Einstieg in die Kreislaufwirtschaft: Rückgewinnung von Ressourcen aus Industrie-Abwasser
ZERO BRINE
- DLR hat begleitend zum Projekt ZERO BRINE eine Open-Source-Simulationssoftware zur Berechnung von Kosten und Energiebedarf veröffentlicht.
- Hintergrund der Forschung: Zwar ist die Aufbereitung von Abwasser teuer, jedoch beinhalten die meisten Abwässer wertvolle Substanzen wie zum Beispiel Salze oder Metalle.
- Unter dem Aspekt der effizienten Ressourcennutzung gibt es auch das Interesse, nutzbare Rohstoffe in ihre jeweiligen Produktionsprozesse zurückzuführen.
- Schwerpunkte: Energie, Systemmodellierung, Nachhaltigkeit
Abwässer aus Industrieanlagen stellen weltweit eine Belastung für Umwelt und Gesundheit dar. Ihre Aufbereitung ist teuer und gilt als globale Herausforderung. Gleichzeitig beinhalten die meisten Abwässer wertvolle Substanzen wie zum Beispiel Salze oder Metalle. Inwieweit sich in der Abwasserreinigung durch die Rückgewinnung von Ressourcen ein ökonomisch attraktiver kreislaufwirtschaftlicher Ansatz entwickeln lässt, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Rahmen des von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojekts ZERO BRINE analysiert. Ergebnisse aus exemplarischen Fallstudien zeigen: Bei sinkender Umweltbelastung lässt sich durch den Verkauf von zurückgewonnenen Wertstoffen ein wettbewerbsfähiger Betrieb realisieren. Die entsprechenden Simulationsmodelle sind nun frei verfügbar als Open-Source-Software veröffentlicht worden.
Berücksichtigt wurden im ZERO BRINE-Projekt mehrere bestehende innovative Technologien, die darauf abzielen, Endprodukte von hoher Qualität und ausreichender Reinheit zu gewinnen. Eingesetzt wurden sie in unterschiedlichen Prozessindustrien vom Bergbau über die Meerwasserentsalzung bis hin zur Textilindustrie. „In allen Fällen folgt die Abwasseraufbereitung nicht nur ökologischen und ökonomischen Interessen, sondern auch dem Aspekt der effizienten Ressourcennutzung“, erklärt Dr. Thomas Pregger, Leiter des ZERO BRINE-Teams am DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme. „Entsprechend erfordern innovative Aufbereitungsketten Technologien, die energie- und kosteneffizient sind und im Idealfall zwei Ziele verfolgen: die Gewinnung von sauberem Wasser und von nutzbaren Rohstoffen sowie jeweils ihre Rückführung in Produktionsprozesse.“
Techno-ökonomische Bewertung als Entscheidungshilfe
Für eine vergleichende und industrie-unabhängige Analyse konnten die Forschenden auf die in der DLR-Energiesystemanalyse etablierten Methoden zur Modellentwicklung und zur techno-ökonomischen Bewertung zurückgreifen. Auf dieser Basis wurden Softwaremodelle entwickelt, mit denen nicht nur Einzeltechnologien wie Nanofiltration, Kristallisation, Elektrodialyse oder Umkehrosmose abgebildet werden können, sondern auch deren Verschaltung zu Aufbereitungsketten. Die Verfahren lassen sich über detaillierte Prozessgleichungen simulieren, so dass ihr Energieverbrauch sowie die Kosten des gereinigten Wassers und der rückgewonnenen Rohstoffe bestimmt werden kann. „Auf diese Weise stellt das DLR Wissen bereit, um Investitionsentscheidungen in Industrie und Wirtschaft zu unterstützen“, betont Pregger den hohen Praxisbezug der Projektergebnisse.
Fallstudien zeigen große Potenziale
Ein erster Einsatz der Simulationssoftware erfolgte in Fallstudien unter Nutzung von Daten aus Pilotanlagen, die von Projektpartnern in vier großen europäischen Forschungszentren (sogenannte „Brine Excellence Centers“) aufgebaut und betrieben wurden. Auf diese Weise wurden die Abwasser-Aufbereitungsanlagen für ein Kohlebergwerk in Polen, die Textilindustrie in der Türkei sowie für eine industrielle Wasserentsalzungsanlage in den Niederlanden untersucht. Mit dem Fokus auf die Nutzung von erneuerbarer Energie für Entsalzungsanlagen und deren Integration in zukünftige Energiesysteme wird dieses Thema in den nächsten Jahren auch am DLR verstärkt eine Rolle spielen.
Wissens- und Technologietransfer durch Open Source
Mit der nun erfolgten open source-Veröffentlichung unter dem Namen „ITEMS – BrineTechTools“ ist nun der letzte Schritt der Arbeiten erfolgreich absolviert worden. Die Simulationssoftware steht Interessierten aus Forschung, Industrie und Wirtschaft zur freien Verfügung. „Damit realisieren wir unser Ziel, die Forschung zu kreislaufwirtschaftlichen Ansätzen zu unterstützen und Kooperationen zur Weiterentwicklung die Tür zu öffnen“, so Pregger.
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