Brennstoffzelle produziert Strom aus dem Klärgas der Stadtentwässerung
Im Dresdner Klärwerk wird derzeit eine Brennstoffzelle getestet, die aus dem Methan des Klärschlammes Strom erzeugt. Die Brennstoffzelle arbeitet nicht nur effektiver als ein Blockheizkraftwerk. Es können auch Speise- und Marktabfälle sowie der Inhalt der Biotonne vergoren werden.
Wärme aus dem Blockheizkraftwerk erhitzt den Schlamm auf 37 Grad Celsius.
Foto: Stadtentwässerung Dresden
In den großen Faultürmen des Dresdner Klärwerkes steckt ein brauner, zäher, rund 37 Grad warmer Schlamm. Rund 150 Tonnen davon fallen bei der Abwasserreinigung der Stadt mit gut einer halben Million Einwohner täglich an. Der Klärschlamm ist aber nicht nur Abfall sondern auch Rohstoff zugleich, denn aus ihm wird Methangas gewonnen. In zwei Blockheizkraftwerken wird daraus Strom erzeugt, der etwa 60 Prozent des Energiebedarfes der Stadtentwässerung Dresden deckt. Eine Menge, die genügen würde, um bis zu 16.000 Haushalte mit Elektrizität zu versorgen.
Wirkungsgrad von Brennstoffzellen höher als beim Blockheizkraftwerk
Nun sollen neben dem Klärschlamm künftig weitere biogene Rest- und Abfallstoffe in die beiden Faultürme mit einer Größe von jeweils 10.500 Kubikmeter gegeben werden. Durch diese „Co-Vergärung“ würde die Biogasmenge steigen. Eine noch höhere Ausbeute könnte die Desintegration des Klärschlammes bringen, also eine Zerkleinerung auf biologischem, physikalischem oder chemischem Weg.
Die neue Schlammbehandlung an Autobahn A4.
Foto: Stadtentwässerung Dresden
Um ihren Klärschlamm besser zu verwerten und auch Bio-Abfälle in die Energieerzeugung einzubeziehen, greift die Dresdner Stadtentwässerung auf das Know-how des ortsansässigen Fraunhofer Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS zurück. Unter reellen Bedingungen testen die Wissenschaftler des IKTS derzeit die Zerkleinerung des Klärschlammes mit Ultraschall sowie den Einsatz einer Festoxidbrennstoffzelle, die den Wirkungsgrad der Energiegewinnung verbessern soll.
„Im Vergleich zu einem Blockheizkraftwerk ist der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen deutlich höher“, erklärt Matthias Jahn vom Dresdner IKTS. Während mit der konventionellen Technik allenfalls ein Wirkungsgrad von 40 Prozent erreicht werde und der Rest als Wärme verloren gehe, seien mit der Brennstoffzelle 50 Prozent möglich. „Die Technologie der Blockheizkraftwerke ist weitgehend ausgereizt, aber bei der Brennstoffzelle gibt es noch Luft nach oben“, so Jahn.
Im neuen System kann auch der Inhalt der Biotonne verwertet werden
Derzeit testen Jahn und sein Team eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC Solid Oxide Fuel Cell) unter realen Bedingungen an der Dresdner Kläranlage. Die SOFC arbeitet nicht mit energieintensiv gewonnenem Wasserstoff, sondern mit dem Klärgas der Stadtentwässerung. Brennstoffzellen sind grundsätzlich effektiver, weil sie chemische Energie direkt in elektrische Energie umwandeln. Die SOFC wird bei hohen Temperaturen von 650 bis 1000 Grad Celsius betrieben und besteht aus einem festen keramischen Werkstoff.
Mittels perforierter Bänder wird der Belebtschlamm eingedickt.
Foto: Stadtentwässerung Dresden
„Unser System läuft auch dann stabil, wenn der Methangehalt zwischen 30 und 70 Prozent schwankt“, erklärt Jahn. „Das im Biogas vorhandene Kohlendioxid muss nicht abgetrennt werden, sondern wird im Prozess genutzt. Das ermöglicht eine höhere Flexibilität der Brenngaszusammensetzung. Es können auch Speise- und Marktabfälle, Rückstände aus der Lebensmittelherstellung oder der Inhalt der häuslichen Biotonne vergoren werden.“
Im besten Fall, so hofft die Dresdner Stadtentwässerung, könne sie nicht nur eine energieautarke Kläranlage schaffen, sondern sogar Strom ins städtische Netz liefern. Ergebnisse der Versuche mit Brennstoffzellen und Biogas sollen Anfang 2014 vorliegen.