Wärme aus dem Gully
Abwasser kann die Energiewende voranbringen

13.07.2020 Abwasserwärme wird als erneuerbare Wärmequelle immer beliebter. Kein Wunder, ist doch die Energie dort vorhanden, wo sie gebraucht wird. Es stehen in Deutschland etwa 600.000 km Kanalnetz mit temperiertem Abwasser zur Verfügung – ein großes Potential für die urbane Wärmewende. Doch der Durchbruch lässt weiter auf sich warten.

Wärmetauscher können in Bestands- und Neubaukanäle eingebaut werden. Sie bieten ein enormes, aber noch weitgehend ungenutztes Energiepotential.
© Foto: Knecht Ingenieure
Wärmetauscher können in Bestands- und Neubaukanäle eingebaut werden. Sie bieten ein enormes, aber noch weitgehend ungenutztes Energiepotential.
Abwasserwärme ist eine bewährte Energiequelle, die in kleinerem Umfang schon länger genutzt wird. Im Winter ist die Temperatur des Wassers in konventionellen Abwasserkanälen mit 10 bis 12 °C deutlich höher als bei anderen Wärmepumpenquellen, im Sommer liegt sie bei 17 bis 20 °C und ist damit kühler als die Außenluft. Insofern ist Energie aus Abwasser sowohl fürs Heizen im Winter als auch zur Kühlung im Sommer gut geeignet, zumal die Vorlauftemperaturen moderner großflächiger Heizungssysteme recht niedrig sind. Der Einsatz von Wärmepumpen ist umso effizienter, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmereservoir und der Vorlauf-Temperatur ist.

Um Energie aus dem Rohabwasser der Kanalisation zu schöpfen, gibt es verschiedene Systeme. So platziert die baden- württembergische Firma Uhrig Energie GmbH den Wärmetauscher direkt im Kanal, während die bayrische Huber SE das Abwasser durch einen Filter und über einen externen Wärmetauscher schickt.

Die bisher größte eingebaute Anlage der Firma Uhrig findet sich im Quartier ‚Neckarpark‘ in Stuttgart und wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Dr. Hans-Wolf Zirkwitz, Amt für Umweltschutz, bezeichnet sie als ein Vorzeigeprojekt zur Umsetzung der Energiewende in der Landeshauptstadt. Auf 25 Hektar entstehen rund 850 Wohnungen, dazu Gewerbeflächen und ein Sportbad. Die ersten Gebäude wurden bereits gebaut. Die Kombination von Niedrigstenergiegebäuden und Abwasserwärme soll ein optimales Gesamtsystem Wärmeversorgung/ Gebäude realisieren, das ökologisch und ökonomisch nachhaltig ist.

Die Wärme wird mittels eines Rinnenwärmetauschers mit einer Entzugsleis tung von 2100 kW einem nahegelegenen Abwasserkanal entzogen und über ein Niedertemperatur- Nahwärmenetz verteilt. Parallel zur Verlegung des Nahwärmenetzes wurden bereits 2018 ein Spülschild und der Wärmetauscher installiert. Zur Sicherung der Wärmeversorgung werden zwei Pufferspeicher eingesetzt. Die Pufferspeicher sind etwa sechs Meter hoch und wiegen über 13 Tonnen. Insgesamt fassen die Speicher 115 m³ Warmwasser.

Die Energie wird über einen Wärmetauscher im Abwasserkanal gewonnen und über eine Wärmepumpe (grün) mithilfe von Strom nutzbar gemacht. © Foto: Uhrig GmbH
Die Energie wird über einen Wärmetauscher im Abwasserkanal gewonnen und über eine Wärmepumpe (grün) mithilfe von Strom nutzbar gemacht.


Im September 2019 wurden die Hauptleitungen an die Energiezentrale angebunden, sie wird noch im Jahr 2020 in Betrieb gehen. Ebenfalls in diesem Jahr werden die Gaskessel Wärme liefern; nächstes Jahr kommen die Wärmepumpen hinzu. Sie sorgen dann für die Wärmeversorgung durch Abwasserwärme. Durch die geringen Vorlauftemperaturen wird eine großflächige Nutzung der Abwasserwärme im Quartier sichergestellt. Für die Warmwasserbereitung wird ein BHKW eingesetzt. Das Wärmenetz wird somit mit vier Leitern ausgeführt: Vorund Rücklauf Niedertemperatur (Raumwärme) und Vor- und Rücklauf Hochtemperatur (Heißwasser zur Wasseraufbereitung).

Rouven Zeus, bei Uhrig für die Geschäftsentwicklung Energie aus Abwasser zuständig, berichtet über Bestrebungen, auch Fernwärme auf geringere Temperaturen und erneuerbare Energien umzustellen. „Energie aus Abwasser ist dafür die perfekt geeignete Quelle“, sagt er. Sie sei insbesondere im urbanen Raum ausreichend vorhanden und könne dort ohne lange Leitungsführung ins Fernwärmenetz eingespeist werden. Auch ein nachträglicher Einbau in Bestands- und Neubaukanäle sei ohne Beeinträchtigung des Kanalbetriebs möglich.

In Deutschland ließen sich 5 bis 14 Prozent des Gebäudesektors mit Energie aus Abwasser heizen (ifeu 2018, enervis 2017, IER 2011), bei Wärmeeinspeisung aus industriellen Quellen sogar bis zu 27 Prozent (enervis 2017). Zu den Fördermöglichkeiten von Abwasserwärme und Wärmepumpen komme der vielerorts vorhandene politische Wille, klimagerechte Projekte zu realisieren. Doch warum wird das Potential bisher nicht annähernd ausgeschöpft? Zu den Hürden zählt Zeus allgemeine Probleme, die alle Wärmepumpensysteme betreffen, wie ein hoher Strompreis und geringe Kosten der fossilen Brennträger. Dazu komme, dass das Wissen um die Möglichkeiten der Nutzung nicht sehr verbreitet und der Rechtsrahmen noch nicht umfassend geregelt sei.

Vom großen Potential der Energiegewinnung aus Abwasser überzeugt ist auch Wolfgang Schnabl von der Huber SE. Er betont die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Abwasserwärme und führt sie unter anderem zurück auf die „Doppelnutzung“. Schließlich sei die Energie im Abwasserkanal bereits durch die Konsumenten bezahlt und somit kostenfrei vorhanden.

„Mit der Nutzung der Abwasserwärme als Heizung und Klimaanlage schlägt man zwei Fliegen mit einer Klappe und spart Platz und Geld“, betont er. Jedes Gebäude könne mit einer eigenen Wärmepumpe und dem jeweiligen Bedarf entsprechend temperiert werden. Und je nach Gegebenheiten vor Ort ließen sich Energieangebot und -verbrauch verknüpfen. So werden Unternehmen, die viel Abwasserwärme produzieren, mit geeigneten Abnehmern zusammengeschlossen. Ein Beispiel der Firma Huber: In Rheinfelden in der Schweiz wird die Abwärme aus dem Produktionsprozess der Brauerei Feldschlösschen genutzt, um mit einem Wärmeverbund rund 200 benachbarte Liegenschaften zu beheizen.

„Vorlauftemperaturen von 30 bis 40 °C sind für großflächige Heizungssysteme wie Fußbodenheizungen oder die Betonkernaktivierung ausreichend“, sagt Schnabl. Da Wasser einen 4,2 Mal höheren Übertragungswert hat als Luft, seien Wasser/Wasser-Wärmepumpen im Vergleich sehr effektiv.

Bei dem von Huber entwickelten ThermWin-Verfahren fließt Rohabwasser aus dem Kanal in einen Schacht, wird dabei gesiebt und dann durch einen überirdisch aufgestellten Abwasserwärmetauscher gepumpt. Das Siebgut wird nach oben zu einer Rutsche gefördert, über die es vom zurückfließenden Abwasser in den Kanal zurückgeschwemmt wird. Als Alleinstellungsmerkmal bezeichnet Schnabl das patentierte System zur vollautomatischen Selbstreinigung. Ein Reinigungsschlitten fährt den Wärmetauscher in einzustellenden Zyklen automatisch ab – so wird die Entstehung von störendem Biofilm verhindert und ein gleichmäßiger Wärmeübergang ist dauerhaft sichergestellt.

Auch die Politik beginnt, die Nutzung der Abwasserwärme in den Blick zu nehmen. Die kommunale Wärmeplanung ist ein zentrales Element im neuen Klimaschutzgesetz des Landes Baden-Württemberg. In diesem Zusammenhang sollen alle erneuerbaren  Wärmequellen hinsichtlich ihrer Nutzbarkeit untersucht werden. Wärme aus Abwasser gehört explizit zu diesen Quellen. „Mit der Abwasserwärme verfügen die Kommunen über ein Potential, auf das sie verhältnismäßig einfach und direkt zugreifen können“, heißt es im Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft. Allerdings würden im Rahmen der Wärmeplanung vorerst nur Potentiale ermittelt. Im Sinne einer Umsetzbarkeit dieses Aspekts der Wärmeplanung wäre es zu begrüßen, wenn der Rechtsrahmen für die Nutzung von Abwasserwärme klarer und umfassender geregelt würde.

Im Quartier ‚Neckarpark‘ in Stuttgart werden Niedrigstenergiegebäude und Abwasserwärme zu einem nachhaltigen Gesamtsystem kombiniert. © Foto: Landeshauptstadt Stuttgart
Im Quartier ‚Neckarpark‘ in Stuttgart werden Niedrigstenergiegebäude und Abwasserwärme zu einem nachhaltigen Gesamtsystem kombiniert.


Abwasser wird im Erneuerbare-Energien- Wärmegesetz (EEWärmeG) noch als Abwärme benannt, merkt Rouven Zeus von der Firma Uhrig an. Zu Unrecht, wie er betont. „Abwasserwärme wird aus Bioenergie der Menschen sowie Bodenwärme gespeist und steht dauerhaft und praktisch unerschöpflich zur Verfügung. Damit ist es per Definition eine erneuerbare Energie, keine Abwärme.“ Im europäischen Recht (Renewable Energy Directive II) sei Abwasserwärme schon als erneuerbare Energie deklariert, im deutschen Recht (Gebäudeenergiegesetz) aber fälschlicherweise noch als Abwärme. So lange dies so ist, sieht Zeus ein weiteres Problem: Abwasserwärme wird bei der Förderung bisher nicht im gesamten Kanalnetz gleichbehandelt. Die Bundesregierungsei nämlich der Auffassung, die
Nutzung von Abwasserwärme kühle das Abwasser ab, sodass man beim Klärprozess Energie brauche, um das Abwasser für den Klärprozess wieder aufzuheizen. Dies sei aus Gründen der Energieeffizienz zu vermeiden und nicht anzureizen, zumal wenn dabei fossile Energie zum Einsatz käme.

Zeus hält dagegen: Abwasser werde zwar durch die energetische Nutzung abgekühlt, es erhole sich aber durch die Aufnahme von Bodenwärme und neue Zuflüsse nach kurzer Strecke wieder, sodass die Temperaturen des Abwassers beim Eintreffen auf der Kläranlage nicht durch eine vorherige energetische Nutzung beeinträchtigt würden. Aus Sicht des Umweltministeriums Baden- Württemberg gibt es im Sinne der Umsetzbarkeit auch in dieser technischen Frage noch Klärungsbedarf.

Ein Beitrag von Sabine Hebbelmann, Sandhausen
Fachartikel aus dem ENTSORGA-Magazin Nr. 3/2020

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