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Offenburgs Potential für Abwasserwärme

Im warmen Abwasser, das die Haushalte in die Kanalisation leiten, steckt noch immer ein großes Wärmepotential. Spezielle Wärmetauscher und Rohrsysteme, eingebaut in die Abwasserkanäle, können es nutzen, um Energie beispielsweise für eine Wärmepumpe zu liefern. Besonders Fußbodenheizungen oder andere Anlagen mit niedrigerer Systemtemperatur sind geeignet. An Standorten, an denen es sich wegen Bauarbeiten lohnt, die Rohre umzurüsten und geeignete Abnehmer vorhanden sind, kann die Abwärme andere Energiequellen unterstützen.

Die Stadt Offenburg untersuchte, ob das Abwasser mehrere städtische Liegenschaften wirtschaftlich mit Wärme versorgen könnte. Mit rund 7.400 Megawattstunden pro Jahr könnte das Wasser etwa 60 Prozent des Bedarfs decken. Die Messehalle Offenburg erwies sich als grundsätzlich geeignet, jedoch ist es dort sinnvoller Grundwasser zu nutzen. Beim Schulzentrum Nord-West hingegen erscheint die Situation vielversprechend, so dass die Stadt dort konkrete Untersuchungen plant.

Weil der erstellte Lageplan die Gebiete 100 Meter links und rechts der Kanäle erfasst, hilft er in Zukunft dabei auch bei nichtkommunalen Gebäuden Abwasserwärme zu berücksichtigen.

Projektdaten

Projektnummer 2002-11
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Stadt Offenburg
Laufzeit Stadt Offenburg
Zuschuss 15.600

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:

YES-Biotest zum Nachweis endokriner Substanzen
Freiburg

Neue Nachweismethode für hormonartige Rückstände im Wasser

Seit einigen Jahren wächst – sowohl in der Forschung wie auch in der Öffentlichkeit – das Bewusstsein für endokrine Substanzen in Flüssen und im Abwasser. Diese hormonähnlichen Schadstoffe stammen aus Pestiziden, Industriechemikalien sowie menschlichen und tierischen Ausscheidungen, die oft noch Spuren von Arzneimitteln enthalten. Forscher vermuten, dass sie Veränderungen im menschlichen und tierischen Hormonhaushalt verursachen können. Die üblichen chemisch-analytischen Tests können nur jeweils vordefinierte Substanzen erkennen und sind daher für den Nachweis oftmals noch unbekannter endokriner Stoffe nicht geeignet. Denn bei diesen handelt es sich um eine uneinheitliche Stoffklasse aus etwa 150 Substanzen – einige Schätzungen gehen jedoch von bis zu 70.000 Stoffen aus – die entweder selbst Hormone sind oder den Hormonhaushalt stören. Bisherige biologische Tests sind teuer und aufwändig. Der Yeast-Estrogen-Assay, kurz YES-Test, hingegen zeichnet sich dadurch aus, dass er auch bisher undefinierte Substanzen nachweisen kann, ohne menschliche Zelllinien auskommt und in Standardlabors möglich ist. Auch weil Tests für endokrine Substanzen bisher kaum evaluiert sind, testeten die Arbeitsgemeinschaft Wasserwerke Bodensee Rhein (AWBR) zusammen mit dem Technologiezentrum Wasser in Karlsruhe den YES-Test im Vergleich mit chemisch-analytischen Verfahren. Dazu entnahmen die Wissenschaftler Proben aus Oberflächengewässern sowie verschiedenen Stufen der Kläranlage Breisgauer Bucht. Die Ergebnisse zeigten auf, dass die Beeinträchtigung durch estrogen wirksame Stoffe über den Trinkwasserpfad als gering einzustufen sind. Nichtdestotrotz ist es für die Versorgungssicherheit wichtig, dass der Eintrag von schwer abbaubaren anthropogenen Stoffen mit endokrinem Potenzial in die aquatische Umwelt kontrolliert und weiter reduziert wird.

Flottenmanagement eines hybriden Fahrzeugparks der badenova mittels Smart Metering Technologie
Freiburg

Elektrofahrzeuge intelligent in eine Flotte integriert

Bei der Forschung und Entwicklung von Elektroautos, die keine klimaschädlichen Gase ausstoßen, gab es in den letzten Jahren große Fortschritte. Mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben könnten sie grundlegend dazu beitragen, Individualverkehr und Klimaschutz zu vereinen. Gleichzeitig eignen sich Elektro- und Hybridfahrzeuge auch prinzipiell als so genannte Duel-Use-Speicher, d. h. sie können Strom aus dem Netz dezentral speichern, um dieses zu entlasten. Das ist besonders wichtig, weil erneuerbare Energien wie Wind- und Solarenergie stärker als konventionelle Kraftwerke Stromspitzen produzieren. Deshalb untersuchte das Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme (ISE) zusammen mit badenova, wie sich Stromangebot und Nachfrage regeln lässt, wenn immer mehr Elektroautos als potentielle Speicher auf den Straßen unterwegs sind. Ziel ist ein System, dass die Autos an ihrem jeweiligen Standort erfasst, sowohl den momentanen Netzzustand wie auch die Strompreise kennt, und die Autos mit einem so genannten Smart Metering Gateway leitet. Dieses gibt den Fahrern Auskunft darüber, ob es sich gerade lohnt, Strom zu laden oder wieder ins Netz einzuspeisen. Im Projekt untersuchte das ISE anhand der Fahrzeugflotte der Badenova, wieweit sich Elektrofahzeuge ökologisch und ökonomisch sinnvoll einsetzen lassen. An einem Testauto erprobten sie das Konzept schließlich für ein halbes Jahr in der Praxis. Es wurde eine intelligente Ladestation entwickelt, die erkennt, wann es sinnvoll ist Strom zu tanken oder abzugeben.

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.