Was ist Dekarbonisierung?
Dekarbonisierung bezeichnet die Verringerung von CO₂-Emissionen entlang industrieller Wertschöpfungsketten. Ziel ist es, fossile Energieträger durch erneuerbare Energien zu ersetzen und Produktionsprozesse so zu verändern, dass weniger klimarelevante Emissionen entstehen. In der industriellen Wasser- und Abwassertechnik spielt Dekarbonisierung eine wichtige Rolle, da viele neue Technologien einen hohen Wasserbedarf haben oder zusätzliche Abwasserströme erzeugen. Beispiele sind die Herstellung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse, Carbon-Capture-Verfahren zur CO₂-Abscheidung oder Power-to-X-Prozesse zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe.
Wie entsteht Dekarbonisierung?
Dekarbonisierung entsteht durch die Umstellung industrieller Prozesse auf emissionsarme Technologien und erneuerbare Energien. In vielen dieser Verfahren sind Wasser- und Abwasserströme ein wesentlicher Bestandteil der Produktion. Typische Beispiele sind:
Elektrolyseanlagen zur Wasserstoffproduktion, die hochreines Speisewasser benötigen
Carbon-Capture-Prozesse, bei denen Kondensate und Waschlösungen entstehen
Power-to-X-Anlagen, in denen Wasserstoff weiterverarbeitet wird
Energieintensive Produktionsprozesse, die große Kühlwassermengen benötigen
Bei diesen Anwendungen entstehen unterschiedliche Abwasserströme, etwa Konzentrate aus Membranfiltration, Spülwässer, Kühlwasser oder Prozesskondensate, die aufbereitet oder behandelt werden müssen.
Welche Aufgaben/Ziele erfüllt die Behandlung?
Die Wasser- und Abwasserbehandlung unterstützt Dekarbonisierungsprozesse, indem sie stabile Wasserqualitäten bereitstellt und entstehende Abwasserströme behandelt. Typische Ziele sind:
Bereitstellung von Reinstwasser für Elektrolyseanlagen
Aufbereitung von Kühl- und Prozesswasser zur Wiederverwendung
Entfernung von Salzen, organischen Stoffen und Korrosionsbestandteilen
Behandlung von Konzentraten und Nebenströmen aus Membranprozessen
Einhaltung gesetzlicher Einleitgrenzwerte für industrielle Abwässer
Eine effiziente Wasseraufbereitung trägt außerdem dazu bei, Wasserverluste zu reduzieren und Wasserressourcen nachhaltiger zu nutzen.
Wie funktioniert die Behandlung?
Die Behandlung von Wasser- und Abwasserströmen in Dekarbonisierungsprozessen erfolgt durch eine Kombination verschiedener physikalischer, chemischer und membrantechnischer Verfahren. Typische Technologien sind:
- Aufbereitung von Prozess- und Speisewasser
- Umkehrosmose zur Entsalzung von Rohwasser
- Ionenaustausch oder Elektrodeionisation zur Reinstwassererzeugung
- Filtration zur Entfernung von Partikeln und Trübstoffen
- Behandlung von Prozessabwässern
- Neutralisation und pH-Wert-Einstellung
- Fällung und Flockung zur Entfernung von Metallen und Salzen
- Biologische oder oxidative Verfahren zur Reduktion organischer Stoffe
- Membranverfahren zur Rückgewinnung von Wasser und zur Konzentration von Salzfrachten
Durch Kombination dieser Verfahren können Wasserströme häufig im Kreislauf geführt oder wiederverwendet werden.
Welche Stoffe bzw. Parameter sind typisch?
In Wasser- und Abwasserströmen aus Dekarbonisierungsprozessen treten unterschiedliche chemische und physikalische Parameter auf. Typische Parameter sind:
- Leitfähigkeit und Salzgehalt
- Härtebildner wie Calcium und Magnesium
- Silikate, Chlorid und Sulfat
- TOC (Total Organic Carbon) als Maß für organische Belastungen
- pH-Wert und alkalische Komponenten
- Ammonium oder Amine aus Carbon-Capture-Prozessen
- Gelöstes CO₂ und Carbonate
- Metallionen aus elektrochemischen Prozessen
Die genaue Zusammensetzung hängt stark vom jeweiligen industriellen Prozess ab.
Entsorgung und Wiederverwendung
Viele Dekarbonisierungsprozesse verfolgen das Ziel, Wasser möglichst effizient zu nutzen und Abwasserströme zu reduzieren. Typische Maßnahmen sind:
- Kreislaufführung von Kühl- und Prozesswasser
- Wiederverwendung aufbereiteten Wassers in Vorstufen der Produktion
- Rückgewinnung von Wasser aus Membrankonzentraten
- Behandlung von Abwasser durch Neutralisation, Filtration oder chemische Fällung
Nicht wiederverwendbare Abwasserströme werden vor der Einleitung in kommunale Kläranlagen oder Gewässer entsprechend behandelt.
Industrielle Herausforderungen
Die Umsetzung von Dekarbonisierungsstrategien stellt viele Industriebetriebe auch vor wassertechnische Herausforderungen.
- Hoher Wasserbedarf für Elektrolyseanlagen
- Die Herstellung von grünem Wasserstoff erfordert große Mengen hochreinen Wassers. Gleichzeitig entstehen Konzentrate aus Umkehrosmose- oder Ionenaustauschprozessen, die behandelt oder entsorgt werden müssen.
- Abwasser aus Carbon-Capture-Prozessen
- Bei der CO₂-Abscheidung können Kondensate entstehen, die Amine, Ammonium oder gelöstes CO₂ enthalten. Diese Stoffe müssen vor der Einleitung entfernt oder reduziert werden.
- Kühlwasserströme in Power-to-X-Anlagen
- Elektrolyse- und Syntheseanlagen erzeugen erhebliche Wärmemengen, die über Kühlwassersysteme abgeführt werden. Die Wasserqualität muss stabil gehalten werden, um Korrosion, Beläge oder biologisches Wachstum zu vermeiden.
- Salzkonzentrate aus Wasseraufbereitung
- Die Erzeugung von Reinstwasser führt häufig zu konzentrierten Salzströmen aus Membranfiltration oder Ionenaustausch. Deren Behandlung und Entsorgung stellt insbesondere an Standorten mit begrenzten Einleitmöglichkeiten eine Herausforderung dar.
Gesetzliche Anforderungen
Für industrielle Anlagen im Kontext der Dekarbonisierung gelten verschiedene wasser- und umweltrechtliche Vorgaben. Wichtige Regelwerke sind unter anderem:
- Wasserhaushaltsgesetz (WHG) für Gewässerschutz und Anlagenbetrieb
- Abwasserverordnung (AbwV) mit branchenspezifischen Einleitgrenzwerten
- EU-Emissionshandelssystem (EU ETS) für energieintensive Industrien
- Klimaschutzgesetz (KSG) mit nationalen Emissionszielen
- EU-Richtlinien zu erneuerbaren Energien (RED II / RED III) für Wasserstoff und erneuerbare Energieträger
- Kommunale Abwassersatzungen für Einleitbedingungen
Diese Vorgaben legen Grenzwerte für Parameter wie CSB, pH-Wert, Temperatur, Salzgehalt oder Schwermetalle fest.
