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Seit 01:10 Uhr Hintergrund
StartseiteForschung aktuellAus Abwasser Strom erzeugen11.04.2017

BrennstoffzelleAus Abwasser Strom erzeugen

Kläranlagen reinigen unsere kommunalen und industriellen Abwässer, die ohne diese Behandlung nicht wieder in Bäche und Flüsse eingeleitet werden könnten. In Goslar wird in einem Pilotprojekt erprobt, wie daraus ohne Umweg über eine Vergärung Strom erzeugt werden kann - mit schon jetzt beachtlichen Wirkungsgraden.

Von Volker Mrasek

Kläranlage der Stadt Northeim (imago/stock&people/Hubert Jelinek)
Eine Kläranlage: Vielleicht kann diese irgendwann mal energieautark arbeiten. (imago/stock&people/Hubert Jelinek)

Abwässer. Die werden nicht nur geklärt. Daraus lässt sich auch was machen.

"Abwasser ist selbstverständlich auch Energie. Wir haben da hochkomplexe organische Verbindungen drin. Und die sind sehr energiereich."

Der ganze organische Schmutz landet normalerweise im abgetrennten Klärschlamm. Der wird in vielen Kläranlagen auch heute schon energetisch verwertet, wie der Biologe Thomas Deppe erläutert. Das geschieht in großen Silos neben den Klärbecken. Und zwar so, ...

"... dass man den Schlamm nimmt, ihn vergärt, dann das Biogas im Blockheizkraftwerk weiter verarbeitet, verstromt. Das ist das, was eigentlich Stand der Technik ist."

Brennstoffzelle erzeugt Strom

Jetzt aber wird erstmals versucht, Strom direkt aus dem Abwasser zu gewinnen. In einer Kläranlage in Goslar. Dort steht seit Kurzem ein Container mit einer speziellen Brennstoffzelle, durch die das Abwasser strömt. Eine, die lebt, wie man sagen könnte. In ihrem Inneren stecken Biofilme voller Bakterien. Aber ganz andere als die, die man sonst im Klärschlamm findet. Man nennt sie exoelektrogen. Und das bedeutet: Man kann diesen Mikroorganismen Elektronen wegschnappen, die in ihrem Stoffwechsel frei werden, wenn sie das organische Material aus dem Abwasser verwerten. Thomas Deppe begleitet das Pilotprojekt für das Bundesforschungsministerium, den Geldgeber:

"Da gibt es bestimmte Mikroorganismen, die im Laufe der Evolution gelernt haben, diese Elektronen auf Metalle in ihrer Umwelt zu übertragen. Und das macht man sich zunutze. Und kultiviert diese Mikroorganismen in den Bio-Brennstoffzellen. Und dann übertragen sie die Elektronen auf die metallische Oberfläche, die leitfähige Oberfläche, die man ihnen zur Verfügung stellt."

In der Folge produziert die Brennstoffzelle dann quasi bakteriellen Bio-Strom. Entwickelt wurde das Aggregat am Clausthaler Umwelttechnikinstitut CUTEC, in der Arbeitsgruppe des Verfahrenstechnikers Michael Sievers. Doch wie effizient ist ihre Brennstoffzelle? Wie viel chemische Energie aus den Schmutzpartikeln wandelt sie in elektrische um? Zahlen dazu präsentierte der Ingenieur jüngst auf der 50. Essener Tagung für Wasser- und Abfallwirtschaft:

"Wir haben bisher einen Wirkungsgrad von zwölf bis 15 Prozent erreicht, was an Stromausbeute aus der Verunreinigung des Abwassers möglich ist. Es gibt aber Hinweise, dass das noch weiter steigerbar ist. Wenn Sie das vergleichen mit einer indirekten Stromgewinnung über die Verfaulung von Klärschlamm - dort liegt der Wirkungsgrad bei neun Prozent."

Ziel ist ein energieunabhängiges Klärwerk

Man schätzt, dass vier- bis fünfmal mehr Energie im Abwasser steckt, als Kläranlagen eigentlich benötigen, um es zu reinigen. Es gibt die Idee, diese Ressource in Zukunft stärker anzuzapfen. Klärwerke könnten so energieunabhängig werden, oder besser noch: Von Verbrauchern zu Produzenten, die mehr Strom ins Netz speisen, als sie selbst brauchen.

"Ich sehe das Potenzial der Bio-Brennstoffzelle dahingehend, dass man große Biofilm-Reaktoren baut, die dann tatsächlich 20 bis 30 Prozent des Energieinhalts in Strom umwandeln. Dann sind wir schon im Bereich der energieautarken Kläranlage."

Prinzipiell könnten Klärwerke auch beides: weiterhin Faulgas für kleine Blockheizkraftwerke aus dem Klärschlamm gewinnen und zusätzlich Abwasser durch Bio-Brennstoffzellen schicken. Dann würden die Anlagen auf zweierlei Art und Weise Strom produzieren.

Zunächst aber muss Sieverts Team zeigen, dass das Verfahren nicht nur im Labor funktioniert, sondern auch im Pilotmaßstab, in der Kläranlage in Goslar. Thomas Deppe:

"Die Anlage läuft ja bereits mit einigen wenigen Modulen und wird schrittweise weiter ausgebaut. Und es werden auch noch mal verbesserte Module eingebaut. Es werden ja Erfahrungen gewonnen, wie man etwas verbessern kann von der Konstruktion her. Und darum wird es im nächsten halben Jahr gehen."

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