MAK-Energie

Nutzung einer Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) in einer Kläranlage

Forschungszeitraum  |  2009 - 2012

Förderung  |  Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)  |  Förderkennzeichen: 1705A09

Ausgangslage  |  Energieressourcen so effizient wie möglich zu nutzen ist das Ziel von Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungen. Anders als bei konventionellen Kraft-Wärme-Kopplungen wird die Energie eines Brennstoffs nicht nur in Wärme und Strom, sondern zusätzlich in Kälte umgewandelt. Durch die Kopplung eines Motors oder einer Gasturbine mit einer sorptiven Kältemaschine ist es möglich, aus einem Teil der thermischen Energie Kälte zu erzeugen. Das vermeidet den Einsatz von Kompressionskältemaschinen, deren Strombedarf erheblich über dem thermisch betriebener Kältemaschinen liegt.

Ziel des Projektes MAK-Energie ist es, diese Stoffströme innerhalb einer Kläranlage einer sinnvollen Nutzung zuzuführen, um den Auslastungsgrad der KWKK-Anlage zu erhöhen und den Brennstoffeinsatz zu schonen.

Die Kälte wird eingesetzt zur

>  Reinigung des Klärgases vor der Nutzung im BHKW – Abscheidung von Siliziumverbindungen durch Kondensation

>  sowie zur Kühlung von Räumen des Betriebsgebäudes.

Die Wärme ist in den vorhandenen Heizungskreislauf  eingebunden.

Innerhalb dieses Projektes wurden bisher verschiedene Anlagenkonzepte sowie Nutzungsmöglichkeiten der zur Verfügung stehenden Wärme und Kälte untersucht. Nach Analyse der bestehenden und einer geplanten Erweiterung der Kläranlage im Jahr 2012, wurde ein Motor-BHKW als Grundlage für die KWKK in Betrieb genommen. Als Adsorptionskältemaschine (AKM) kam die HTC11 unseres Projektpartners Invensor GmbH zum Einsatz. 

Adsorptionskältemaschinen unterscheiden sich von gängigen Kältemaschinen durch ihre diskontinuierliche Betriebsführung. Das Sorptionsmittel liegt in fester Form vor und wird nicht umgewälzt. Somit werden die Phasen der Adsorption und der Desorption zeitlich getrennt und nacheinander durchgeführt. Die betrachtete AKM ist in der Lage, 8°C kaltes Wasser als Kühlmedium zur Verfügung zu stellen. Die Entscheidung fiel deshalb für eine Adsorptionskältemaschine, da sie zum einen Wasser als Medium nutzt und nicht wie Absorptionskältemaschinen Ammoniak bzw. Lithiumbromid – was gegen einen Einsatz auf Kläranlagen spricht. Zum anderen ist der Temperaturbereich der Kältemaschine optimal für die vorhandenen Gegebenheiten und die Projektziele.  

Die Herausforderung lag zum einem in dem diskontinuierlichen Verhalten der Adsorptionskältemaschine und den dadurch auftretenden Temperaturschwankungen. Die Ingenieure des Instituts NOWUM-Energy übernahmen hier die Optimierungsmaßnahmen der Anlage innerhalb des Betriebs, um die Wärme und Kälteversorgung der Abnehmer zu sichern. Weiterhin ist nicht gewiss, wie sich die Temperaturschwankungen auf die geplanten Prozesse und auf die Abtrennung der Siliziumverbindungen auswirken. Es ist zu prüfen, ob der Abscheidegrad zum sicheren Betrieb des BHKWs ausreichend ist oder ob zusätzliche Reinigungsmaßnahmen getroffen werden müssen. Diese Ergebnisse werden in Zusammenarbeit mit den Ingenieuren der FH Köln überprüft. Die FH Köln übernimmt in diesem Projekt die Bestimmung der Korrelation zwischen Taupunkt und Restsiliziumgehalt. Insbesondere erarbeiten sie eine geeignete Probevorbereitung und eine Summenparameter-Bestimmung mittels ICP.

Das neuartige Anlagenkonzept ist nach erfolgreichem Abschluss auf jede gängige  Kläranlage einsetzbar. Durch die gewonnenen Erfahrungen ist die Umsetzung dieser KWKK-Kombination zusätzlich auf die verschiedensten Anwendungen möglich.    

MAK-Energie ist ein gemeinsames Verbundvorhaben des Instituts NOWUM-Energy der FH Aachen mit der FH Köln sowie Aggerverband e. V. und InvenSor GmbH.

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. Isabel Kuperjans |  Leitung des Istituts NOWUM-Energy

Förderer: Bundesministerium für Bildung und Forschung

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