Nutzung von Sauerstoff aus Power-to-Gas-Elektrolyse zur Ozonierung von Abwasser

Im Verbundprojekt eloise wurden mit einer neuartigen Verfahrenskombination Wasserstoff erzeugt und schädliche Spurenstoffe wie Arzneimittel und Industriechemikalien aus Abwasser entfernt. Die Verfahrenskette aus Elektrolyse zur Produktion von Wasserstoff und ozonbasierter Spurenstoffentfernung wurde in einer Pilotanlage auf der Kläranlage Kaiserslautern erprobt. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte dreijährige Verbundprojekt eloise wurde von fünf Partnern aus Gaswirtschaft, Wasserwirtschaft und Wissenschaft durchgeführt: Wupperverbandgesellschaft für integrale Wasserwirtschaft mbH, Argo-Anleg GmbH, DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, Kaufmann Umwelttechnik GmbH und Technische Universität Kaiserslautern.

Die Produktion von Wasserstoff ist ein wesentlicher Baustein der Energiewende. Bei der Elektrolyse von Wasser mit regenerativ erzeugtem Strom aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen fällt neben „grünem“ Wasserstoff als Abfall- bzw. Nebenprodukt in hohem Maße Sauerstoff an. Dieser Sauerstoff wird bisher oft nicht genutzt. Das Projekt eloise hat an dieser Stelle angesetzt und die Bereiche Energiespeicherung und Abwasserreinigung in einem neuen Ansatz miteinander verknüpft. Der erzeugte Sauerstoff wurde hierbei als Grundstoff für die Herstellung von Ozon verwendet. Das Ozon wurde genutzt, um Spurenschadstoffe wie Arzneimittel und Industriechemikalien aus Abwasser zu entfernen. In Kombination mit einem nachgeschalteten Aktivkohlefilter wurde eine Spurenstoffelimination von über 90 % erreicht. Darüber hinaus wurden schädliche Substanzen, die bei der Ozonung entstehen können, durch den Aktivkohlefilter beseitigt.

In dem Projekt konnte gezeigt werden, dass die Verfahren der Elektrolyse und der Ozonierung koppelbar sind. Damit die Kopplung erfolgreich ist, muss der in der Elektrolyse produzierte Sauerstoff gekühlt und getrocknet werden. Zudem hat sich gezeigt, dass im Sauerstoff enthaltene Spuren von Wasserstoff den Prozess der Ozonerzeugung stören können und bei der Kopplung berücksichtigt werden sollten.

Die in der Praxis untersuchten Verfahrenskomponenten wurden modelltechnisch abgebildet, um die Wechselwirkungen zwischen der regenerativen Energieerzeugung über Wind- und Sonnenenergie, die durch hohe Dynamik und schwankende Überschüsse gekennzeichnet ist, und der ebenfalls dynamischen Abwasserreinigung zu untersuchen.

Mit der Umsetzung der Energiewende und den Bestrebungen, die Abhängigkeit von Gasimporten zu reduzieren, zeigt der untersuchte Projektansatz einen Pfad auf, um Synergien beim Einsatz der Elektrolysetechnologie nutzbar zu machen. Die kommunalen Kläranlagen können sich als Standorte für Elektrolyseanlagen anbieten.

Das Verbundprojekt „eloise – Innovative Verfahrenskette zur Spurenstoffelimination auf kommunalen Kläranlagen“ war Teil der BMBF-Fördermaßnahme „KMU-innovativ: Ressourceneffizienz und Klimaschutz", Anwendungsbereich „Nachhaltiges Wassermanagement“. Die Maßnahme gehört zur FONA-Strategie des BMBF (Forschung für Nachhaltigkeit). Der vollständige Projektbericht steht online zum kostenlosen Download bereit.

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