Innovative und intelligente Industrielösungen zur Vermeidung von Wasserverschwendung
Der Wasserverbrauch steigt seit einigen Jahrzehnten weltweit um 1 % pro Jahr, und das wird sich vermutlich nicht ändern. In Europa fällt der größte Wasserverbrauch mit über 30 % in der Industrie an. Für viele industrielle Verfahren ist Frischwasser notwendig. Das anfallende Abwasser ist meist verunreinigt und stellt eine Gefahr für die Umwelt dar. Über das EU-finanzierte Projekt intelWATT werden in Deutschland, Griechenland und Spanien Fallstudien durchgeführt. Dabei werden mit verschiedenen technologischen Fortschritten, die für zahlreiche Branchen geeignet sind, Themen wie der hohe Verbrauch und Wasserverschmutzung behandelt.
Energieerzeugung, Bergbau und Elektroplattierung im Visier
Im Projekt werden drei Branchen mit erheblichem Wasserverbrauch betrachtet. In der Energieerzeugung werden für die Kühltürme immense Mengen Frischwasser verbraucht. Die industrielle Sole, die beim Bergbau anfällt, hat ungenutztes Ressourcenpotenzial. Der Wasserverbrauch in der Elektroplattierung ist zwar geringer als in anderen Branchen, doch die metallhaltigen Abwässer sind eine Gefahr für die Umwelt. Der Projektkoordinator Andreas Sapalidis vom nationalen Forschungszentrum für Naturwissenschaften „Demokritos“ (Griechenland) berichtet: „Das Hauptziel von intelWATT besteht darin, innovative und intelligente Wasseraufbereitungstechnologien auf TRL 8 zu validieren. In den Technologien wird die Einsparung von Frischwasser, die Ressourcenrückgewinnung und Energieumwandlung nach dem Grundsatz der Kreislaufwirtschaft kombiniert.“ Wenn das Wasser in den Kühltürmen von Kraftwerken verdampft, bleiben Mineralien zurück. Diese Akkretion wird bei einer Kühlturmreinigung entfernt. Das dabei anfallende Wasser wird in der ersten intelWATT-Fallstudie wieder aufbereitet, um den Wasserverbrauch um 99 % zu senken. Bei der zweiten Fallstudie im industriellen Bergbau wird Wasser zurückgewonnen und der Solestrom aufgewertet. Im Pilotversuch werden Osmosekraftwerke vorgeführt und das deionisierte Wasser über Membrandestillation wiedergewonnen. Bei der dritten Fallstudie wird die Gewinnung wertvoller Elektrolyte und die Einsparung von Wasser in einer Anlage zur Elektroplattierung vorgeführt. Dabei sollen in einer Versuchsanlage des TRL 8 bis zu 85+ % Chrom und Kupfer und 50 % Nickel gewonnen und 95+ % Frischwasser eingespart werden.
Intelligente Technologien zur Wasserabscheidung
Das Herzstück der intelWATT-Lösungen sind innovative Wasseraufbereitungsverfahren und die Anwendung von KI-Mechanismen. Sapalidis sagt: „Im intelWATT-Projekt wurden beachtliche Fortschritte in mehreren Bereichen erreicht, insbesondere zu Werkstoffen, intelligenten Sensoren, Modellierung, Verfahren und Versuchsanlagen.“ Über intelWATT wurden unter anderem verschiedene Arten von Membranen für die Filtration, Destillation, Umkehrosmose und Elektrodialyse geschaffen. Zu diesen Werkstoffen gehören graphenbasierte Membranen, ein neu aufkommendes Werkzeug für Abscheidungsverfahren. Mit den intelligenten Sensoren werden die Kommunikation und sichere Datenübertragung gestärkt. Weitere intelligente Technologien sind Algorithmen des maschinellen Lernens, mit denen Vorhersagemodelle und die intelligente Überwachung ausgebaut wurden, um den Energiebedarf um geschätzte 30 % zu senken. Mit den Fortschritten des Projekts zu Wasseraufbereitungsverfahren wie Umkehrosmose, umgekehrter Elektrodialyse und der Kristallisation mit Membranen ist bei der Wasseraufbereitung die Energieernte und Werkstoffrückgewinnung möglich. Über KI-basierte Pilotstudien konnte das intelWATT-Team mehrere Werkzeuge und Verfahren für die Wasserbewirtschaftung entwickeln. Der hohe Technologie-Reifegrad in den Fallstudien ist ermutigend, denn das zeigt auf eine mögliche schnelle Übernahme durch industrielle Interessengruppen und den Ausbau der europaweiten Kreislaufwirtschaft hin. Im Projekt wurde ein bedeutender Beitrag zu Wassereinsparungen und Ressourcenrückgewinnung geleistet, mit dem das Wasser in Europa – eine der wertvollsten Ressourcen für die Gesellschaft – geschützt werden kann.
Schlüsselbegriffe
intelWATT, Elektroplattierung, Abwasser, Energieerzeugung, Bergbau, Umkehrosmose, Einsparung von Frischwasser, Abscheidungsverfahren, Osmosekraftwerk, intelligente Lösungen, Verarbeitungsindustrie