländlichen Regionen, wo mehr Menschen ein Auto besitzen, liegt der Anteil sogar bei bis zu 40 Prozent. Um diese Werte zu senken haben Städte und Gemeinden in den vergangenen Jahren darauf gesetzt, den öffentlichen Nahverkehr auch im ländlichen Raum zu verbessern und ihn mit nachhaltigeren Optionen wie Elektroautos, Carsharing oder Leihrädern zu kombinieren. Das Projekt der VAG Freiburg in Kooperation mit der Stadt Freiburg und badenova zielte darauf ab eine Verknüpfung der Verkehrsträger des Umweltverbundes zu schaffen, so dass die Nutzer auch ohne eigenes Auto flexibel unterwegs sein können. Ausgehend von einer von der Stadt Freiburg in 2013 beauftragten Konzeptstudie sollte mit dem Projekt die Umsetzung zur besseren Verknüpfung ausgewählter Verkehrsträger des Umweltverbundes durchgeführt werden. Zu den Verkehrsträgern des Umweltverbundes zählen der öffentliche Nahverkehr, Fuß- und Radverkehr, aber auch Carsharing und Taxi. Die Umsetzung sollte zum einen durch ein gemeinsames Produkt erfolgen. Zum anderen aber auch sowohl eine integrierte Buchung als auch eine integrierte Abrechnung für die Kundinnen und Kunden ermöglichen. Hierzu sollte eine technische Lösung in Form der Entwicklung einer Plattform im Fokus stehen. Die Schaffung einer technischen Plattform würde auch die Ausweitung auf die Region ermöglichen. In diesem Projekt wurde die Umsetzung der neuen Angebote zunächst für zwei bis drei ausgewählte Kundengruppen zum Test angestrebt. Das Projekt konnte leider nicht im geplanten Rahmen verwirklicht werden und wurde deshalb zurückgezogen.

Bewertende Untersuchung der Wirkungseffizienz oxidativer Verfahren zum Abbau hormonell wirksamer Spurenstoffe im Wasserkreislauf der Region Freiburg
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UV-Strahlung zur Neutralisierung von hormonellen Spurenstoffen

Durch Düngemittel, industrielle Abwässer, aber auch durch Haushaltsabwässer und die unsachgemäße Entsorgung von Medikamenten gelangen hormonelle Spurenstoffe ins Wasser. Solche endokrine Disruptoren (EDR), können schon in kleinsten Mengen den menschlichen Hormonhaushalt stören und stehen im Verdacht Krebs zu erregen. Bisher sind über 200 verschiedene EDR bekannt; sie stammen aus Kunststoffen, Weichmachern oder Arzneimitteln. In den letzten Jahren rückten diese Stoffverbindungen verstärkt in den Fokus von Kommunen, Wissenschaftlern und Wasserversorgern. Ein Innovationsfondsprojekt aus dem Jahr 2009 entwickelte beispielsweise eine vereinfachte und kostengünstigere Nachweismethode für diese Stoffgruppe. Wissenschaftler des Instituts für Umweltmedizin und Krankenhaushygiene der Universitätsklinik Freiburg erproben nun ein Verfahren, das die EDR mit UV-Strahlung neutralisiert. Die so gennante UV-Photolyse lockert die chemischen Bindungen der EDR-Komplexe, so dass diese mit Sauerstoff oxidieren und dabei ihre hormonelle Wirkung verlieren. Kläranlagen verwenden dieses Verfahren schon, um Abwässer zu desinfizieren. Über die Auswirkungen auf EDR ist jedoch noch wenig bekannt. Zunächst erstellen die Wissenschaftler eine Übersicht der bekannten vorkommenden Stoffe im Wasser, u.a. mit Hilfe von Gewässerproben aus der Region. Anschließend simulieren Computermodelle die hormonelle Wirkung von Einzelsubstanzen. In einem Versuchsreaktor erproben die Forscher dann, wie diese Substanzen und ihre Gemische auf UV-Bestrahlung reagieren und untersuchen die Eigenschaften der dabei entstehenden Abbauprodukte. Mit dem Computermodell und Laborversuchen liefert das Projekt grundlegende Daten, die dabei helfen sollen, langfristig Richtwerte für hormonelle Spurenstoffe fest legen zu können und Verfahren zur Neutralisierung von EDR zu entwickeln. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Es wurden zahlreiche östrogen-aktive Substanzen im Abwasser der Region FR mittels biologischem Screening-Verfahren detektiert. Eine konventionelle Klärung erreicht keine vollständige Elimination der Östrogenität. Eine Sandfiltration als 4. Reinigungsstufe reduzierte die östrogene Aktivität weiter. Die Effizienz des UV-Abbaus ist neben der Bestrahlungsdauer stark von den Substanzen und deren Konzentrationen abhängig. Eine Zugabe von H2O2 kann nicht pauschal als vorteilhaft bewertet werden. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis ist als eher negativ einzustufen. Die humane Telomerase wurde als möglicher, neuer Endpunkt endokriner Disruption identifiziert. Dies hat Implikationen für die menschliche Gesundheit aufgrund möglicher Einflüsse auf Zellalterung und Krebsentstehung. Die präliminären Ergebnisse sollten weiter untersucht werden.

Studie zu den Abwasserwärmepotenzialen in Freiburg
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Energie aus warmem Abwasser

Warmes Abwasser aus Industrie und Haushalten in die Kanalisation zu leiten verschwendet Energie. Außerdem trägt es dazu bei, das Grundwasser zu erwärmen, was für die Ökosysteme problematisch ist. Deshalb ist es sinnvoll, die restliche Wärme energetisch zu nutzen. In Kombination mit einer gasbetriebenen Wärmepumpe kann ein in die Rohre eingebauter Wärmetauscher die Energie zurückgewinnen, beispielsweise um Gebäude mit Grundwärme zu versorgen. Die Energie ins Fernwärmenetz einzuspeisen oder zum Kühlen zu nutzen sind weitere Optionen. Für Freiburg untersuchte Badenova wie effizient dieses ‚energetische Recycling’ ist. Dafür werteten sie die Daten des Freiburger Kanalnetzes aus. In Freiburg sind demnach 31 Kilometer Kanal gut und weitere 33 Kilometer eingeschränkt nutzbar. Kanalwärme eignet sich am besten für Systeme, deren Heiztemperatur nah am Wärmeangebot liegt wie beispielsweise bei Fußbodenheizungen. Weil dann viel Wärme anfällt, wenn auch der Verbrauch groß ist, liefert das Konzept kontinuierlich Energie. Gerade für Kommunen, die ohnehin erwägen, ihre Kanäle zu sanieren, lohnt es sich Wärmetauscher miteinzurechnen. Auch sonst, so das Ergebnis der Studie, müssen viele Faktoren zusammenkommen, damit es sich im Vergleich zu anderen regenerativen Energiequellen lohnt, Kanalwärme zu nutzen. Als problematisch stellte sich heraus, dass sich im Laufe der Zeit ein isolierender Biofilm auf den Wärmetauschern ablagerte. Die jährliche Kanalreinigung entfernte ihn aber effizient. Auch rechtliche Fragen kamen auf: Als Entsorger sind die Gemeinden Eigentümer des Abwassers und der darin enthaltenen Wärme. Auch deshalb empfiehlt die Freiburger Studie Wärmetauscher bei Kläranlagen zu nutzen. Ergänzt durch ein Projekt zum Kanalwärmepotential in Offenburg, erstellten die Experten ein Informationssystem zum Freiburger Potential.