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Rückgewinnung von kohlenstoffbasierten Stoffen aus kommunalem Abwasser

In dem Interreg-Nord-West-Europa-Projekt 'WOW! Wider business Opportunities for raw materials from Wastewater' wurden für fünf kohlenstoffbasierte Produkte technische Lösungen der Rückgewinnung entwickelt, Marktpotenziale und Hemmnisse ermittelt und eine technisch-ökonomische Bewertung durchgeführt. Damit wurden wichtige Grundsteine auf dem Weg der Transition der Abwasserentsorgung von einer linearen Entsorgungswirtschaft hin zu einer Kreislaufwirtschaft gelegt.

Abwasser enthält wertvolle Ressourcen, die als Rohstoffe wiederverwendet werden können. Bislang steht die Nutzung des Wertstoffpotenzials von Abwasser nicht im Fokus. Lediglich bezüglich des Energieeinsatzes auf Kläranlagen gibt es seit langem Ansätze, effizienter zu werden, z. B. [1], [2], [3], [4]. Daneben bestand das Streben, im Klärschlamm enthaltene Nährstoffe (N, P, K) in der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung zu nutzen, was jedoch künftig in dieser Form durch strengere rechtliche Rahmenbedingungen nur noch eingeschränkt möglich ist. Die Entwicklung zu einer gezielten Rückgewinnung hat mit der Novellierung der Klärschlammverordnung [5] begonnen, in der erstmals die Verpflichtung zur Ressourcenrückgewinnung von Phosphor gesetzlich verankert wurde. Bislang weitgehend unbeachtet sind die Möglichkeiten, weitere im kommunalen Abwasser und Klärschlamm enthaltenen Wertstoffe wie organischen Kohlenstoff, Stickstoff und Kalium zurückzugewinnen. In dem Interreg-Nord-West-Europa-Projekt 'WOW! - Wider business Opportunities for raw materials from Wastewater' wurden im Zeitraum 2018 - 2022 die Möglichkeiten zur stofflichen Rückgewinnung von kohlenstoffbasierten Stoffen, sogenannter carbon based elements (CBE), untersucht.
Hierbei wurde neben der technischen Umsetzung auf der Kläranlage die gesamte Wertschöpfungskette für CBEs aus Abwasser betrachtet, um den Weg zu einer zirkulären Nutzung der Sekundärrohstoffe aufzuzeigen. Bild 1 zeigt ein vereinfachtes Schema zurRückgewinnung der im Rahmen des Projektes untersuchten CBE. In einem ersten Verfahrensansatz zur Anreicherung von Lipiden wird der Abwasserzufluss nach dem Rechen für die Kultivierung des lipidspeichernden Bakteriums Microthrix parvicella verwendet. Die Lipide können nachfolgend aus der Biomasse extrahiert, verarbeitet und zur Produktion von Biodiesel genutzt werden. In einem zweiten Verfahren wird mit einer Feinstsiebung Zellulose im Bereich der mechanischen Reinigung aus dem Abwasser abgetrennt. Die Zellulose wird anschließend entwässert, getrocknet undpyrolysiert. Während des Pyrolyseprozesses werden flüchtige Stoffe von der festen Biomasse abgetrennt und in Biokohle, Bioöl und Essigsäure umgewandelt. In einem dritten - im Folgenden näher beschriebenen - Verfahrensansatz wird Primärschlamm zunächst unter anaeroben Bedingungen versäuert, wobei durch die Prozessführung eine Biogasbildung vermieden wird. In einem nachfolgenden aeroben biologischen Prozess werden Polyhydroxyalkanoate (PHA) aus dem versäuerten Rohschlamm erzeugt und in Bakterienzellen angereichert. Die PHA können aus der Biomasse extrahiert und für die Herstellung von Biokunststoffprodukten genutzt werden. Die drei Verfahrensansätze wurden jeweils bis in den Pilotmaßstab mit unterschiedlichen technischen Technologie-Reifegraden(TRL) auf kommunalen Kläranlagen in den Niederlanden, in
Deutschland und in Frankreich untersucht.

Copyright:	© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Quelle:	Wasser und Abfall 05 (Mai 2022)
Seiten:	6
Preis:	€ 10,90
Autor:	Dr.-Ing. Inka Hobus Dr.-Ing. Gerd Kolisch Prof. Dr.-Ing. Heidrun Steinmetz Thomas Uhrig Julia Zimmer
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