Energie sinnvoller nutzen – Potenzial der Abwärme

Wissenschaftler der globalen Siemens-Forschung Corporate Technology (CT) wollen langfristig verschiedenste Energiequellen wie Öl und Gas, Wind, Sonne, Biomasse und Abwärme so kombinieren, dass sie möglichst effizient und umweltschonend Strom, Wärme, Kälte und Trinkwasser erzeugen.

Bisher wurden meist nur einzelne Aspekte solcher Systeme betrachtet, etwa die Einspeisung erneuerbarer Energien. Nun beschäftigen sich die CT-Forscher mit Netzen aus vielen Komponenten und untersuchen ihre Wechselwirkungen und deren Einfluss auf die Gesamtstabilität.

Einen Aspekt, den die Forscher derzeit besonders untersuchen, ist die Nutzung von Abwärme, etwa von Maschinen oder Industrieanlagen. Vor allem Abwärme bei niedrigen Temperaturen wird heute noch kaum wirtschaftlich genutzt. Dennoch steckt auch darin wertvolle Energie – etwa für die Trinkwassererzeugung.

Dafür haben Forscher aus Erlanger eine Demonstrationsanlage entwickelt: Abwärme im Temperaturbereich von 70 bis 120 Grad Celsius wird genutzt, um Abwasser zu verdunsten. Der entstandene Wasserdampf wird in einen Kondensator geleitet, wo er sich wieder niederschlägt. So entstehen reines Wasser und eine reduzierte Menge konzentrierten Abwassers.

In dem Prototypen strömt Schmutzwasser von oben durch isolierte Rohre und passiert mehrere Wärmetauscher, in denen es unter anderem durch die Abwärme erwärmt wird. Danach rieselt es im Verdunster nach unten und verdunstet. Ein Gebläse erzeugt einen Luftstrom, der das verdunstete Wasser mit nach oben nimmt, so dass es rechts auf der Kondensatorseite wieder kondensieren kann – und schon ist die Trennung perfekt.

Um mit einem Minimum an elektrischer Energie so viel Wasserdampf wie möglich zu transportieren, muss die Temperaturverteilung und die Luftmenge präzise gesteuert werden. Der nächste Schritt wäre eine Pilotanlage, die pro Stunde 25 Kubikmeter Wasser reinigen kann. Das würde genügen, um in der Getränkeindustrie das Abwasser aus der Flaschenabfüllung zu reinigen. Die Technologie eignet sich aber auch dafür, Abwasser einer Brauerei oder Wasser aufzubereiten, das bei der Ölförderung anfällt.

Die Forscher entwickelten zudem eine neuartige Wärmepumpe, die sich auf maximal 140 Grad aufheizen kann – bisher lag die Obergrenze bei 90 Grad. Sie erreichen das durch ein spezielles Arbeitsmedium für den Wärmepumpenkreislauf. Mit der neuen Wärmepumpe ließen sich zum Beispiel 70 bis 90 Grad Celsius heiße Abwärme aus der Industrie oder die Wärme aus geothermischen Quellen auf die im Fernwärmenetz üblichen 130 Grad erhitzen und für die Heizung von Gebäuden nutzen. (2013.12.1)