IEA SHC Task 62: Artikel in der Zeitschrift "nachhaltige technologien" Ausgabe 04-2022: Solarenergie im industriellen Wasser- und Abwassermanagement

Innerhalb des IEA SHC Task 62 greift ein Netzwerk aus Experten und Expertinnen ausgewählte Themen und Forschungsergebnisse auf, um die Möglichkeiten, Herausforderungen und Vorteile der Einbindung von Solarenergie in der Aufbereitung von Abwasser im industriellen Kontext zu behandeln.

Hauptziel ist es, den Einsatz von Solarenergie in der Industrie zu erhöhen, neue Kollektortechnologien zu entwickeln und die industrielle sowie kommunale Wasseraufbereitung als neues Anwendungsgebiet mit hohem Marktpotenzial für Solarenergie zu erschließen.

Die drei Themenbereiche des Projekts sind

1. "Thermische Wasseraufbereitung und Rückgewinnung von Ressourcen" (Subtask A),
2. "Solare Dekontamination und Desinfektion von Abwasser" (Subtask B) sowie
3. "Systemintegration und Decision-Support für Endnutzer" (Subtak C).

Rückgewinnung von Wertstoffen

Der Einsatz von thermisch betriebenen Trenntechnologien wie der Membrandestillation in Kombination mit solarer Prozesswärme stellt eine energetisch und wirtschaftlich vielversprechende Alternative zu herkömmlichen elektrisch betriebenen Trenntechnologien (z. B. Mikro-, Ultra-, Nanofiltration, Umkehrosmose) dar.

Im Rahmen der Arbeiten des IEA SHC Task 62 wurde eine technische und wirtschaftliche Potenzialabschätzung für den Einsatz solar betriebener Wasseraufbereitung durchgeführt. In diesem Zusammenhang beschäftigte sich der IEA SHC Task 62 schwerpunktmäßig mit dem Anwendungsgebiet der Ammoniumrückgewinnung aus Abwasser mittels Membrandestillation (MD), ein Thema, an dem auch die Forschungsgruppe "Wasser- und Prozesstechnologien" von AEE INTEC seit mehreren Jahren forscht. Dabei ist es gelungen, eine Pilotanlage im 24/7-Betrieb an einer kommunalen Kläranlage umzusetzen.

Solare Wasserdekontamination und Desinfektion

Zusätzlich zu den thermischen Technologien werden im IEA SHC Task 62 auch Technologien berücksichtigt, die direkte UV-Strahlung in solaren Wasserdekontaminations- und -desinfektionssystemen nutzen. Ein Beispiel zur Anwendung solarer Wasserdekontamination wird im nationalen Projekt "Solarreaktor" erarbeitet, welches durch den Klima- und Energiefonds im Rahmen der 7. Ausschreibung zur Energieforschung gefördert wird. Der Solarreaktor zielt darauf ab, Wasser in einem effizienten photo-elektrochemischen Prozess in Wasserstoff (H2) umzuwandeln und gleichzeitig Abwasser durch direkte Nutzung der Sonneneinstrahlung aufzubereiten.

Systemintegration und Decision-Support für die Bedürfnisse der Endnutzer

Die entwickelten Konzepte für die Integration von Solarenergie in die Abwasseraufbereitung werden allen Stakeholdern (Industrieunternehmen, Anlagenplaner*innen, Technologieanbieter:innen usw.) in einem Decision-Making-Tool zur Verfügung gestellt, um die Entscheidungsfindung und die detaillierte Planung von Gesamtsystemen zu unterstützen. Die Integrationskonzepte sind modular aufgebaut.

Jedes Konzept hat mindestens ein Basismodul für die erneuerbare Prozesswärmeversorgung, wie Solarthermie oder Wärmepumpe. Auch die Möglichkeit der Abwärmeintegration ist gegeben. Neben den Basismodulen gibt es eine große Anzahl von Zusatzmodulen (z. B. für Ladung, Speicherung, Entladung, Integration mit Wärmetauschern).

Zusatzmodule ermöglichen die Integration von erneuerbaren Prozesswärme-Modulen zur Wärmeversorgung auf Prozess- oder Systemebene und erlauben die Anpassung des Konzepts an die jeweiligen Anforderungen.

IEA SHC Task 62: Artikel - Solarenergie im industriellen Wasser- und Abwassermanagement (2022)