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Abwasser und Energie

Kläranlage mit Faulgasgewinnung. Foto: Klaus Baumers/ Emschergenossenschaft

Anlagen zur Abwasserbeseitigung können in zweierlei Hinsicht einen Beitrag zum Klimaschutz leisten: Vorhandene Anlagen können energetisch optimiert werden und so weniger CO2 freisetzen. Außerdem werden die Anlagen selbst zu Erzeugern regenerativer Energie, wenn die im Arbeitsprozess entstehenden Faulgase zur Stromerzeugung genutzt werden.


Kein Widerspruch: Gewässerschutz und Klimaschutz

Die Abwasserbeseitigung gehört zu den größten „Energieverbrauchern“ einer Kommune. Der Gesamtstromverbrauch der rund 10.000 Abwasserbehandlungsanlagen in Deutschland liegt in einer Größenordnung von etwa 4.400 Gigawattstunden (GWh) jährlich. Die 634 kommunalen Kläranlagen in Nordrhein-Westfalen haben in der Vergangenheit für die Reinigung des Abwassers jährlich rund 1.200 Gigawattstunden Elektrizität benötigt (Stand 31.12.2012). Dies entspricht dem Verbrauch aller Haushalte in einer Großstadt wie Düsseldorf mit rund 600.000 Einwohnern.


Energieeffiziente Abwasserbehandlung

Abwasserbehandlungsanlagen, also „Kläranlagen“, sollen so errichtet, betrieben und benutzt werden, dass eine energieeffiziente Betriebsweise ermöglicht wird. Das gibt die bundesweit geltende Abwasserverordnung (Anhang 1; Änderung 2014) vor. Das bei der Abwasserbeseitigung vorhandene Einsparpotenzial soll genutzt werden, soweit dies technisch möglich und wirtschaftlich vertretbar ist.

Der spezifische Stromverbrauch einer Kläranlage liegt im Allgemeinen in einer Größenordnung zwischen 25 und 80 Kilowattstunden pro Einwohner und Jahr (KWh/E*a). Er ist abhängig vom eingesetzten Reinigungsverfahren und dem Reinigungsziel, aber auch von den örtlichen Randbedingungen. Dabei weisen kleine Kläranlagen in der Regel höhere spezifische Verbrauchswerte auf als große. Die Belüftung des sogenannten „Belebungsbeckens“ weist dabei mit Abstand den größten Strombedarf auf.

Insgesamt haben aber die großen Kläranlagen in Nordrhein-Westfalen den größten Anteil am Gesamtstromverbrauch der Abwasserreinigung. Kläranlagen mit einer Ausbaugröße von mehr als 10.000 Einwohnerwerten benötigen mehr als 90% der für die Abwasserreinigung erforderlichen elektrischen Energie. Hier können energiesparende oder effizienzsteigernde Maßnahmen im Rahmen der Anlagentechnik und des Betriebes eine vergleichsweise hohe Wirkung entfalten.

Die Erfahrungen der letzten Jahre zeigen, dass durch Optimierungsmaßnahmen auf Kläranlagen im Durchschnitt 30% Energie bei der Abwasserbehandlung eingespart werden kann. Dabei bringt die energetische Optimierung der Abwasserbeseitigung nicht nur energetische und betriebswirtschaftliche Vorteile; mit einer verfahrenstechnische Optimierungen sind häufig auch eine Verbesserung der Reinigungsleistung und damit eine Verbesserung für den Gewässerschutz verbunden.


Regenerative Energie aus „Abwasser“

Über den Einsatz energieeffizienter Technik hinaus kann mit der Abwasserbeseitigung sogar regenerative Energie erzeugt und direkt vor Ort eingesetzt werden. Aus den anfallenden Faulgasen (Klärgas) können Strom und Wärme erzeugt werden. Der überwiegende Anteil der größeren Kläranlagen in Nordrhein-Westfalen wird mit einer anaeroben Schlammstabilisierung (Faulung) betrieben. Bei diesen Anlagen gibt es in NRW hohes Potenzial zur Faulgasverstromung.

In Einzelfällen ist es auch möglich, das Gefälle der Abwasseranlagen für die Erzeugung von Wasserkraft oder die vorhandene Abwasserwärme zu Heizzwecken auch außerhalb der Kläranlage zu nutzen. Hauptziel ist es aber, die selbsterzeugte Energie in den Anlagen selbst zu nutzen. Die dann zusätzlich noch erforderliche Energie sollte vorzugsweise aus regionalen Quellen erneuerbarer Energien bezogen werden. Zudem eröffnen innovative Technologien wie zum Beispiel die Brennstoffzellentechnologie, die beispielhaft Kläranlagen in Ahlen und Köln zum Einsatz kommt, oder die Verwendung von Wasserstoff, wie derzeit schon in der Kläranlage Bottrop, neue Wege einer nachhaltigen Energieversorgung von Kläranlagen.

Im Rahmen des Förderprogramms „Ressourceneffiziente Abwasserbeseitigung in NRW“ fördert das Umweltministerium gutachterliche Untersuchungen zu Energiesparmaßnahmen und zur Steigerung der Energieeffizienz von Abwasseranlagen (Energieanalysen) sowie die Umsetzung von Energiesparmaßnahmen und Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz von öffentlichen Abwasseranlagen.