Die Abwasserentsorgung als Voraussetzung für moderne Städte
Abwasser entsteht dort, wo Menschen wohnen und arbeiten und auf verschiedene Weisen Wasser verbrauchen – beispielsweise beim Kochen, Wäschewaschen oder beim Duschen. Sobald das verbrauchte Wasser den Abfluss passiert hat, gelangt das Abwasser in den Abwasserkanal tief unten in der Kanalisation. In den dort beim Kanalbau verlegten Rohren erfolgt die Weiterleitung zum örtlichen Klärwerk. Die Kläranlage bereitet das Abwasser auf, indem sie Schadstoffe daraus entfernt, welche ansonsten die Gewässer und damit schließlich auch das Trinkwasser verunreinigen könnten. Das macht die Abwasserentsorgung zu einem zentralen Bestandteil menschlicher Siedlungen und Abwasserkanäle zu einer systemrelevanten Infrastruktur, denn nur so ist eine Versorgung mit sauberem und sicherem Trinkwasser möglich.
Heute erfolgt in Deutschland die Abwasserentsorgung bei mehr als 97 Prozent der Bevölkerung über den Abwasserkanal, der Teil des öffentlichen Kanalnetzes ist. Dieses trennt das vom Menschen produzierte Schmutzwasser oft zusätzlich vom natürlich auftretenden Regenwasser. Das Regenwasser wird in einem eigenen Kanal direkt in ein Gewässer geleitet und auf diese Weise das Klärwerk entlastet. Dies verhindert, dass bei starkem Regen ungereinigtes Abwasser in Flüsse oder Bäche gelangt.
Durch den Abwasserkanal erreicht das Abwasser das Klärwerk, wo unter großem Aufwand die biologische Aufbereitung erfolgt. Die dafür nötigen Bedingungen, darunter vor allem hohe Temperaturen von rund 40° C, müssen in der Kläranlage technisch geschaffen werden. Insgesamt verbrauchen die mehr als 9.000 deutschen Klärwerke dafür jährlich rund 4.400 Gigawattstunden Strom, was der Produktion eines kompletten Großkraftwerkes entspricht. Trotz des Energieeinsatzes zur Aufbereitung des Abwassers lässt sich der Abwasserkanal auch erfolgreich als Energiequelle nutzen. Eine konsequente Verwertung der Abwasserwärme könnte einen bedeutenden Anteil der jährlich in Deutschland benötigten Wärme auf umweltfreundliche und günstige Weise liefern. Und das, ohne die Arbeit der Kläranlagen zu beeinträchtigen.
Der Abwasserkanal als Energie- und Wärmequelle
Benötigt wird dafür lediglich eine Abwasserwärmepumpe, die dem im Abwasserkanal fließenden Abwasser einen Teil der darin enthaltenen thermischen Energie entzieht. Die Wärmepumpe hebt die so aufgenommene Wärme unter Einsatz von Strom auf ein höheres Temperaturniveau. Anschließend kann die zurückgewonnene Wärme zur Versorgung eines Heizungssystems oder auch eines Nah- oder Fernwärmenetzes zum Einsatz kommen. Auf diese Weise wird Verbrauchern thermische Energie bereitgestellt, die besonders klimafreundlich und zugleich günstig ist. Denn sowohl Wärmepumpe als auch Wärmenetz arbeiten mit aus dem Abwasserkanal gewonnener Wärme besonders effizient und somit kostengünstig.
Grund dafür ist, dass das Abwasser mit ganzjährig zwischen 10 und 20° C vergleichsweise warm ist und der Wärmepumpe so besonders viel thermische Energie zur Aufbereitung liefert. Sie benötigt also weniger Strom, um deren Temperatur anzuheben, und verbraucht dementsprechend weniger Rohstoffe. Auch das Wärmenetz profitiert von der Abwasserwärmenutzung: Die kurzen Transportwege, die durch die Verfügbarkeit von Abwasserwärme in direkter Nähe zu menschlichen Siedlungen entstehen, verringern Energieverluste und steigern somit die Effizienz des Wärmenetzes.
Und auch im Klärwerk lässt sich Energie aus dem Abwasser gewinnen. Denn dort fallen als Nebenprodukte der Wiederaufbereitung Klärschlamm und Faulgas an, die als erneuerbare Energiequellen verstromt oder im Fall von Klärschlamm sogar noch als Düngemittel verwendet werden können. Damit lassen sich ebenfalls Kosten sparen und die Energieeffizienz von Abwasserkanal und Klärwerk zusätzlich steigern.
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