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Student entwickelt Biogas-Anlage aus Plastiktonne

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Jan Schellinger ist der erste Absolvent der Hochschule Biberach, der für seinen Studienabschluss ein interdisziplinäres Projekt der Studiengänge Energiesysteme (jetzt Energie-Ingenieurwesen) und Industrielle Biotechnologie bearbeitet hat. Ganz verkürzt dargestellt hat er eine Anlage entwickelt, die es beispielsweise Menschen in Entwicklungshilfeländern ermöglicht, in einem großen Plastikbehälter Biogas zu erzeugen, um es für die eigene Energieversorgung zu nutzen.

Das klingt einfach, war jedoch für Jan Schellinger „im Detail ganz schön schwierig“. Fast ein Jahr hat er sich mit dem Thema, der Vorbereitung und Umsetzung beschäftigt – viel länger als allgemein üblich.
Belohnt wurde sein außerordentliches Engagement mit einem besonders erfolgreichen Studienabschluss Bachelor of Engineering sowie jeder Menge Know-how in einem für ihn bislang fremden Fachgebiet: der Biotechnologie. „Meine Kenntnisse in Biologie und Chemie beschränkten sich auf die aus der Schulzeit, so Schellinger. Am Ende seines Projektes konnte er sich dagegen an Gesprächen seiner Studienkollegen aus dem Studiengang Industrielle Biotechnologie durchaus beteiligen: „Diskussionen über multiresistente Bakterien? – Aber gerne!“

Was genau also hat Jan Schellinger zum Abschluss seines Studiums gemacht? Für ein Entwicklungshilfeprojekt der Steyler Mission in Bolivien wollte der 25-Jährige aus dem Landkreis Sigmaringen eine Biomasse-Anlage für den Hausgebrauch entwickeln und bauen. Dafür reiste er in den Dschungel im Osten des Landes, verschaffte sich vor Ort einen Überblick über die Situation und Lebensgewohnheiten auf dem Land, das zu den ärmsten Regionen Südamerikas gehört. Nach ersten Versuchen, die jedoch nicht das gewünschte Ergebnis erzielten, entschloss sich Jan Schellinger, der Problematik umfassender und in wissenschaftlicher Tiefe zu widmen. Schellinger machte auf eigene Faust weiter und suchte sich an der Hochschule Biberach die notwendige Unterstützung, die er neben seinem betreuenden Professor, Dr.-Ing. Alexander Floß, in Professorin Dr. Heike Frühwirth fand.
Die Verfahrenstechnikerin ist Studiendekanin des noch jungen Studienganges Industrielle Biotechnologie. Auch dieser Studiengang beschäftigt sich mit der Erzeugung von Energie und Wertstoffen. Dr. Frühwirth beispielsweise hat einen Schwerpunkt ihrer Lehr- und Forschungstätigkeit auf Algenbiotechnologie gesetzt. In innovativen Algen-Produktionssystemen werden Pigmente und hochwertige Omega-3- Fettsäuren erzeugt. Mikroalgen aber seien auch Allrounder, die ausgezeichnet in Abwasser wachsen und dieses „ganz nebenbei“ aufreinigen, so die Expertin.

Eine Schnittmenge zwischen dem energietechnischen und dem verfahrenstechnischen Bereich der Biotechnologie war also gefunden. Als angehender Ingenieur für Energiesysteme hieß das für Schellinger: Mikrobiologie, Fermentationstechnik, Labortechnik pauken! Von nun an begleitete er die Biotechnologie-Studenten von Prof. Frühwirth zu einer Fachmesse für Labortechnik, wälzte Biologie- und Chemiebücher und studierte die Skripte seiner Kommilitonen für Bioprocessing und Fermentation. Im Labor der Industriellen Biotechnologie baute er seinen Versuchsstand um eine blaue Chemie-Tonne herum auf, verbaute darin Messtechnik und startete seine dreiwöchige Versuchsreihe, in er seine Biogasanlage mit Dung, Gras und Speiseresten befüllte.
Als Ergebnis konnte er bei seinem Abschlusskolloquium vor den betreuenden Professoren Heike Frühwirth und Alexander Floß sowie Kommilitonen beider Fachrichtungen darstellen, wie seine Anlage funktioniert – und wie viel Biogas sie bei gegebener Befüllung erzeugt. Unerlässlich, so Schellinger, sei ein Rührwerk für die stehende Anlage. Der junge Ingenieur sieht einige Verbesserungsmöglichkeiten bei der technischen Ausführung wie bei der Substratwahl. Unterm Strich aber kann Schellinger belegen, dass „eine Biogasanlage ein lohnendes und fortschrittliches Entwicklungsprojekt darstellt“.
Für Dr. Heike Frühwirth war es „großartig zu sehen, wie Studierende verschiedener Studiengänge über den Tellerrand gucken und auf direktem Weg von einander profitieren.“ Und ihr Kollege Dr. Floß sieht „großes Potenzial für weitere gemeinsame Projekte in Lehre und Forschung, an denen die Studierenden beider Studiengänge beteiligt werden können“.

Und wie geht es nun weiter? Jan Schellinger hat seinen Bachelor-Abschluss in der Tasche, sein Projekt ist damit abgeschlossen. Seinem Kolloquium haben auch Mitglieder von Ingenieure ohne Grenzen zugehört – und das mit Interesse. Vielleicht wird seine Idee, nun mit konkreten Ergebnissen hinterlegt, ja doch noch in einem Entwicklungshilfeland aufgegriffen. Schellinger selbst will sein Wissen weiter vertiefen, ob im Entwicklungsbereich, der Energietechnik oder vielleicht sogar der Biotechnologie, ist noch nicht entscheiden. „Ich bin auf jeden Fall gespannt, was als nächstes auf mich zukommt“, sagt er.
Für die Hochschule sieht der 25-Jährige vielfältige Möglichkeiten für die auf den ersten Blick völlig unterschiedlichen Disziplinen Energie-Ingenieurwesen und Industrielle Biotechnologie. Sein eigener Ausflug in die Biotechnologie hat ihm Kompetenzen eingebracht und vor allem neue Freundschaften: „Der Studiengang Industrielle Biotechnologie ist wie eine kleine Familie. In die bin ich aufgenommen worden“.

Weitere Informationen:
http://www.hochschule-biberach.de

 

 

Die Mikrobielle Brennstoffzelle zur Stromerzeugung aus Abwasser

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Die Mikrobielle Brennstoffzelle ist eine sehr junge Technologie, die es ermöglicht, elektrischen Strom aus Biomasse, wie etwa Abwasser, zu gewinnen. Dabei werden die organischen Bestandteile des Abwassers durch sogenannte exoelektrogene Mikroorgansimen abgebaut. Die Mikroorganismen sind auf einer Elektrode immobilisierten (angesiedelt) und übertragen Elektronen auf ihre Elektrode (die Anode). Durch eine Gegenelektrode (die Kathode) kann ein elektrisches Potenzial geschaffen und ein elektrischer Strom abgegriffen werden. Dadurch wird es ermöglicht, einen Teil der Energie aus dem Stoffwechsel der Mikroorganismen „abzugreifen“ und in Form von elektrischem Strom nutzbar zu machen. Ein sehr angenehmer Nebeneffekt dieser Technologie ist, dass bei der Stromerzeugung auch gleich Abwasser gereinigt wird.

Das Thema in den Medien:
http://www.otv.de/mediathek/video/energieautarkes-haus/

Quelle:
http://www.oth-aw.de/bischof/forschung/energie_aus_abwasser/die_mikrobielle_brennstoffzelle/

 

 

Planungssicherheit für Energiemaßnahmen in einem ständig wechsendem Umfeld

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Dr.-Ing. Gerhard Seibert-Erling, Frechen

1 EINLEITUNG
Die energetische Welt ist in Bewegung geraten. Der seit etwa 20 Jahren wachsende Anteil erneuerbarer Energien und die wenig später in die politische Diskussion eingebrachten Fragen des Klimaschutzes haben den zunächst nicht genauer bestimmten Begriff der Energiewende geprägt. Einigen Pionieren der Wind- und Solarenergie erschien um 2006 für ausgewählte Bundesländer sogar die „100 %-Vision“ bis 2030 als erreichbar [1]. Mit dieser Vorstellung konnten sich die Energiekonzerne aber nicht anfreunden, weil der wirtschaftliche Betrieb der Großkraftwerke infrage gestellt wurde.

Die nach heftigen politischen Diskussionen in 2010 beschlossene Laufzeitverlängerung der Atomkraftwerke mit der vorgesehenen Abschaltung des letzten Reaktors in Brokdorf im Jahr 2036 hätte sich trotzdem noch mit der 100 %-Vision vereinbaren lassen.

Wenn bis dahin die Ziele der sog. Energiewende noch verschwommen erkennbar waren, dann wird es ab dem Jahr 2011 mit dem Gau im Atomkraftwerk Fukushima und der aufgrund des Sinneswandels der Bundeskanzlerin veranlassten Rücknahme der gerade durchgesetzten Laufzeitverlängerung allmählich unübersichtlich. Man könnte auch sagen, dass wir das danach in Deutschland entstandene Durcheinander heute Energiewende nennen.

Wenn Umwelt- und Energieexperten in aktuellen Beiträgen wie „Projekt „Energiewende“: Schneckentempo und Zickzackkurs statt klarer Konzepte für die Systemtransformation?“ [2] nicht nur die Energiewende in Anführungszeichen setzen, sondern Inhalt, Richtung und Zeitplan des Mammutprojektes infrage stellen, dann schwindet die von den Akteuren in den letzten Jahren immer häufiger angemahnte Planungssicherheit.

Dabei sind die Kosten des Projektes enorm; allein die Umwälzung über den sog. EEG-Mechanismus liegt bei rd. 53 Mio. EUR pro Tag. Insofern muss man der folgenden Charakterisierung „Aktionismus bei Korrektureingriffen in die politische Rahmensetzung (EEG) steht hier neben verblüffendem Langmut gegenüber offensichtlichem Handlungsbedarf (Emissionshandel, EU-Effizienzrichtlinie).“ leider beipflichten.

„Wir brauchen Planungssicherheit“ wird auch vom Zentralverband Elektrotechnik- und Elektroindustrie e.V. (ZVEI) gefordert [3]. Der Vorstand Friedhelm Loh warnte kürzlich davor, dass die Verzögerungen bei der Energiewende dem Standort Deutschland schaden. Die Chance auf eine weltweite Marktführerschaft könne verspielt werden.

Dass er damit nicht unbedingt falsch liegt, zeigte sich am Beispiel des Baukonzerns Bilfinger SE, der vor einigen Jahren ins Kraftwerksgeschäft eingestiegen ist. Dieser Geschäftsbereich leidet angeblich unter der Energiewende und der daraus resultierenden Investitionszurückhaltung der Versorger. Ironischerweise musste gerade der von der Politik an die Konzernspitze gewechselte ehemalige hessische Ministerpräsident Roland Koch feststellen: „Das Hauptproblem ist alles, was mit Energie zu tun hat.“ Nach dieser Kritik an der überhasteten und unausgegorenen Energiewende in Deutschland trat er zurück. Der Ex-Politiker ist damit ein Opfer politischer Entscheidungen geworden, die er als Wirtschaftspolitiker vermutlich selbst nie in dieser radikalen Form getroffen hätte [4].

Wo liegen die Ursachen für diese verfahrene Situation? Wer treibt die Energiewende an? Wer sitzt am Steuer? Wer bestimmt den Kurs? Wohin geht die Reise? Gibt es überhaupt einen technischen Plan für die Wende?

Eines der politischen Instrumente zur Lenkung im Bereich der Energieversorgung ist das erneuerbare Energien Gesetz (EEG). Der Traum des letzten Bundesumweltministers Altmaier, ein EEG zu entwickeln, dass 40 Jahre Bestand hat, ist nach einer sehr kurzen Amtszeit wegen seiner eigenen Umsetzung in das Kanzleramt nicht in Erfüllung gegangen, es kam sogar ganz anders. Das BMU hat nicht nur die federführende Zuständigkeit für das EEG verloren, sondern es ist überhaupt nicht mehr an dessen weiterer Entwicklung beteiligt. Das EEG ist jetzt komplett dem BMWI zugeordnet. Damit sind alle energetischen Belange wieder (wie früher) beim Wirtschaftsministerium konzentriert.

Der neue Minister Gabriel hat daraufhin die Reform des EEG 2014 in kürzester Zeit durchgepeitscht; das Gesetz ist am 01.08.2014 in Kraft getreten. Er bezeichnet es gerne als EEG 2.0 und stellt nach Angaben auf der Webseite des Ministeriums die Reform als planbar, bezahlbar und effizient dar. Die Nachteile sind aus der Energiewende gestrichen. Das EEG ist ein wichtiger Schritt für den (angeblichen) Neustart der Energiewende (Bild 2). Wer allerdings glaubt, dass im Sinne von Herrn Altmaier 40 Jahre Ruhe herrscht, der täuscht sich. Minister Gabriel hat bereits das EEG 3.0 angekündigt. Damit ist zumindest ganz sicher, dass bei Verbrauchern und Erzeugern die Verunsicherung niemals größer war als heute.
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Bild 1: EEG-Reform 2014 (Webseite des BMWI)

2 PLANUNG, PLANUNGSSICHERHEIT, ABWASSER, ENERGIE
Während die Planung als Begriff etabliert ist und die menschlichen Fähigkeiten der gedanklichen Vorwegnahme von Handlungsschritten zur Erreichung eines Ziels beschreibt, findet man zur Planungssicherheit wenige und zudem nur vage Umschreibungen. Im technischen Bereich, wo die Planung ein Schwerpunkt der Tätigkeit ist, redet man nicht von Planungssicherheit. Vielleicht gerade deshalb, weil man dort keine andere Wahl hat, als professionell mit den Risiken des Vorausdenkens umzugehen. „Unsicherheit“ ist wirklich auch das letzte, was man im Planungsgeschäft braucht.

Im politischen Bereich ist der Begriff Planung eher unüblich, er findet sich erst neuerdings in Energiebereich häufiger im Zusammenhang mit der Einführung des EEG. Das hat in erster Linie historische Gründe. Als Folge des Missbrauchs des Planungsbegriffs während der Zeit des NS-Regimes war die Verwendung bis in die 1960er Jahre verpönt. Die sozialistische Planwirtschaft in der ehemaligen DDR stand im Gegensatz zur freien Marktwirtschaft. „Planung“ war deshalb gerade im geteilten Deutschland negativ besetzt. Erst allmählich hat die „Planung“ dann im Rahmen von Raumordnungsverfahren oder für spezielle Politikfelder wie dem „Grünen Plan“ (einem Förderprogramm für die Landwirtschaft) Eingang in den politischen Sprachgebrauch gefunden.

Der Begriff der Planungssicherheit findet sich vornehmlich in den Bereichen Wirtschaft und Finanzen. Im Energiebereich spricht man im Zusammenhang mit der EEG-Reform 2014 von Planungssicherheit, aber eben nicht im technischen Bereich, sondern für die Fondsmanager [5].

Wenn also von Planung und Planungssicherheit im Zusammenhang mit der Energiewende und speziell dem EEG geredet wird, darf man nicht erwarten, dass diesen Äußerungen eine im ingenieurtechnischen Sinne in sich abgeschlossene und konsistente Planung zugrunde liegt. Das eingangs von Experten angemahnte Konzept zur Systemtransformation gibt es auch nach der EEG-Reform 2014 nicht. Es ist entgegen der Darstellung des Wirtschaftsministers auch weiterhin nichts langfristig „planbar“. Der Strompreis steigt weiter und ist deshalb nicht mehr und nicht weniger „bezahlbar“ als vorher. Immerhin soll vor dem Hintergrund der aktuellen Ukraine-Krise nun im Bereich Energie alles „effizient“ werden. Nach einem aktuellen Bericht haben 6 EU-Länder die Europäische Kommission aufgefordert, entsprechende Einsparziele für den Zeitraum bis 2030 auszuarbeiten. Demnach soll der Ausstoß von Treibhausgasen bis 2050 um 80 bis 95 % verringert werden. Dem hat der (deutsche) EU-Kommissar widersprochen mit der Begründung, dass dies nicht realistisch sei. Damit hat er nicht Unrecht wenn man zur Kenntnis nehmen muss, dass aufgrund der vermehrten Stromproduktion aus Braunkohle der CO2-Ausstoß in Deutschland seit zwei Jahren wieder deutlich ansteigt.

Wie steht es nun um die Planungssicherheit in Bezug auf die energetischen Belange für den Bereich Wasser/Abwasser? „Ohne Energie kein Wasser – ohne Wasser keine Energie“ ist ein gerade aufgelegtes Forschungsprogramm des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) überschrieben. Schon seit einigen Jahren bemüht sich die Abwasserbranche um eine Abstimmung mit der Energiebranche, weil die Betreiber der Kläranlagen zwar insgesamt nur einen kleinen Beitrag von etwa 1 % an der gesamten Stromproduktion aus erneuerbaren Energien liefern. Weil Kläranlagen aber Verbraucher und Erzeuger zugleich sind und außerdem aufgrund ihres Energieportfolios (Klärgas, Strom, Wärme, etc.) über eine große Flexibilität verfügen, könnte die Integration der Kläranlagen in lokale Netze trotzdem interessant sein [6].

Bezogen auf die aktuelle Reform des EEG ist in wirtschaftlicher Hinsicht interessant, wie sich der Strompreis entwickeln wird und welche Vor- und Nachteile für die erneuerbaren Energien (Strom, Wärme) aus dem reformierten EEG, aber auch aus anderen relevanten Gesetzen erwachsen. Hier ergeben sich nach einer ersten Analyse der gerade in Kraft getretenen gesetzlichen Regelungen große Vorbehalte, weil eine langfristige Strategie nicht erkennbar ist. Der verlässliche Planungshorizont für die Erzeugerseite liegt nach einer ersten Einschätzung vielleicht bei zwei Jahren. Weil die Gesetze zudem für die „reinen“ Erzeugungsanlagen (Wind- und Solarparks) gemacht werden, ist die Interpretation für den „Sonderfall Kläranlage“ ohnehin erschwert. Von einer Planungssicherheit für Blockheizkraftwerke oder andere große und entsprechend teure Energiemaschinen mit einer Nutzungsdauer zwischen 5 und 10 Jahren ist die neue Gesetzeslage weiter entfernt als vorher.

Die vordringliche Aufgabe der Kläranlagen ist die Abwasserreinigung; die Energie ist formell zweitrangig. Es gibt Bestrebungen, die Energie aufzuwerten. Das zuvor erwähnte Forschungsprogramm soll dazu wichtige Erkenntnisse liefern. Man muss aber derzeit zur Kenntnis nehmen, dass sich die im allgemeinen langfristige Entwicklung der Kläranlagen nicht an den kurzfristigen Entscheidungen im Energiebereich orientieren kann.
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Bild 2: Übersicht über die Energiegesetze (August 2014)
 
Für die Betreiber der Kläranlagen ist es nicht einfach, sich in diesem Umfeld zu orientieren. Einerseits ist man gewillt, einen Beitrag zur Verbesserung der Umwelt nicht nur bezogen auf die Reinigung des Abwassers, sondern auch im Energiebereich zu leisten. Andererseits muss man hinnehmen, dass die Umsetzung dieser Ziele in der Praxis durch eine immer komplexer werdende Gesetzeslage und neuerdings zum Teil auch durch zusätzliche finanzielle Belastungen konterkariert wird.

Dieses Dilemma hat der Abwassserbranche in den vergangenen Jahren mal zum Vorteil und mal zum Nachteil gereicht. Für die kommenden Jahre ist zu befürchten, dass die Eigenerzeugung von Strom aus erneuerbarer Energie finanziell erheblich benachteiligt wird. Unter anderem durch die Einführung der Zahlung einer EEG-Umlage auf selbst erzeugten und zudem selbst verbrauchten Strom. Die Erzeugung von Strom aus Klärgas wird dadurch wirtschaftlich schlechter gestellt und damit das wichtigste Instrument der Kläranlagen im Kampf gegen die hohen Stromkosten beschnitten.

Die Möglichkeiten der Abwasserbranche zur Einflussnahme auf die Gesetzgebungsverfahren sind sehr beschränkt. Dennoch hat eine konzertierte Aktion der DWA, speziell des Fachausschusses KEK-10, im letzten Jahr offensichtlich eine Wirkung erzielt. Ansonsten verbleibt den Kläranlagen wie bisher, ihre Stärken im technischen Bereich auszuspielen. Das breite Energieportfolio lässt viele Möglichkeiten mit zum Teil großen Spielräumen zu. Insofern ist Kreativität gefordert, um unter den hinzunehmenden energierechtlichen Randbedingungen dennoch eine optimale technische und wirtschaftliche Betriebsführung zu erreichen.

3 DIE ZEITACHSE DER ENERGETISCHEN PLANUNG
Alle technischen Systeme haben Lebenszyklen, nach denen sich die zu ihrer Planung erforderlichen Zeithorizonte ausrichten. Diese gliedern sich üblicherweise in langfristige (strategische), mittelfristige (praktische) und kurzfristige (operative) Maßnahmen und Ziele.

Charakteristisch für den energetischen Bereich sind außerdem die hohen spezifischen Investitionskosten und die großen gegenseitigen Abhängigkeiten aufgrund der Netzstruktur. Daraus ergeben sich dann Zeithorizonte von ca. 60 Jahren für strategische, 20 Jahren für praktische und 5 Jahren für operative Entscheidungen.

In den Bereich der strategischen Planung fallen grundlegenden Entscheidungen über die Netze und die Energieerzeugung. Die mittelfristige Planung betrifft die Energiequellen (Gas, Kohle, etc.). Kurzfristig ist im Energiebereich kaum etwas zu bewerkstelligen, die Entscheidungen betreffen allenfalls Maßnahmen zur Instandhaltung oder kleinere Erweiterungen.
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Bild 3: Lebenszyklen

Die vergleichsweise langen Zeiträume lassen sich rückblickend relativ genau auf der Zeitachse einordnen. Die letzte große strategische Entscheidung im Energiebereich betraf den Bau möglichst weniger zentraler Großkraftwerke und den Bau einer streng hierarchischen Netzstruktur (Hochspannung, Mittelspannung, Niederspannung), in denen der Strom nur in einer Richtung von oben nach unten fließt. Mit dem Bau wurde etwa 1960 begonnen. Folglich sollte sich um die Jahrtausendwende die Frage stellen, ob diese Struktur beibehalten wird oder ob mit Blick auf die noch junge Entwicklung bei den erneuerbaren Energien einer dezentralen Verteilungsstruktur der Vorzug gegeben wird.

Eine Entscheidung ist bekanntlich nicht gefallen; folglich haben wir weiterhin eine Netzstruktur, in dem der Strom grundsätzlich nur in einer Richtung transportiert werden kann. Bei einem Anteil von etwa 25 % Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen bereitet das allmählich technische Probleme. Trotzdem wird die Entscheidung immer weiter aufgeschoben. Mittlerweile ist das Problem derart drängend, dass man den weiteren Ausbau der dezentralen Energieerzeugung auf der Basis erneuerbarer Energiequellen reglementieren muss.

Ein anderer Grund für das Aufschieben der Entscheidung könnte sein, dass damit die bisherige Struktur mit zentralen Kraftwerken noch eine Zeit lang gestützt wird. Problematisch ist dabei, dass die Netze dennoch älter werden und der Sanierungsbedarf steigt und kein Plan existiert, wie die neuen Netze aussehen sollen.
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Bild 4: Lebenszyklen von Energie- und Abwasseranlagen

Wenn man der langfristigen Planung im Energiebereich die Entwicklung in der Abwassertechnik gegenüberstellt, dann sind die Zeithorizonte durchaus vergleichbar, auch das Maß der Verantwortung für die großen (politischen) Entscheidungen. Die technische Entwicklung im Abwasserbereich verläuft bekanntlich sehr konservativ und ist daher von einer relativen Ruhe und großer Kontinuität geprägt. Beispielsweise wird das bekannte Arbeitsblatt DWA-A 131 als maßgebliche technische Regel für den Bau von Abwasseranlagen nur etwa alle 10 Jahre – Tendenz steigend – revidiert. Das sorgt im technischen wie im wirtschaftlichen Bereich für eine hohe Planungssicherheit.

Im energetischen Bereich verläuft die Entwicklung deutlich unruhiger. Die Planungssicherheit hängt sehr stark von der Gesetzeslage im Energierecht ab. Hier wäre zu erwarten gewesen, dass es nach der Sturm- und Drangzeit von 1995 – 2010 mit einer entsprechend hohen Lernkurve allmählich etwas ruhiger wird. Stattdessen geht es in die andere Richtung: Die Gesetze ändern sich immer häufiger, der Umfang wächst; den Nutzen darf man gemessen an dem deutlich sinkenden Zuwachs der Stromproduktion infrage stellen.
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Bild 5: Energierecht im zeitlichen Verlauf (Novellierungen)

4 EIN MASTERPLAN ALS WEG AUS DER KRISE?
Wenn schon keine Planung für eine neue Versorgungsstruktur existiert, dann muss wenigstens ein Masterplan her, um aus der bestehenden Sackgasse herauszukommen. Das ist in der Politik nur schwierig zu vermitteln. Vielleicht gelingt es mit dem Vorschlag von M. Pehnt in der Form eines U-Bahn-Netzes, mit dem vor allem vermittelt wird, dass viele Einzelvorgänge angestoßen werden müssen, die zeitgleich synchronisiert werden müssen und noch dazu im laufenden Betrieb stattfinden [7].
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Bild 6: Masterplan Energiewende mit den relevanten Bereichen für Wasser/Abwasser

Ein Festhalten an der alten zentralen Versorgungsstruktur wird selbst vom BDEW nicht mehr unterstützt. Nach dessen Einschätzung stellt sich nicht mehr die Frage, ob die Umstellung auf erneuerbare Energiequellen stattfindet, sondern nur noch wie und wann das passiert.
Möglicherweise decken sich diese Vorstellungen sogar mit dem Fahrplan von Pehnt, der die einzelnen „Strecken“ zwischenzeitlich auch in zeitlicher Auflösung dargestellt hat (Bild 7).
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Bild 7: Zeitverlauf des Masterplans für ausgewählte Bereiche

Eine Darstellung dieser Art hebt sich wohltuend von der beschriebenen Entwicklung des Energierechts ab, die derzeit offensichtlich als das einzige Lenkungsinstrument der Politik für die Energiewende angesehen wird. Vom Wirtschaftsrat (der CDU) wurde die EEG-Reform 2014 wie folgt bewertet: „Das EEG bleibt eine Dauerbaustelle. Mit der permanenten Unberechenbarkeit der Rahmenbedingungen in der Energie- und Klimapolitik bleibt damit das größte Investitionshindernis der Energiewende für Mittelstand und Industrie bestehen. Wir mahnen eindringlich, bei der Entwicklung des EEG 3.0 zügig an Fahrt aufzunehmen (…).“ Wenn also aus dem politischen Lager der Regierung schon Front gegen die gerade verabschiedete EEG-Reform gemacht wird, dann sinkt die Planungssicherheit für alle Akteure auf den Nullpunkt.

5 FAZIT
Zur weiteren Entwicklung der Energieversorgung lassen sich kaum noch zuverlässige Prognosen abgeben. Längst überfällige große Richtungsentscheidungen sind nicht getroffen worden und ein technisches Konzept als Ausweg aus der verfahrenen Situation existiert offensichtlich nicht. Die Bundesregierung betreibt eine reaktionsgesteuerte Politik auf der operativen Ebene anstatt endlich einen Ordnungsrahmen für die weitere Entwicklung vorzugeben. Planungssicherheit, um zum Thema dieses Beitrags zurückzukommen, wird dadurch nicht geschaffen, vor allem nicht im technischen Bereich. Planungssicherheit gibt es allenfalls noch in Bezug auf Vergütungsmodelle, von denen in der Vergangenheit schon zu viele über Lobbyisten in die Gesetzgebung eingeflossen sind.

Der Klimaschutz bleibt völlig auf der Strecke. Während sich die Belange bisher unter der federführenden Entwicklung des BMU zumindest noch teilweise im EEG wiedergefunden haben, wurden diese Aspekte bei der Reform des EEG 2014 komplett ausgeblendet. Damit werden aber auch diese Probleme nur aufgeschoben und holen uns später mit noch größerer Wucht wieder ein.

Wenn man die Kritiken an der EEG-Reform 2014 zusammennimmt, dann wurden hier mit viel politischem Aktionismus wenige radikale, aber unsystematische Einschnitte beschlossen. Der neue Minister hat Flagge gezeigt, die beteiligten Akteure im Energiebereich verunsichert und den weiteren Ausbau der Erneuerbaren Energien weitgehend abgewürgt. Mit der gleichzeitigen Ankündigung eines EEG 3.0 wird die 2014er Reform endgültig als überflüssiges Intermezzo in die Geschichte des Energierechts eingehen.

Es bleibt für die Abwasserbranche zu überlegen, ob die bisherigen Bemühungen um eine gemeinsame Gestaltung der Energiewende noch weiter forciert werden sollen oder ob man nicht besser eigene Wege und Ziele in Bezug auf die Energieversorgung der Kläranlagen formuliert und diese im Umweltrecht verankert, auch wenn sie mit dem bestehenden Energierecht nicht unbedingt vereinbar sind. Umgekehrt wird im Energierecht auch wenig Rücksicht auf die Belange des Umweltschutzes genommen.

Die im Rahmen des vom BMBF initiierten Forschungsprogramms ERWAS geförderten Projekte beschäftigen sich überwiegend mit eine Integration von Wasser und Energie, weil eine Verbindung technisch, ökologisch und wirtschaftlich zu sinnvollen Lösungen führt. Diese Zielsetzung ist nach wie vor richtig und sollte beibehalten werden. Weil nicht auszuschließen ist, dass die sog. Energiewende ins Stocken gerät oder sich gar festfährt, sollten sich die geförderten Institute, Hochschulen und Unternehmen zusätzlich auch mit der Frage beschäftigen, wie man die jeweiligen Projektziele auch unter veränderten Bedingungen umsetzen kann. Die einseitige Fixierung auf eine Symbiose aus Wasser und Energie ist derzeit keine gute Grundlage für Projekte. Hier empfiehlt es sich, für die weitere Entwicklung der Energiewende unterschiedliche Szenarien zu betrachten und die jeweiligen Projekte daran zu spiegeln.

Eine drängende Frage betrifft die rationelle Nutzung des Klärgases zur Strom- und Wärmeerzeugung, weil einerseits bei den kleineren Kläranlagen noch Nachholbedarf besteht und andererseits bei vielen bestehenden Anlagen in den nächsten Jahren ein Repowering ansteht. Hier könnte man durchaus eine „wasserrechtliche“ Verpflichtung zur hocheffizienten Nutzung einführen, weil damit ein wesentlicher Beitrag zum Klimaschutz geleistet wird. Wenn durch die Entwicklung des Energierechts, hier vor allem durch die Zahlung eines Beitrages zur EEG-Umlage, der Einsatz von BHKW auf kleinen und mittleren Kläranlagen unwirtschaftlich werden sollte, dann ist das eine Fehlentwicklung, welche die Abwasserbranche nicht hinnehmen kann.

Literatur

[1] Willenbacher, M.; Mein unmoralisches Angebot an die Kanzlerin. Denn die Energiewende darf nicht scheitern!, Hrsg.: Herder Verlag, Freiburg im Breisgau, Juni 2013 
[2]  Gawel E., Hansjürgens B.: Ist der Fahrplan der Energiewende noch einzuhalten, Hrsg.: ZBW – Leibniz-Informationszentrum Wirtschaft, Redaktion Wirtschaftsdienst,
online verfügbar unter:  
  http://www.wirtschaftsdienst.eu/archiv/jahr/2013/5/ist-der-fahrplan-der-energiewende-noch-einzuhalten/search/fahrplan/0/ 
[3]  „Wir brauchen Planungssicherheit“, Ausgabe vom 04.06.2013, Hrsg.: DIE WELT,
online verfügbar unter:  
  http://www.welt.de/116777963  
[4]  „Holt Merkel Koch jetzt zurück?“, Ausgabe vom 05.08.2014, Hrsg.: n-tv, online verfügbar unter:  
  http://www.n-tv.de/politik/politik_person_der_woche/Holt-Merkel-Koch-jetzt-zurueck-article13367061.html  
[5]  Neues EEG bring frühzeitig Planungssicherheit, Ausgabe vom 01.07.2011, Hrsg.: Fondsübersicht24,
online verfügbar unter:  
  http://www.fondsuebersicht24.de/energiefonds/nachrichten/neues-eeg-bringt-fruhzeitig-planungssicherheit 
[6] Hobus, I., Kolisch, G., Gretzschel, O.: Energieerzeugung – Die Vielzahl von Möglichkeiten nutzen, DWA-Seminar Energieoptimierung auf Kläranlagen, Hrsg: DWA, Hannover 2013 
[7] „Masterplan für die Energiewende“, Ausgabe vom 21.12.2012, Hrsg.: INGENIEUR.DE,
online verfügbar unter:  
  http://www.ingenieur.de/Politik-Wirtschaft/Energie-Umweltpolitik/Masterplan-fuer-Energiewende 

Meschede: Viagra kommt in den Niederlanden aus dem Wasserhahn

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Arzneimittelrückstände, darunter das Potenzmittel, waren in drei niederländischen Städten erhöht. Auch in Deutschland nimmt das Vorkommen von Medikamentenrückständen im Trinkwasser zu. Auch bei uns?

Noch, so heißt es von Seiten der Hochsauerlandwasser GmbH, sei die Menge unbedenklich. Insbesondere die Bezieher von Trinkwasser aus Talsperren seien erstmal sicher. Der Technische Geschäftsführer von Hochsauerlandwasser Robert Dietrich erklärt, warum das so ist.

Lesen Sie mehr auf:

http://www.derwesten.de/staedte/nachrichten-aus-meschede-eslohe-bestwig-und-schmallenberg/wenn-viagra-im-trinkwasser-enthalten-ist-id9781842.html#plx103842971

 

 

Wie ein Fisch im Rhein – Professor schwimmt, Eawag analysiert

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Chemieprofessor Andreas Fath von der Hochschule Furtwangenin Baden-Württemberg sucht Geld für neue Analysegräte und die Wasserforschung an seinem Institut. Dafür will er vom 28. Juli bis zum 24. August den gesamten Rhein durchschwimmen – von den Bündner Bergen bis nach Rotterdam, samt Bodensee! Das Projekt Rheines Wasser ist jedoch mehr als nur Show: Mit einem Begleittross wird Fath laufend Wasserproben nehmen und die Veränderung der Rheinwasserqualität über die ganze Strecke auch mit Passivsammlern dokumentieren, die an seinem Neoprenanzug angebracht sind. Für die Analyse der Probe wird Fath von der Eawag unterstützt. Matthias Ruff von der Abteilung Umweltchemie ist überzeugt, dass das Projekt nicht nur Emotionen schüren, sondern auch interessante Resultate bringen kann: „An den Rheinüberwachungsstationen sehen wir die Wasserqualität immer nur an einem Punkt oder einem Querprofil; das Schwimmprojekt wird über die ganze Länge des Flusses Aufschlüsse geben zum Eintrag und zur Verteilung von Stoffen.“ Andreas Fath will im Spätherbst über die teils aufwändige Auswertung der Proben informieren, auch in einem Vortrag an der Eawag. Doch nun muss der Wissenschaftler erst mal ins kalte Wasser steigen, am 28. Juli in den Tomasee und für die ersten Kilometer aufs Fahrrad, tags darauf dann ab Ilanz/GR definitiv im Rhein, fast 50km pro Tag – ein ehrgeiziges Ziel. Mehr:

http://www.eawag.ch/medien/bulletin/20140724/index
 

 

EU-Projekt PROMISE zu Phosphorrecycling startet

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Julius Kühn-Institut koordiniert Arbeitspaket zur Herstellung von Recyclingdüngern aus urbanen und landwirtschaftlichen Reststoffen

Wissenschaftlerinnen des Julius Kühn-Institutes (JKI) in Braunschweig leiten in den nächsten drei Jahren ein Arbeitspaket des BONUS-Projektes „PROMISE“, in dem deutsche, finnische und schwedische Forscher auf dem Gebiet des Phosphorrecyclings zusammen arbeiten. Die Fördermittel des kürzlich gestarteten Projektes in Höhe von 486.000 Euro werden zu gleichen Teilen vom Bundesforschungsministerium (BMBF) über den Projektträger Jülich und durch das 7. Forschungsrahmenprogramm (RP7) der EU-Kommission getragen http://www.bonusportal.org/about_bonus

In dem vom JKI koordinierten Arbeitspaket geht es um die Herstellung nachhaltiger Recyclingdünger aus urbanen und landwirtschaftlichen Reststoffen. Dabei sollen so genannte sekundäre Rohstoffquellen wie Gärreste, Klärschlämme und Wirtschaftsdünger auf mögliche Kontaminationen mit ausgewählten Antibiotika, pathogenen Mikroorganismen und Schwermetallen untersucht werden. Zudem wird ermittelt, welchen Einfluss verschiedene Verarbeitungsprozesse auf die Kontaminanten haben.

Information zum Promise-Projekt:
In dem Projekt sollen flächenspezifische, nachhaltige Dünge-Strategien für den Ostseeraum entwickelt werden, mit dem Ziel, den Eintrag schädlicher Stoffe mit der Düngung zu reduzieren. Hierbei werden verschiedene Aspekte berücksichtigt, die die nachhaltige und effiziente Herstellung von Phosphatdüngern durch Phosphorrecycling voraussetzen. Darüber hinaus soll die Entwicklung innovativer Technologien im Bereich des Phosphorrecyclings gefördert werden. Dazu ist die vergleichende Beurteilung bereits bestehender Konzepte zur P-Rückgewinnung aus verschiedenen Stoffströmen nötig. Das Auftakttreffen hat Ende April 2014 im finnischen Jokioinen stattgefunden.
http://www.bonusportal.org/bonus_projects/innovation_projects/promise

Ihre Ansprechpartnerinnen:
Dr. Elke Bloem
Telefon: +49 531 596 2200
E-Mail: elke.bloem@jki.bund.de

Dr. Judith Schick
Telefon: +49 531 596 2108
E-Mail: judith.schick@jki.bund.de

Weitere Informationen:
http://www.bonusportal.org/bonus_projects/innovation_projects/promise – PROMISE-Projekt
http://www.bonusportal.org – zu BONUS

 

 

Abwasser gibt Aufschluss über Drogenkonsum

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Abwasser enthält Spuren von Drogen und deren Abbauprodukten. Daraus kann auf den Konsum zurückgeschlossen werden; nicht von einzelnen Konsumenten, aber von ganzen Städten. Eine 2012 und 2013 durchgeführte Studie in 42 europäischen Städten zeigt: In Basel, Genf, St. Gallen und Zürich wird überdurchschnittlich viel Kokain konsumiert. Bern liegt im Mittelfeld. An der Spitze sind Antwerpen und Amsterdam.

Zum dritten Mal wurden 2013 in europäischen Städten Abwasserproben auf Spuren von Drogen analysiert. 42 Städte, darunter auch Basel, Bern, Genf, St. Gallen und Zürich, nahmen an der Studie teil. Während einer Woche wurde das Abwasser von rund 1,4 Millionen Personen in der Schweiz auf Kokain, Amphetamine, Chrystal Meth, und Ecstasy untersucht. Heute werden die Resultate in der Fachzeitschrift Addiction publiziert. Nebst dem Schweizer Wasserforschungsinstitut Eawag waren über 20 weitere Forschungsstellen und Labors beteiligt.

Hohe Kokainmengen in Zürich
In Bezug auf Kokain liegt Zürich während der untersuchten Woche hinter Antwerpen (Belgien) und Amsterdam (Niederlande) auf Rang 3. Berücksichtigt man Schätzungen bezüglich Reinheit und Metabolismus, wurden in Zürich täglich rund 1.6 Kilogramm Kokain konsumiert. Mit Ausnahme von Bern liegen auch die anderen Schweizer Städte über dem europäischen Mittel – Basel und Genf auf den Rängen 9 und 10, St. Gallen auf dem 12., Bern auf dem 15. Rang. Ob die in der Schweiz vergleichsweise hohe Reinheit des Kokains, ein höherer pro Kopf Konsum oder mehr Konsumenten als aus anderen Studien vermutet zu diesen Abwasserbefunden führten ist noch offen. Hingegen liegen die Werte für die Designer Droge Chrystal Meth in allen Schweizer Städten deutlich unter dem Mittel. Spitzenreiter sind hier die tschechischen Städte Prag und Budweis sowie Norwegens Hauptstadt Oslo (detaillierte Aufstellungen im erwähnten Fachartikel).

Ecstasy- vor allem am Wochenende
Die Abwasseranalyse erlaubt es, einen zeitlichen Verlauf des Drogenkonsums zu rekonstruieren. Erwartungsgemäss schwankt vor allem der Konsum der Freizeitdroge Ecstasy stark zwischen normalen Arbeitstagen und dem Wochenende (siehe Grafik).
Bild Akt-Jun-14-Drogen.jpg

Wochenprofile von Ecstasy und Kokain: Welcher Anteil der Gesamtmenge einer Woche wurde an welchem Wochentag konsumiert (schwarz =Daten aller Städte, die an der Studie teilgenommen haben; innerhalb der Box liegen 50%, innerhalb der gestrichelten Linie 95% aller Werte).

Bei Kokain ist der Unterschied zwischen Arbeitstagen und Wochenende kleiner, statistisch aber auch signifikant. Das zeigt, dass Kokain auch unter der Woche konsumiert wird -von Abhängigen teilweise auch täglich.

Leider erfüllten die Analysewerte für Cannabis in der Schweiz die strengen Anforderungen an die beteiligten Labors nicht. Da die Schweiz als Hochkonsumland bekannt ist für Cannabis, wären diese Daten besonders interessant. An der Spitze liegen hier Novi Sad (Serbien), Amsterdam und Paris.

Langfristig: Genaueres Monitoring
Für den Erstautoren der Studie, den Ingenieur Christoph Ort vom Schweizer Wasserforschungsinstitut Eawag, steht weniger die «Rangliste» der Städte im Zentrum. Vielmehr hebt er das Ziel hervor, mit Abwasseranalysen wesentlich schneller und häufiger zu vergleichbaren Daten zu kommen als heute mit den nationalen Drogenmonitoring Programmen. Aufgrund der geringen Fallzahlen kann aus diesen Programmen z.B. nur unzureichend darauf geschlossen werden, wie viele Menschen in einer bestimmten Region innerhalb eines Jahres eine Droge konsumierten. Zusammen mit den Daten aus anderen Studien und Statistiken (z.B. Befragungen an Parties, Suchtmonitoring Schweiz, Global Drug Survey) liessen sich dagegen aus den Abwasserdaten Trends rascher erkennen und überprüfen. So stimmt der in der Abwasserstudie gefundene Anstieg der Ecstasy- und Kokainmengen von 2012 zu 2013 gut mit Substanzanalysedaten von Saferparty.ch, der Stadtzürcher Jugendberatung Streetwork, überein. Zurückgeführt wird der Anstieg auf ein zunehmende Reinheit des Kokains und auf höher dosierte Ecstasypillen. «Abwasseranalysen bieten Potential für eine verbesserte Quantifizierung des Substanzkonsums innerhalb einer geographisch definierten Region», bestätigt Alexander Bücheli von Safer Nightlife Schweiz, «Rückschlüsse auf die tatsächliche Anzahl von Konsumierenden sind allerdings noch sehr unsicher, da eine Reihe von Annahmen getroffen werden müssen.» Diese Lücke soll in zukünftigen, transdisziplinären Projekten geschlossen werden.

Originalartikel
Spatial differences and temporal changes in illicit drug use in Europe quantified by wastewater analysis. Christoph Ort (Eawag), Alexander L.N. van Nuijs (Universität Antwerpen) et al. doi:10.1111/add.12570; http://www.eawag.ch/medien/bulletin/20140527/wastewater_drug_monitoring_in_press.pdf

Weitere Auskünfte
Dr. Christoph Ort (Eawag, Abt. Siedlungswasserwirtschaft); +41 58 765 5277; christoph.ort@eawag.ch

 

 

Ein schlaues Gewächshaus für Fische und Tomaten

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Tomatenfisch? Was soll denn das bitte sein? Viele denken dabei wohl erst mal an Dosenfisch in Tomatensoße. Oder an einen Fisch, der so rot ist wie Tomaten.

Beim Tomatenfisch geht es aber um etwas ganz anderes: In der Stadt Berlin arbeiten Forscher daran, Tomaten und Fische zusammen in einem Gewächshaus zu züchten. Warum? Die Fische und die Pflanzen sollen das Wasser, das sie zum Leben brauchen, gemeinsam nutzen. Und zwar nacheinander, in einem Kreislauf. Weil das schwierig zu erklären ist, nennen die Forscher ihr Verfahren einfach Tomatenfisch.
Es funktioniert so: Die Fische leben in dem warmen Gewächshaus in großen runden Becken. In die sprudelt frisches Wasser. Die Fische sind Buntbarsche, auch Tilapia genannt. Sie werden mit gepressten Futterkörnern aus Pflanzenmehl und Fliegenlarvenmehl gefüttert.

Wenn die Fische diese Larven verdaut haben, landen die Ausscheidungen der Fische im Wasser. Darunter sind auch giftige Stoffe. Das schmutzige Wasser wird deshalb ein paar Meter weiter in Kläranlagen geleitet. Dort werden zuerst größere Klümpchen herausgesiebt.
Die winzigen Giftstoffe sind aber immer noch im Wasser. Sie kommen in einen Bio-Filter: Das ist eine weitere Kläranlage. In der leben winzige Bakterien auf Plastik-Spulen, die wie klitzekleine Lockenwickler aussehen. Die Bakterien futtern den giftigen Stoff Ammonium. Daraus machen sie einen anderen Stoff. Der heißt Nitrat. Er ist ein guter Pflanzen-Dünger.

Das Wasser mit dem Dünger wird nun weitergeleitet an die Tomaten. Die wachsen in langen Reihen in einer Art Rinne gleich neben den Fischbottichen. Die Tomaten nehmen das Wasser mit dem Dünger auf. Von dem Dünger leben sie. Das Wasser schwitzen die Tomaten über ihre Blätter dann wieder aus: als blitzsauberen Wasserdampf.

Der steigt hoch und wird in großen Rohren aufgefangen. In den Rohren ist es kühl. Deshalb verwandelt der Wasserdampf sich wieder in flüssiges Wasser. Doch wohin mit dem Wasser? Wieder zu den Buntbarschen. Und damit geht der Kreislauf von vorn los.

Aber was ist an der ganzen Sache jetzt so toll? Das erklärt einer der Tomatenfisch-Erfinder, der Biologe Werner Kloas. Beim Tomatenfisch-Projekt wird Nahrung für Menschen mit wenig Wasser produziert. Denn die Fische und die Tomaten nutzen ja dasselbe Wasser. Würde man die Tomaten allein in einem Gewächshaus züchten, und die Fische an einem anderen Ort, würde man viel mehr Wasser verbrauchen.

http://www.mittelbayerische.de/nachrichten/junge-leser/jun-taeglich/artikel/ein_schlaues_gewaechshaus_fuer/1077884/ein_schlaues_gewaechshaus_fuer.html
 

 

Dokumentarfilm mit 20 Geschichten über die Notwendigkeit von Wasser rund um den Globus

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Ohne Wasser gibt es kein Leben, keine Zivilisation, keine wirtschaftliche Entwicklung. Wasser wird gestaut, um Energie zu gewinnen, es wird umgeleitet, um Wüste in Farmland zu verwandeln und Städte bewohnbar zu machen – meist mit verheerenden Konsequenzen.

Der Dokumentarfilm WATERMARK der mehrfach ausgezeichneten Regisseurin Jennifer Baichwal und dem international bekannten Fotografen Edward Burtynsky lädt auf eine beeindruckende Reise zu verschiedenen Orten auf der Welt ein, die der menschliche Eingriff in den Wasserkreislauf tiefgreifend verändert hat. Burtynsky ist bekannt für seine hochauflösenden Fotos, die die weitreichenden Folgen menschlichen Wirkens auf die Natur dokumentieren und stellt dies in WATERMARK unter Beweis. Der Film zeigt den Zuschauern in faszinierenden Bildern die universelle Bedeutung von Wasser für den Menschen und welchen Stellenwert diese wichtige Ressource für die Zukunft hat.

Mehr:
http://www.senator.de/movie/watermark-ot

 

 

Nanopartikel: Keine Endstation in der Müllverbrennung

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Villigen, Schweiz – Abfallverbrennung ist noch lange kein Allheilmittel.

Denn einige für die menschliche Gesundheit und die Umwelt schädliche Verbrennungsprodukte können nicht vollständig verbrannt werden. Dazu gehören Nanopartikel. Bereits vor einem Jahr berichtete ein Forscherteam mit Beteiligung des Paul Scherrer Instituts PSI über das Schicksal von zunehmend in Konsumgütern eingebauten Nanopartikeln, die am Ende ihres Lebenszyklus in die Abfallverbrennung gelangen. Diese Nanopartikel werden bei der Verbrennung nicht in die Atmosphäre ausgestossen. Aber sie bleiben in den festen oder flüssigen Rückständen der Verbrennungsanlagen unzerstört bestehen und landen schliesslich auf Deponien.

Deshalb sehen PSI-Forscher Handlungsbedarf, bevor die Verbreitung nanostrukturierter Produkte, die während oder als Überrest nach der Verbrennung in die Umwelt gelangen, ein unumkehrbares Ausmass annimmt. In Zusammenarbeit mit Kollegen der ETH Zürich und der Empa gehen sie zunächst der Frage nach, wie viele Nanopartikel welcher Grösse und chemischer Zusammensetzung tatsächlich eine Kehrichtverbrennungsanlage verlassen. Denn von diesen beiden Faktoren – Grösse und Chemie – hängt die Reaktionsfreudigkeit und somit die mögliche Biotoxizität von Nanopartikeln stark ab. Insbesondere das Wissen um die chemische Zusammensetzung wird es erstmals erlauben, die Herkunft der Nanopartikel festzumachen, also ob diese aus dem ursprünglichen Abfallgut stammen oder erst während des Verbrennungsprozesses entstehen.

Chemische Zusammensetzung untersuchen
Über den Nanopartikel-Ausstoss von Kehrichtverbrennungsanlagen sowie von anderen Anlagen zur thermischen Aufarbeitung von Abfall ist noch zu wenig bekannt. In diese Richtung unternehmen nun die Forscher erste Schritte. Sie bauen zurzeit ein Instrument, mit dem die Nanopartikel-Emissionen aus Verbrennungsprozessen auf ihre chemische Zusammensetzung und Grössenverteilung untersucht werden können. Messgeräte, die entweder die Grösse von Nanopartikeln (Partikelzähler) oder ihre elementaren Bestandteile (Plasma-Massespektrometer) durchleuchten, gibt es bereits lange. Nicht aber solche, die beides gleichzeitig und dazu noch in Echtzeit tun. „Für ein besseres Verständnis der Bedingungen, unter denen die Nanopartikel die Verbrennung überleben, sind solche zeitaufgelösten, dynamischen Messungen essentiell“, sagt Mohamed Tarik, Postdoktorand in der PSI-Forschungsgruppe für chemische Prozesse und Materialien im Labor für Bioenergie und Katalyse.

Zukünftig unmittelbar überwachen
Mit der heutigen Technik sind die Messungen nur zeitversetzt möglich. In Zukunft hingegen sollen zum Beispiel in Experimenten die Betriebsparameter einer Verbrennungsanlage angepasst und der unmittelbare Effekt auf die Nanopartikel-Emissionen überwacht werden. Das Ziel der PSI-Forscher ist deshalb, die beiden heute noch getrennten Funktionen (Bestimmung der Grössenverteilung mit einem Partikelzähler und der chemischen Zusammensetzung mit einem Plasma-Massespektrometer) in einem Gerät zu vereinen.

Argon statt Luft
Einige Anpassungen an bestehenden kommerziellen Instrumenten sind jedoch notwendig. So erfordert ein kommerzielles Plasma-Massespektrometer (zur Bestimmung des chemischen Spektrums) die Verwendung von Argon für die Plasmaerzeugung. Luft oder gar Sauerstoff würden das Plasma instabil machen. Für das neue Gerät bedeutet dies, dass auch das Filtern und Zählen der Partikel im Klassierer mit Argon statt Luft als Schleiergas geschehen müssen. Weil die Gasflüsse hier genau definiert sein müssen und Argon anders fliesst als Luft (unterschiedliche Viskosität), müssen ein paar Betriebsparameter angepasst werden. Zudem verlangt das Plasma-Massespektrometer eine präzise definierte Eingangsmenge an Gas, um richtig zu funktionieren. Die Forscher schalten deshalb einen sogenannten Rotationsverdünner vor, der diese genaue Dosierung übernimmt.

Tricks zur Erfassung aller Partikelgrößen

Eine weitere Herausforderung stellt die Verwendung des teuren Argons. Um die Kosten in Grenzen zu halten, arbeiten die Wissenschaftler deshalb an einem Konzept zur Reduktion des Argonverbrauchs in ihrem Instrument. Argon bringt eine weitere Schwierigkeit ins Spiel: Die Spannung, die man anlegen kann, ohne dass es zum elektrischen Durschlag kommt, ist bei diesem Edelgas kleiner als bei Luft. Da man zum Filtern grösserer Partikel auch höhere Spannungen benötigt, ist mit Argon die maximale Grösse der Partikel, die man noch messen kann, ebenfalls kleiner als bei Luft. Die Forscher wollen aber Partikel aller möglichen Grössenklassen vermessen, denn nur so erhalten sie ein vollständiges Bild der potenziellen Gefährlichkeit der Verbrennungsprodukte. Sie feilen deshalb auch an Tricks, mit denen sie die Beschränkung der maximal messbaren Partikelgrösse umgehen können.

Christian Ludwig, Leiter der Gruppe für chemische Prozesse und Materialien, ist trotz dieser Herausforderungen zuversichtlich, dass der Bau eines sehr empfindlichen und genauen Messgerätes zur vollständigen Charakterisierung der Nanopartikel aus der Abfallverbrennung gelingen wird. Ein erster Prototyp sei bereits gebaut und die bisherigen Testmessungen damit machten ihm Hoffnungen. Langfristiges Ziel ist der Bau eines mobilen Instrumentes, mit dem Messungen an den Anlagen vor Ort durchgeführt werden können.

Autor: Leonid Leiva
Quelle: Paul Scherrer Institut
http://recyclingportal.eu/Archive/4142