Aus der Kanalisation in den Erfolg: Die verborgenen Schätze im Abwasser
Europäische Industriebranchen von Lebensmittel- und Getränkeherstellern bis hin zu Chemie- und Biotechnologieunternehmen versuchen, von den Substanzen zu profitieren, die sich nach der Nutzung des Wassers darin befinden.
Jahrzehntelang wurde das meiste Abwasser der Brauerei Mahou San Miguel in der nordöstlichen spanischen Stadt Lleida einfach in die Kanalisation gespült.
Jetzt wird das Abwasser genutzt, um Strom und Wärme für die Brauerei zu erzeugen, die an einem von der EU geförderten Forschungsprojekt teilnimmt, um Abwasser zu einer wiederverwendbaren Ressource zu machen.
Bits für Biogas
Mahou San Miguel, Spaniens größter Bierproduzent, verwendet Wasser, um die Brauerei in Lleida zu reinigen, sowie zur Reinigung von Fermentierungstanks und alten Flaschen, bevor sie wiederverwendet und neu befüllt werden.
Als Ergebnis ist das Abwasser voller organischer Stoffe – so genannte Biomasse – wie altes Bier und Reste von Hopfen und Getreide, die zu Biogas umgewandelt werden können. „Im Abwasser steckt Energie in Form von Biomasse oder Wärme, die man zurückgewinnen kann“, sagt Dr. Anne Kleyböcker, Forscherin am KWB-Wasserforschungszentrum in Berlin.
Sie fügt hinzu, dass Industrieabwässer auch andere Substanzen wie Nährstoffe enthalten, die wirtschaftlich wertvoll sein könnten, sofern Wege gefunden werden, diese zu extrahieren.
Kleyböcker leitet das von der EU geförderte Projekt, das Forschungseinrichtungen, Universitäten und Unternehmen aus EU-Ländern wie Dänemark, Frankreich, Griechenland und Italien zusammenbringt. Außerhalb der EU kommen die Teilnehmer aus Israel, Norwegen und dem Vereinigten Königreich.
Aktion vor Ort
Das 53-monatige Projekt namens ULTIMATE wird von einem niederländischen Wasserforschungsinstitut namens KWR koordiniert und soll bis Oktober 2024 laufen.
Im Mittelpunkt stehen Pilotanlagen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Petrochemie und der Biotechnologie. Ziel ist es, die Machbarkeit von im Labor entwickelten Technologien zur Gewinnung von Stoffen aus Abwasser in großem Maßstab zu zeigen, so Dr. Gerard van den Berg, Projektleiter und Teamleiter bei KWR.
In einem Zentrum für die Verarbeitung von Zitrusfrüchten in Griechenland und bei einem Olivenölhersteller in Israel werden in Pilotanlagen Pflanzenstoffe wie Polyphenole und Antioxidantien extrahiert, die als Farbstoffe, Lebensmittelzusatzstoffe und Nahrungsergänzungsmittel sowie als chemische Verbindungen für die Herstellung verwendet werden können.
Weiter nördlich erforscht eine Chemieanlage in Frankreich, ob Chemikalien und Metalle wie Schwefel und Molybdän aus dem Wasser, das zur Reinigung von bei der Verbrennung von Abfällen entstehenden Gasen verwendet wird, zurückgewonnen werden können.
Noch weiter nördlich befindet sich eine Demonstrationsanlage in der Whisky-Brennerei Glenmorangie in den schottischen Highlands. In ihr werden Ammoniak und Phosphor extrahiert, um diese als Dünger auf lokalen Gerstenfeldern zu verwenden, und die Wärme für diesen Prozess wird aus einem Reaktor gewonnen, der Biogas aus Abwasser produziert. Das Abwasser wird auch gereinigt, damit es zur Reinigung der Brennerei wiederverwendet werden kann.
Die Kosteneffizienz dieser Aktivitäten ist unterschiedlich, und in einigen Fällen sind weitere Arbeiten erforderlich, um die wirtschaftlichen Vorteile zu erhöhen. In jedem Fall liegt die zugrunde liegende Bedeutung der Maßnahmen darin, den Weg zu einem neuen und nachhaltigeren Verfahren industrieller Betriebsabläufe zu zeigen.
Industrielle Anleihen
Kleyböcker fügt erklärend hinzu, dass das Projekt die „industrielle Symbiose“ verfolge: die Idee, dass verschiedene Branchen ihre Abfallprodukte austauschen. „Bevor wir damit anfangen etwas zurückzugewinnen, wissen wir bereits, wer es braucht“, erklärt sie.
Europa verfügt in diesem Bereich über ein großes Potenzial, da in den europäischen Ländern viele verschiedene Industriezweige relativ nahe beieinander liegen, was logistische Fragen erleichtert, so Kleyböcker.
Letztendlich ist jedoch der effizienteste Ausdruck dieses gesamten Konzepts einer „Kreislaufwirtschaft“, wenn Unternehmen Materialien aus ihrem eigenen Abfall extrahieren und wiederverwenden – wie Mahou San Miguel es in Lleida tut, etwa 150 Kilometer westlich von Barcelona gelegen.
Die Nutzung von Biogas, das aus dem Abfall der Brauerei gewonnen wird, um Strom und Wärme für den Standort zu erzeugen, war so erfolgreich, dass das Unternehmen den Bioreaktor erweitert. Dies wird einen Schritt umfassen, der unter ULTIMATE getestet wurde, um die Biogasproduktion zu verbessern, indem das Wachstum eines anderen Typs von Mikroorganismen – nämlich elektroaktive Mikroorganismen – gefördert wird.
Gegenwärtig können etwa 2 % des Energiebedarfs der Brauerei durch das Biogassystem abgedeckt werden. In Zukunft könnte dieser Anteil auf etwa 6 % steigen.
Damit das alles funktioniert
Neben den technischen Herausforderungen für die Wiederverwendung von Wasser bestehen organisatorische, rechtliche, wirtschaftliche und soziale Hürden, die in einem separaten von der EU finanzierten Projekt angegangen werden.
Es trägt den Namen WIDER UPTAKE und läuft über viereinhalb Jahre bis Oktober 2024. Im Rahmen des Projekts wird ein Fahrplan für die weit verbreitete Wiederverwendung von Abwasser und die Rückgewinnung von Ressourcen erarbeitet.
„Es gibt viele technische Lösungen, aber das hilft Ihnen nicht, wenn es keine Wertschöpfungskette nach der Kläranlage gibt“, sagt Dr. Herman Helness, leitender Wissenschaftler und Experte für Wasserwirtschaft bei der norwegischen Forschungsorganisation SINTEF.
Er ist einer der Leiter des Projekts WIDER UPTAKE, das Lösungen an fünf Demonstrationsstandorten erprobt. Vier der Standorte befinden sich in europäischen Ländern – in der Tschechischen Republik, Italien, den Niederlanden und Norwegen – und einer in Ghana.
Wasserprüfung
In der tschechischen Hauptstadt Prag wird im Rahmen des Projekts untersucht, wie gereinigtes Abwasser, das normalerweise in die Moldau gepumpt wird, zur Bewässerung von Parks und anderen Grünflächen in der Stadt verwendet werden kann.
Die Idee stieß auf eine regulatorische Hürde, weil sich die Tschechische Republik gegen die Einhaltung nicht bindender EU-Mindeststandards für die Wiederverwendung von Wasser zur Bewässerung entschieden hat, so Helness.
Die Folge ist eine rechtliche Lücke in der tschechischen Gesetzgebung, die die Verwendung von Abwasser zur Bewässerung verhindert.
Die Forscher wollen zeigen, dass die Bewässerung von Grünflächen mit dieser Art von Abwasser sicher ist. Im Rahmen des Pilotprojekts wird das gereinigte Abwasser an verschiedenen Pflanzen getestet und die Auswirkungen auf ihr Wachstum sowie die Anreicherung von Chemikalien in den Pflanzen und dem umgebenden Boden untersucht.
Es werden drei Varianten des Abwassers verwendet und die Ergebnisse verglichen: eines direkt aus der Kläranlage, ein weiteres, das eine zusätzliche Nanofiltrationsbehandlung durchlaufen hat, und ein drittes, das nanofiltriert und einem UV-Desinfektionsverfahren unterzogen wurde.
Bisher haben Tests ergeben, dass alle drei Varianten sicher für die Bewässerung von Pflanzen und Blumenbeeten sind, so Helness. Die Hoffnung der Forscher ist, dass diese Ergebnisse verwendet werden können, um Mindestbewässerungsstandards für die Tschechische Republik zu entwickeln.
Neue Wege einschlagen
WIDER UPTAKE untersucht auch die Verwendung von Abwasser für landwirtschaftliche Bewässerung in Italien und Ghana. In Norwegen untersucht das Projekt die Rückgewinnung von Düngemitteln und Bodenverbesserungsmitteln aus Abwasser.
Und in der niederländischen Hauptstadt Amsterdam extrahieren die Forscher Mineralien und Pflanzenfasern aus Abwasser, um ein biobasiertes Verbundmaterial herzustellen, das für Produkte wie Parkbänke und Gebäudeverkleidungen verwendet werden kann.
Helness weist darauf hin, dass es notwendig sei, einige lokale Wahrnehmungen über die Möglichkeiten, die solche Aktivitäten bieten, zu ändern, und sagt, dass es während des Projekts gelegentlich Anzeichen für einen bürokratischen Widerstand bei der Änderung von Praktiken gegeben habe.
„Sie müssen nicht nur regulatorische, sondern auch akzeptanzbedingte Hindernisse überwinden“, fügt er abschließend hinzu.
Weitere Informationen
Artikel von Michael Allen
Recherchen zu diesem Artikel wurden vom Horizon-Programm der EU gefördert. Die Ansichten der Befragten spiegeln nicht unbedingt die der Europäischen Kommission wider. Dieser Artikel wurde ursprünglich in Horizon, dem EU-Magazin für Forschung und Innovation, veröffentlicht.