Wenn die Kläranlage Wasserstoff liefert: Berlin und Brandenburg starten Modellprojekt

Faulturm, Belebungsbecken, Blockheizkraftwerk (BHKW): Die Technik auf deutschen Kläranlagen besitzt vielerorts eine ähnliche Struktur:

• das Abwasser wird gereinigt
• aus dem Schlamm entsteht im Faulturm Klärgas
• ein BHKW macht daraus Strom und Wärme

Künftig könnte auf manchem Betriebsgelände aber ein neuer Akteur anzutreffen sein: ein Elektrolyseur, der immer dann anspringt, wenn Wind- und Solarparks mehr Strom liefern, als gerade gebraucht wird.

Ob dieses Zusammenspiel technisch, wirtschaftlich und ökologisch trägt, soll das neue Forschungs- und Demonstrationsvorhaben KoNexus klären. Koordiniert vom Kompetenzzentrum Wasser Berlin (KWB) und gefördert vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR), erproben Partner aus Wasser- und Energiewirtschaft an drei Standorten in Brandenburg, wie Kläranlagen zu Knotenpunkten der Energieversorgung werden können.

Wasserstoff und Biomethan aus dem Klärwerk: Das Konzept hinter KoNexus

Die Idee: Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien wird direkt auf der Kläranlage per Elektrolyse in grünen Wasserstoff umgewandelt. Der lässt sich laut KWB entweder vor Ort nutzen oder mit dem biogenen Kohlendioxid aus dem Klärgas zu Biomethan weiterverarbeiten, das sich wie Erdgas speichern und ins Gasnetz einspeisen lässt.

Wirtschaftlich interessant wird das Ganze durch die Koppelprodukte:

• Durch die Spaltung von Wasser fällt neben Wasserstoff auch Sauerstoff an, den das Klärwerk für die Belüftung seiner Becken oder für die Ozonung verwenden kann. Dabei werden Spurenstoffe wie Arzneimittelrückstände aus dem Abwasser entfernt.
• Die Abwärme der Elektrolyse könnte wiederum verschiedene Wärmebedarfe auf der Anlage decken.

Christian Remy, der am KWB die Gruppe Energie und Ressourcen leitet, fasst zusammen: „Kläranlagen bringen viele Voraussetzungen mit, die für Power-to-Gas-Konzepte entscheidend sind: Wasserströme, Klärgas, Wärmebedarfe, technische Infrastruktur und zunehmend eigene erneuerbare Energiequellen. KoNexus soll zeigen, wie daraus ein tragfähiges Gesamtsystem entstehen kann.“

Schönerlinde, Cottbus, Eberswalde: Drei Standorte als Testfeld

Im Mittelpunkt des Vorhabens stehen drei Fallstudien, die marktreife Technik im realen Anlagenbetrieb verknüpfen sollen.

• Auf dem Klärwerk Schönerlinde der Berliner Wasserbetriebe, nördlich der Hauptstadt auf Brandenburger Gebiet, sollen Komponenten wie Elektrolyse, Methanisierung, Gasspeicher, Sauerstoffnutzung und Ozonung zu einem automatisierten Demonstrationsbetrieb zusammengeschaltet werden.
• In Cottbus entwickeln die Projektpartner ergänzend einen Rieselbettreaktor zur Biomethanisierung weiter.
• Standort der dritten Fallstudie ist Eberswalde: Dort betreibt die Barnimer Energiebeteiligungsgesellschaft (BEBG) bereits einen großtechnischen Elektrolyseur mit 2 MW Leistung. Untersucht werden soll, welche Synergien sich mit einer nahegelegenen Kläranlage ergeben, etwa bei der Nutzung des Sauerstoffs oder von aufbereitetem Kläranlagenablauf als Speisewasser für die Elektrolyse.

Neben KWB, Berliner Wasserbetrieben und BEBG gehören das Reiner Lemoine Institut, der Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft der Technischen Universität München und die Ingenieurgesellschaft Gicon zum Konsortium.

Jenseits von Brandenburg

Mit ihrem Ansatz treffen die Partner einen Nerv im deutschen Wasserstoff-Hochlauf. Denn Elektrolyseure brauchen große Mengen Reinstwasser – und je größer die Vorhaben, desto drängender die Frage, woher es kommen soll. Das Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) etwa warnt, die rasant wachsende Wasserstoffwirtschaft im Nordwesten Niedersachsens belaste schon heute die Grundwasserleiter und verschärfe bestehende Nutzungskonflikte. Das Institut koordiniert deshalb seit April das ebenfalls vom BMFTR geförderte Projekt reSYNERGY. Bis 2029 soll es in der Region erproben, wie sich kommunales Abwasser zu Reinstwasser für die Elektrolyse aufbereiten lässt.

Auch kommerzielle Großprojekte kalkulieren bereits mit dem Wasser aus dem Klärwerk. Der geplante Wasserstoffpark Friesland, der mit 2,4 GW Anschlussleistung in der Endausbaustufe zu den größten Elektrolysevorhaben des Landes zählt, soll nach Angaben der Projektpartner unter anderem bis zu 400.000 m³ aufbereitetes Abwasser der Kläranlage Sande pro Jahr nutzen. Und die Stoffströme der Klärwerke taugen womöglich sogar für noch mehr: In Großbritannien und den USA arbeiten Unternehmen und Forschende daran, aus Klärschlamm nachhaltigen Flugtreibstoff zu gewinnen.

Wasser- und Energiewirtschaft könnten ihre Investitionen, Daten, Stoffströme und Infrastrukturen künftig also stärker gemeinsam denken. Die Ergebnisse von KoNexus sollen dafür in Fachgremien, Regelwerke und einen Praxisleitfaden einfließen. Ob daraus tragfähige Geschäftsmodelle für die Betreiber werden? Die drei Fallstudien aus Brandenburg dürften dafür Indizien liefern.