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Wasseraufbereitung, Energieverbrauch und Umweltverträglichkeit in Einklang bringen

04.07.2011
Forschungsprojekte von Siemens machen entscheidende Fortschritte Für die Aufbereitung und den Transport von Wasser bedarf es großer Mengen an Energie, zugleich wird CO2 freigesetzt.

Innovationen im Bereich der Wasserbehandlung müssen deshalb Aufbereitungslösungen, Energieverbrauch und Umweltverträglichkeit in Einklang bringen. Siemens Water Technologies arbeitet in seinem globalen Forschungszentrum in Singapur daran, die Prozess- und Energieeffizienz sowohl durch Entwicklung neuer als auch durch Optimierung bestehender Technologien zu verbessern. Einige dieser Vorhaben sind entscheidende Schritte vorangekommen.


Die Micro-Media-Column von Siemens entfernt Verschmutzungen bis auf PPT (parts per trillion)-Niveau. Bild: Siemens AG

Auf der Singapore International Water Week (SIWW) wird Siemens über den aktuellen Stand der Projekte zur energieneutralen Abwasseraufbereitung und elektrochemischen Meerwasserentsalzung sowie über die Membran-Bioreaktor-Versuchsanlage Changi informieren. Mit der Micro-Media-Column stellt das Unternehmen zudem einen neuartigen Wasserfilter vor.

„Angesichts der zunehmenden Wasserknappheit und des Klimawandels ist es notwendig, die Wasser- und Abwasseraufbereitung ganzheitlich zu betrachten“, sagte Rüdiger Knauf, Entwicklungsleiter von Siemens Water Technologies. „Das heißt, moderne Technologien müssen Kommunen und Industrie dahingehend unterstützen, dass Wasser in ausreichender Quantität und Qualität zur Verfügung steht. Zugleich sollen die Systeme möglichst kostengünstig und nachhaltig arbeiten.” Bereits heute ergänzen Technologien zur Wiederverwendung von Wasser dessen natürlichen Kreislauf.

Solche integrierten Lösungen zur Wasseraufbereitung und -rückgewinnung weiterzuentwickeln, steht im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten von Siemens.

Verfahren zur energieneutralen Abwasseraufbereitung kombiniert zwei Technologien

Kommunale Abwässer enthalten in Form organischer Verunreinigungen zehnmal mehr Energie als für ihre Reinigung erforderlich ist. Dieses Potenzial will Siemens mit einem neuen Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung nutzen und damit eine energieautarke Kläranlage ermöglichen.

Der Prozess verbindet die aerobe Biosorption, also einen belüfteten Reinigungsschritt, mit einer anaeroben, unbelüfteten Stufe. Auf diese Weise soll der Aufwand für die Belüftung gesenkt und genug Methangas gewonnen werden, um daraus so viel Energie zu erzeugen, wie für den Betrieb der Kläranlage benötigt wird. Seit 2010 behandelt eine Piloteinheit etwa einen halben Kubikmeter Abwasser täglich ohne externe Energiezufuhr. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren werden hier während der aeroben Phase die Bakterien nur kurz unter Luftzufuhr mit den organischen Verunreinigungen beladen.

Infolgedessen wird zum einen weniger Energie für die Gebläse verbraucht. Zum anderen entsteht weniger Klärschlamm, da sich die Bakterien kaum vermehren. In der anschließenden anaeroben Phase vergären die Bakterien die organischen Stoffe zu Methan, das sich wiederum zur Energiegewinnung einsetzen lässt. Um diesen Prozess in größerem Maßstab weiterzuentwickeln, wird voraussichtlich noch in diesem Jahr eine größere Pilotanlage in Singapur in Betrieb gehen. Sie soll die Abwässer von rund 2.000 Einwohnern klären.

Technologien auf dem Weg zur Kommerzialisierung

Nachdem Siemens als Sieger aus einem Forschungswettbewerb hervorgegangen war, hat das Unternehmen 2008 damit begonnen, ein neues Verfahren zur Meerwasserentsalzung zu entwickeln. Ziel des Projekts ist es, im Vergleich zu herkömmlichen Technologien den Energieverbrauch um die Hälfte zu senken. Eine Versuchsanlage in Singapur bereitet täglich schon fünfzig Kubikmeter Meerwasser zu Trinkwasser auf. Die Ergebnisse zeigen, dass der Prozess – eine Kombination aus Elektrodialyse (ED) und Elektrodeionisation (CEDI) – nicht nur im Labor, sondern auch in größerem Maßstab funktioniert. Angesichts dieses Erfolgs wird Siemens bis 2013 eine Demonstrationseinheit im Originalmaßstab in der Tuas-Anlage von Singapurs Wasserversorger PUB (Public Utilities Board) errichten. Damit geht Siemens den nächsten Schritt, um die Technologie der elektrochemischen Meerwasserentsalzung in ein marktfähiges Produkt zu überführen.

Bereits kurz vor der Markteinführung steht ein anderes Produkt, das auf der parallel zur SIWW in Singapur stattfindenden Ultrapure Water Asia Conference vorgestellt wird. Die Micro-Media- Column (MMC) ist ein Wasserfilter zur Entfernung von Verunreinigungen wie Selen, Chrom, Quecksilber und Arsen. Einsetzen lässt er sich sowohl in der kommunalen als auch in der industriellen Wasseraufbereitung, beispielsweise in der Energiebranche, der Mikroelektronik, der pharmazeutischen Industrie sowie in der Metallbranche und im Bergbau. Neue Richtlinien schreiben vielfach niedrigere Grenzwerte für Verunreinigungen im Wasser vor, die mit herkömmlichen Ionenaustauschfiltern nicht mehr erreicht werden können. Um diese Lücke zu schließen, hat Siemens die MMC mit einem neuen Filtermedium und einer abgewandelten Strömungsführung entwickelt. Der Filter entfernt Verschmutzungen bis auf PPT (parts per trillion)- Niveau. Da das Wasser radial durch das Medium fließt, wird eine Kanalbildung vermieden. Im Vergleich zu herkömmlichen Produkten fallen für die MMC daher geringere Lebenszykluskosten an. Zudem bietet die Filtersäule trotz ihres geringen Platzbedarfs einen hohen Durchsatz. In Feldversuchen zu Beginn dieses Jahres hat die MMC Wasser wirksam von Quecksilber und Kupfer gereinigt. Für August 2011 ist nun die Markteinführung geplant.

Weiterentwicklung von Technologien zur Wiederverwendung von Wasser

Neben der Meerwasserentsalzung setzen Industrie und Kommunen zunehmend auf Technologien zur Wiederverwendung von Wasser, um der Wasserknappheit entgegenzuwirken und eine zuverlässige Versorgung zu gewährleisten. Niederdruck-Membransysteme beispielsweise eignen sich besonders gut, um Abwasser so weit aufzubereiten, dass es anschließend erneut genutzt werden kann. Siemens arbeitet kontinuierlich daran, Technologien wie den Membran-Bioreaktor (MBR) zu verbessern. Im vergangenen Jahr hat das Unternehmen in der Wasserrückgewinnungsanlage Changi, Singapur, ein MBR-Versuchssystem in Betrieb genommen, um neue Konstruktions- und Betriebsparameter zu prüfen. Pro Tag behandelt die Anlage rund eine Million Liter Wasser, sodass unter Realbedingungen getestet werden kann. Nach Auswertung erster Ergebnisse konnten die Annahmen einer computergestützten Analyse der Strömungsdynamik bestätigt werden. Die Simulation war dem Bau des Versuchssystems vorausgegangen. Im Zuge der Tests wurde die Belüftung und infolgedessen der Strömungsverlauf des Wassers im Membrane Operating System (MOS) optimiert. Auf diese Weise konnte der Energieverbrauch gesenkt und die Leistung der Anlage deutlich verbessert werden.

Um die Membrantechnologie weiter voranzutreiben, ist im März 2011 im Forschungszentrum von Siemens Water Technologies in Singapur eine neue Projektgruppe eingerichtet worden. Diese wird vorrangig an der Entwicklung von Membranfasern sowie der nächsten Generation von Membranfiltrationssystemen arbeiten. Durch die Erweiterung wird das Team bis Ende 2012 auf insgesamt fünfzig Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker anwachsen. Das unterstreicht nicht nur die Investitionsbereitschaft des Unternehmens in Forschung und Entwicklung, sondern auch die Bedeutung des globalen Entwicklungszentrums. Die im Frühjahr 2007 eröffnete Forschungseinrichtung wird von der Regierung in Singapur und von PUB stark unterstützt.

Weitere Informationen über Wasseraufbereitungslösungen finden Sie unter: http://www.siemens.com/water

Der Siemens-Sektor Industry (Erlangen) ist der weltweit führende Anbieter von umweltfreundlicher Produktions-, Transport- und Gebäudetechnik. Mit durchgängigen Automatisierungstechnologien und umfassenden Branchenlösungen steigert Siemens die Produktivität, Effizienz und Flexibilität seiner Kunden aus Industrie und Infrastruktur. Der Industry Sektor erzielte im vergangenen Geschäftsjahr, das am 30. September 2010 endete, auf fortgeführter Basis (ohne Osram) einen Umsatz von rund 30,2 Milliarden Euro. Ende September 2010 hatte der Sektor Industry ohne Berücksichtigung von Osram weltweit rund 164.000 Beschäftigte. Weitere Informationen finden Sie im Internet unter http://www.siemens.com/industry

Die Siemens-Division Industry Solutions (Erlangen) ist mit den Geschäftsaktivitäten Siemens VAI Metals Technologies, Water Technologies und Industrial Technologies einer der weltweit führenden Lösungsanbieter und Dienstleister für Industrie- und Infrastrukturanlagen. Dies umfasst die Planung und Errichtung, den Betrieb und den Service für den gesamten Lebenszyklus. Eine breite Palette von Umweltlösungen unterstützt Industrieunternehmen dabei, Energie, Wasser oder Betriebsmittel effizient einzusetzen, Emissionen zu reduzieren und Umweltrichtlinien einzuhalten. Mit weltweit rund 29.000 Mitarbeitern (30. September) erzielte Siemens Industry Solutions im Geschäftsjahr 2010 einen Umsatz von 6 Milliarden Euro. www.siemens.com/industry-solutions

Stefanie Schiller | Siemens Industry
Weitere Informationen:
http://www.siemens.com/siww

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