Energiewende in der Abwasserreinigung: Durch den Einsatz der bio-elektrochemischen Brennstoffzelle (BioBZ) kann aus dem Abwasser einer Kläranlage – normalerweise der größte kommunale Stromverbraucher – Energie gewonnen werden. Diesen innovativen Ansatz wird ein Forscherteam der TU Clausthal mit mehreren Partnern weiter optimieren und in Goslar in eine Demonstrationskläranlage, die für 250 Einwohner ausgelegt ist, umsetzen. Dafür stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung über den Projektträger Karlsruhe (PTKA) in den kommenden fünf Jahren 5,9 Millionen Euro bereit. Hinzu kommen Mittel aus Industrie und Wissenschaft. Das Kick-off-Meeting für das insgesamt 7 Millionen Euro umfassende Projekt – derzeit eines der größten Forschungsvorhaben der TU Clausthal – findet am 23. Januar statt.
Koordiniert wird das neue Verbundprojekt von Professor Michael Sievers vom Cutec Clausthaler Umwelttechnik Forschungszentrum. „Eine technische Anlage, wie sie im Projekt Demo-BioBZ zur nachhaltigen Abwasserreinigung mit vollständiger Kohlenstoff- und Stickstoff-Elimination angestrebt wird, existiert bisher weltweit noch nicht“, sagt Professor Sievers. Der Weg zu einem solchen Novum ist in drei Phasen eingeteilt: eine zweijährige (Weiter-)Entwicklungsphase, eine einjährige Planungs- und Bauphase der Kläranlage sowie eine zweijährige Betriebsphase mit Prozessoptimierung. Gemäß der neuen High-Tech-Strategie der Bundesregierung sollen gute Ideen schnell in die Praxis überführt werden, damit Deutschland seine Position als Wirtschafts- und Exportnation sowie Innovationsführer stärkt. Eine Umsetzung der bisher in BioBZ entwickelten Innovationen in die Abwasserpraxis würde dazu einen Beitrag leisten, betont Sievers. Zudem würde die Energiewende auf kommunaler Ebene praktiziert, da Abwasserbehandlungsanlagen mindestens energieneutral oder sogar energieproduzierend betrieben werden könnten.
Welches Prinzip steckt dahinter? Dank der bio-elektrochemischen Brennstoffzelle werden die organischen Schmutzstoffe bei deren Abbau direkt in Strom umgewandelt. Als zusätzlicher Effekt reduziert sich der Aufwand für die Belüftung erheblich, die ebenfalls dem Abbau von Schmutzstoffen dient. Außerdem fällt weniger Schlamm an, der ansonsten kostenintensiv entsorgt werden müsste. Innerhalb der Zellen fungieren Mikroorganismen als Biokatalysatoren, die während des Schadstoffabbaus elektrische Energie erzeugen.
Für eine vollständige Reinigung des Abwassers, die Einhaltung aller gesetzlichen Grenzwerte und eine wirtschaftliche Anwendung bedarf es allerdings weiterer Innovationen des BioBZ-Ausgangsansatzes. So werden beispielsweise das System, die Materialien und Komponenten sowie die Konstruktion weiterentwickelt, die Reinigungsleistung muss ausgebaut werden und ein Automatisierungskonzept bzw. Online-Steuerungsmechanismen gilt es zu entwickeln. „Ziel aller Neuerungen ist eine höhere Leistung bei geringerem Energieverbrauch“, so der Projektkoordinator. Einige niedersächsische Kommunen haben bereits Interesse an der nachhaltigen Abwasserreinigung mit bio-elektrochemischer Brennstoffzelle bekundet.
Neben dem Cutec-Forschungszentrum der TU Clausthal sind an dem ambitionierten Verbundprojekt sieben Partnereinrichtungen beteiligt: das Institut für Chemische und Elektrochemische Verfahrenstechnik der TU Clausthal mit Professor Ulrich Kunz, das Institut für Ökologische und Nachhaltige Chemie der TU Braunschweig mit Professor Uwe Schröder, das Engler-Bunte-Institut am Karlsruher Institut für Technologie mit Professor Harald Horn, die Eisenhuth GmbH & Co. KG (Osterode am Harz) um Geschäftsführer Dr. Thorsten Hickmann, die Common Link AG (Karlsruhe) mit Wolfgang Schläfer, die Eurawasser Betriebsführungsgesellschaft mbH (Goslar) mit Jörg Hinke sowie die Umwelttechnik und Anlagenbau GmbH Plauen mit Steffen Lässig und Ron Fischer.
