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Developing on line tools to monitor, control and mitigate GHG emissions in WWTPs

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Effiziente Abwasseraufbereitungsanlagen: weniger Treibhausgase, weniger Energieverbrauch, weniger Wassergebühren

Bei der Abwasseraufbereitung werden große Mengen Energie verbraucht und mehrere potenziell schädliche Treibhausgase ausgestoßen. Mit einem Werkzeug zur Online-Überwachung können die Anlagen reibungsloser laufen und damit weniger zum Klimawandel beitragen.

Klimawandel und Umwelt

Abwasseraufbereitung ist in der Europäischen Union ein wichtiges, aber ineffizientes Verfahren: es verbraucht viel Energie und setzt starke Emissionen frei. Aktuell macht es etwa 3 % des Stromverbrauchs in den entwickelten Ländern aus und der typische Wirkungsgrad solcher Aufbereitungsanlagen liegt in Europa bei unter 50 %. Außerdem werden in verschiedenen Phasen des Prozesses große Mengen schädlicher Gase in die Atmosphäre gepumpt: entweder beim Stromverbrauch, der Nutzung von Chemikalien, der Entsorgung von unerwünschtem Abwasser oder der Verwertung von Klärschlamm. „Abwasseraufbereitungsanlagen sind eine beträchtliche anthropogene Quelle von Treibhausgasemissionen, wie Kohlendioxid, Methan oder Lachgas (N20). Dabei sind die beiden letztgenannten auf 100 Jahre gesehen sogar 25 beziehungsweise 265 Mal schädlicher als CO2“, so Professor Andreas Andreadakis vom Institut für Wasserressourcen an der Nationalen Technischen Universität Athen und Projektkoordinator von C-FOOT-CTRL. Solche Anlagen – oder ihre Funktionsweise – umzugestalten, wäre ein Anfang, um dieses Problem in den Griff zu bekommen. C-FOOT-CTRL ist ein Projekt, das mit Förderung im Rahmen von Horizont 2020 ein Softwaretool entwickelt, um diesen Prozess anzustoßen. Mit C-FOOT-CTRL lassen sich Aufbereitungsanlagen online überwachen, um die Gasemissionen präzise vorherzusagen und zu protokollieren oder herauszufinden, wo die schlimmsten Verschmutzungsquellen liegen und was den Wirkungsgrad am stärksten hemmt. Darauf aufbauend werden Verbesserungsvorschläge unterbreitet, wie die CO2-Bilanz verringert werden kann.

Messen des CO2-Fußabdrucks

Das Team von C-FOOT-CTRL hat ein neuartiges Gasanalysegerät entwickelt, das Emissionen überwacht und die Informationen auch online protokolliert. „Besonders wichtig war uns die Online-Messung von N2O“, so Prof. Andreadakis. Annähernd 8 % der globalen anthropogenen Treibhausgasemissionen bestehen aus N2O und der Anteil der Abwasseraufbereitungsanlagen daran liegt bei 3,2 %. Das Tool misst und verfolgt die Emissionen an der Quelle präzise und in Echtzeit und leitet dann wenn nötig Gegenmaßnahmen ein. Gleichzeitig zeigt das System an, welche Aktivität genau die Ursache des Problems war. Das C-FOOT-CTRL besteht aus drei Grundkomponenten: Datenbanken, Onlinemessdaten und einem dynamischen Computermodell, das die CO2-Bilanz bestimmt. Eine Nutzerschnittstelle leitet die Ergebnisse des Überwachungssystems dann wieder an die Anlagenbetreiber. Die innovative Software ist so gestaltet, dass sie auf Basis integrierter Sensornetzwerke als kostengünstiges und flexibles System alle Maßnahmen zur Senkung der Treibhausgasemissionen überwacht und „beaufsichtigt“. Wenn es strukturelle Schwächen aufdecken kann, sollte es auch neue Gestaltungsansätze anregen können. „C-FOOT-CTRL wird Wasserversorger dazu bringen, aktiver zu sein und ihre Innovationsstrategien auf neuen Technologien aufzubauen, und zwar ausgehend von der Leistungsanalyse ihrer Wasseraufbereitungsanlagen“, so Prof. Andreadakis. Erfolgreich getestet wurde das System schon in zwei Anlagen in Griechenland und dem Vereinigten Königreich. „Mit Hilfe von C-FOOT-CTRL wurden bereits mehrere Reduktionsstrategien für Treibhausgasemissionen sowie Studien zu ihrer Wirksamkeit in Wasseraufbereitungsanlagen entwickelt“, ergänzt Prof. Andreadakis.

Ein ganzer Schwall von Vorteilen

Im Kampf gegen den Klimawandel und für höhere Wirkungsgrade in der EU kann das Tool mit seinen nützlichen Funktionen eine große Hilfe sein. Es wird außerdem den operativen Betrieb der Anlagen verbessern – was für die Anwohner vor Ort eine höhere Lebensqualität mit sich bringen sollte. Wenn die CO2-Bilanz der Abwasseraufbereitungsanlagen kleiner wird, kann sich das auch positiv auf die Wassergebühren auswirken, wie Prof. Andreadakis erklärt: „C-FOOT-CTRL und die Umsetzung entsprechender Reduktionsstrategien für Treibhausgase können den Energieverbrauch innerhalb der Anlage senken. Darum kann die wasserwirtschaftliche Dienstleistung günstiger werden, was sich in der Wasserrechnung der Verbraucher widerspiegelt.“ Diese Forschung wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert.

Schlüsselbegriffe

C-FOOT-CTRL, Treibhausgas, Abwasseraufbereitungsanlage, Energie, Verbrauch, Wasser, CO2-Bilanz, CO2-Fußabdruck, Klimawandel, Wasserrechnung

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