Die vollständige stoffliche Verwertung von Klärschlamm wird Realität

Neues Verfahren von iGas energy verwertet alle organischen Abfälle, die in Kommunen entstehen.

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Stolberg/Rheinland, 12. Oktober 2017    Die iGas energy GmbH hat ein Verfahren entwickelt, mit dem Klärschlamm vollständig in den Stoffkreislauf zurückgeführt wird. Die Endprodukte sind vermarktbare Wertstoffe, unter anderem pflanzenverfügbarer Phosphor, sowie das Synthesegas „HyGas“, das verstromt werden kann. Das Unternehmen aus Stolberg plant, eine Pilotanlage zu bauen, die Faulschlamm aus Kläranlagen verarbeitet und zusätzlich alle anderen in Kommunen anfallenden organischen Abfälle aufnimmt.

Bei der Aufbereitung organischer Abfälle macht iGas energy alle im Schlamm enthaltenen Stoffe restlos verwertbar. Es entstehen keinerlei Abfallstoffe, sondern nur Wertstoffe, die dem Stoffkreislauf zugeführt werden. Das neue HyGas-Verfahren eignet sich nicht nur für Klärschlamm: In derselben Anlage können auch andere organische Abfälle verarbeitet werden, so zum Beispiel Bio-Abfall wie Grünschnitt oder Trester, Gärreste aus Biogas-Anlagen und Gülle, aber auch Abfälle aus der Lebensmittelindustrie.

Mit dem neuen Verfahren löst iGas energy ein schon jetzt bestehendes Problem, das sich mit Inkrafttreten der neuen Klärschlammverordnung deutlich verschärfen wird: Klärschlamm darf in Zukunft in Müll- und Mitverbrennungsanlagen nur noch dann verbrannt noch in großen Mengen in der Landwirtschaft ausgebracht werden, wenn der im Schlamm enthaltene Phosphor zurückgewonnen wird. Hierfür existierte bisher keine Lösung.

Karl-Heinz Lentz, der Gründer und Geschäftsführer von iGas energy, sieht hohen Bedarf für neue Lösungen: „Die Klärschlammverordnung ist verabschiedet und wird umgesetzt. In Zukunft müssen in Deutschland jährlich rund 1,8 Millionen t Klärschlamm-Trockensubstanz anders entsorgt werden. Mit der dem HyGas-Verfahren machen wir aus organischem Abfall Wertstoffe und senken gleichzeitig die Entsorgungskosten drastisch. Unser HyGas-Verfahren ist das einzige, mit dem Betreiber von Kläranlagen die neue Klärschlammverordnung erfüllen können.“

Darüber hinaus hat HyGas hohes Potenzial, die Abhängigkeit Deutschlands vom Phosphorimport zu mindern: Würden alle deutschen Kläranlagen nach dem Verfahren arbeiten, könnten jährlich etwa 55.000 t Phosphor zurückgewonnen werden – das entspricht rund 60 Prozent des Bedarfes an Phosphor.

Mehr Einnahmen, niedrigere Kosten

Alle im Klärschlamm enthaltenen festen Stoffe, Mineralstoffe, Schwermetallsalze und pflanzenverfügbare Nährstoffsalze vermarktet werden. Potenzielle Abnehmer dieser Wertstoffe sind die Baustoff-, Dünger- und die Metallindustrie. Das Synthesegas und der damit erzeugte Strom können in den Kläranlagen genutzt werden, was zusätzlich eine Einsparung von CO2 mit sich bringt.

Auch die Kostenseite sieht positiv aus: Klärschlamm braucht in Zukunft weder transportiert, noch verbrannt oder deponiert zu werden. Insgesamt ergeben sich äußerst geringe, langfristig stabile Entsorgungskosten, was den Zielen der Kommunen sehr entgegenkommt. Berechnungen zeigen, dass die Entsorgungskosten einschließlich der Rückgewinnung des Phosphors pro Einwohner und Jahr langfristig stabil auf etwa vier Euro gehalten werden können. Dabei sind die Erlöse aus dem Verkauf der Wertstoffe noch nicht berücksichtigt.

Die Technik

Die im Klärschlamm enthaltene, nasse organische Masse wird in überkritischem Wasser – bei einen Druck von mehr als 250 bar und einer Temperatur über 600 °C – in Synthesegas aufgespalten, das gespeichert und später auch verstromt werden kann. Es besteht aus Kohlendioxid, Methan und Wasserstoff, ferner aus Propan und Ethen. Da das Gas unter hohem Druck steht, kann es leicht gespeichert werden.

Auch alle festen Inhaltsstoffe des Klärschlamms – Mineralstoffe und Salze – werden verwertet: Es entstehen keinerlei Abfallprodukte, die entsorgt werden müssen. Die im Prozess anfallenden Nährstoffsalze – unter anderem Phosphor – sind hoch pflanzenverfügbar und eignen sich deshalb ideal als Rohstoff für die Herstellung von Dünger.

Ein willkommener Nebeneffekt ist auch, dass der Schlamm bei den hohen Temperaturen im Prozess quasi „en passant“ hygienisiert wird. Medikamentenrückstände, die im Klärschlamm enthalten sind, geraten so nicht zurück in die Nahrungskette.

Kläranlagen werden zu Kraftwerken

Auch die Energiebilanz des Prozesses ist positiv. Ein wesentlicher Grund dafür ist, dass im Gegensatz zu traditionellen Verfahren keine Vortrocknung des nassen Schlamms erforderlich ist und keine Verdampfungsverluste entstehen.

Lentz will Kläranlagen zu Stromerzeugern machen: „Das Abwasser, das in die Kläranlagen kommt, enthält so viel chemisch gebundene Energie, dass die Anlagen eigentlich mit Energieüberschuss arbeiten müssten. Heute sind sie jedoch fast ausnahmslos Energieverbraucher. Die etwa 10.000 kommunalen und industriellen Kläranlagen in Deutschland benötigen jährlich etwa 4.400 GWh Strom – nur für die Reinigung des Abwassers! Bei der Überkritischen Gaserzeugung dahingegen ist die elektrische Energiebilanz positiv: So können die Betreiber den Strom, den sie in ihrer Kläranlage erzeugen, selbst nutzen oder verkaufen. Und bei der Verstromung entsteht kein Kohlendioxid.“

Die Pilotanlage

iGas energy plant, eine erste marktgerechte Anlage im industriellen Maßstab zu bauen, die entwässerten Faulschlamm verarbeiten soll. Mit einer Kapazität von 200.000 Einwohnerwerten soll sie die weltweit größte Anlage zur vollständigen stofflichen Verwertung von Klärschlamm sein.

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Hintergrund: Überkritisches Wasser

Überkritisches (auch „superkritisch“ genanntes) Wasser entsteht jenseits des „kritischen Punktes“ bei einer Temperatur von mindestens 374 °C und einem Druck von mindestens 221 bar. Es ist dicht wie eine Flüssigkeit, hat aber dieselbe Viskosität wie ein Gas.

In diesem „vierten Aggregatzustand“ gehen organische Stoffe vollständig in Lösung. Oberhalb von 500 °C ist das überkritische Wasser nicht nur Lösungs-, sondern auch Reaktionsmittel: Es ermöglicht die Oxidationsreaktion, bei der die organischen Verbindungen in das Synthesegas „HyGas“ aufgespalten werden.

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Über iGas energy

Die iGas energy GmbH wurde im Jahr 2016 von Karl-Heinz Lentz mit der Idee gegründet, Nährstoffe und Energie aus organischen Abfällen zurückzugewinnen. Dabei geht es nicht nur um Klärschlamm, sondern allgemein um alle wässrigen organischen Abfälle.

Heute ist iGas energy in drei Bereichen aktiv:

  • Ressourcen schonende Kreislaufwirtschaft
    Restlose Rückführung von Wertstoffen und Energie aus wässrigen organischen Abfällen in die Stoffkreisläufe
  • Wasserstoff aus erneuerbaren Energien
    Power-to-X-Anlagen für die Speicherung von erneuerbarer Energie durch Umwandlung in Wasserstoff mittels Hochdruck-PEM-Elektrolyse
  • Innovative Gasetechnik
    Anlagentechnik für die Versorgung industrieller Prozesse mit Gasen

Der Gründer und Geschäftsführer des Unternehmens, Dipl.-Ing. Karl-Heinz Lentz, hat an der Fachhochschule Aachen Chemieingenieurwesen mit dem Schwerpunkt chemische Verfahrenstechnik studiert und verfügt über jahrzehntelange Erfahrung im Anlagenbau.

iGas energy ist in die SK Gruppe eingebunden und nutzt in der Zusammenarbeit mit den Konzernschwestern vielfältige Synergien, zum Beispiel in der Automatisierungs-, Gleichrichter- und Hochdrucktechnik.

Kontakt:

iGas energy GmbH
Karl-Heinz Lentz
Cockerillstraße 100
52222 Stolberg
Fon:  +49.2402.9791601
Fax:  +49.2402.7094864
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iGas energy: Herstellung von Wasserstoff mit Anschlusswerten von mehreren MW sind Realität

Ab Anfang 2018 wird iGas energy seine Green Electrolyzer für die Herstellung von Wasserstoff mit Stacks einer Leistungsaufnahme von 1 MW liefern. Sie können kaskadiert werden und eignen sich so für Power-to-X Systeme im Megawatt-Bereich.

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Stolberg, 15. September 2017    Ab Anfang 2018 wird iGas energy seine Green Electrolyzer für die Herstellung von Wasserstoff mit Stacks einer Leistungsaufnahme von 1 MW liefern. Sie können kaskadiert werden und eignen sich so für Power-to-X Systeme im Megawatt-Bereich.

Die iGas energy GmbH stellt unter dem Namen„Green Electrolyzer“ vollständige Anlagen für die Erzeugung von Wasserstoff aus überschüssigem elektrischem Strom her – anschlussfertig einschließlich des geschlossenen Kühlkreislaufes, der gesamten Mess- und Regeltechnik und aller Nebenaggregate. Die Anlagen sind außergewöhnlich kompakt und in weiten Grenzen skalierbar.

Die Green Electrolyzer enthalten Elektrolyse-Stacks auf Basis der „Proton Exchange Membrane“ (PEM) Technologie. Bei einer elektrischen Leistungsaufnahme von 25 kW bis 1 MW erzeugen die einzelnen Stacks jeweils 5 bis 205 Nm³ Wasserstoff pro Stunde. Werden mehrere Stacks kaskadiert, können sie einen Anschlusswert von mehreren MW erzielen.

Die Green Electrolyzer benötigen für den Betrieb lediglich elektrischen Strom und Trinkwasser. Sie sind für den mannlosen Betrieb ausgelegt – Grundvoraussetzung für den Betrieb an entlegenen Standorten. Für den Betrieb im Freien integriert iGas „Outdoor“-Anlagen in Container. Auf Wunsch liefert iGas energy auch eine nachgeschaltete Gasaufbereitung, die eine Gasqualität bis zu 5.0 erzielt.

iGas energy hat die Systeme konsequent an die speziellen Erfordernisse von Power-to-X angepasst: Aufgrund des hohen Betriebsdrucks von bis zu 40 bar kann der Wasserstoff ohne weitere Kompression direkt in Versorgungsnetze eingespeist werden. Die Green Electrolyzer folgen schwankendem Leistungseintrag schnell, arbeiten auch im unteren Teillastbereich effizient. Sie benötigen keine Verbrauchsstoffe und sind nahezu wartungsfrei.

Die Herzstücke der Green Electrolyzer von iGas energy sind die bewährten Stacks von Giner Inc., dem Technologieführer für PEM-Stacks. Sie haben ihre Zuverlässigkeit in Hunderten Anwendungen bewiesen und zeichnen sich durch effizienten Betrieb und hohe Verfügbarkeit aus.

Karl-Heinz Lentz, der Gründer und Geschäftsführer der iGas energy GmbH, setzt ganz bewusst auf Giner: „Mit innovativen Ansätzen realisiert Giner eine außergewöhnlich hohe Stromdichte von bis zu 3 A/cm² – auch im Dauerbetrieb. So gelingt es, sehr kompakte Stacks mit hoher Leistung zu fertigen. Auch aufgrund des hohen Wirkungsgrades und der nachgewiesenen Zuverlässigkeit seiner Stacks ist Giner für uns die erste Wahl.“

Das innovative Wärmemanagement der Module und der niedrige Energieverbrauch der Nebenaggregate tragen wesentlich zur hohen Effizienz der Gesamtanlagen bei. Die Green Electrolyzer sind für eine Lebensdauer von mehr als 20 Jahren ausgelegt, die Stacks für mehr als 80.000 Betriebsstunden.

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Hintergrund: PEM-Elektrolyse

Elektrolyseure wandeln elektrische Energie in chemische um, dabei entsteht Wasserstoff als Energieträger. Bei der „Proton Exchange Membrane“ (PEM) Elektrolyse wird ein Festpolymer-Elektrolyt – die Protonen-Austauschmembran – verwendet, die von Wasser umspült wird. Wird an die Membran elektrische Spannung angelegt, wandern Protonen durch die Membran: An der Kathode entsteht Wasserstoff, an der Anode Sauerstoff.

Die Stacks können zwischen 10 und 100 Prozent der Nennleistung geregelt werden und folgen Laständerungen nahezu verzögerungsfrei. Auch bei Teillast arbeiten sie effizient. Innerhalb von wenigen Sekunden können sie aus dem Standby auf Volllastbetrieb gebracht werden. Ebenso schnell können sie aus dem Volllastbetrieb heraus abgeschaltet oder in den Stand-by-Betrieb versetzt werden – ein wichtiger Aspekt besonders bei der Energieerzeugung aus Windenergie. Der Kaltstart der Green Electrolyzer auf Nennleistung erfolgt innerhalb von wenigen Minuten.

Im Gegensatz zur alkalischen Elektrolyse enthalten die PEM-Elektrolyseure keine flüssigen Elektrolyte, sondern lediglich eine feste, semipermeable Membran, durch die die Protonen wandern. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Membran Wasserstoff und Sauerstoff physikalisch voneinander trennt.

Über iGas energy

Die iGas energy GmbH wurde im Jahr 2016 von Karl-Heinz Lentz mit der Idee gegründet, mit innovativer Technik einen Beitrag zum Wandel unserer heutigen Rohstoffverbrauchswirtschaft zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft zu leisten.

Heute ist iGas energy in drei Bereichen aktiv:

  • Ressourcen schonende Kreislaufwirtschaft
    Restlose Rückführung von Wertstoffen und Energie aus wässrigen organischen Abfällen in die Stoffkreisläufe
  • Wasserstoff aus erneuerbaren Energien
    Power-to-X-Anlagen für die Speiche­rung von erneuerbarer Energie durch Umwandlung in Wasserstoff mittels Hochdruck-PEM-Elektrolyse
  • Innovative Gasetechnik
    Anlagentechnik für die Versorgung industrieller Prozesse mit Gasen

Der Gründer und Geschäftsführer des Unternehmens, Dipl.-Ing. Karl-Heinz Lentz, hat an der Fachhochschule Aachen Chemieingenieurwesen mit dem Schwerpunkt chemische Verfahrenstechnik studiert und verfügt über jahrzehntelange Erfahrung im Anlagenbau.

iGas energy ist in die SK Gruppe eingebunden und nutzt in der Zusammenarbeit mit den Konzernschwestern vielfältige Synergien, zum Beispiel in der Automatisierungs-, Gleichrichter- und Hochdrucktechnik.

Kontakt:

iGas energy GmbH
Karl-Heinz Lentz
Cockerillstraße 100
52222 Stolberg
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Abbildungen

Abb. 1:    Ein Green Electrolyzer „Outdoor“ mit zwei PEM-Stacks für die Erzeugung von bis zu 60 Nm³ Wasserstoff pro Stunde

Dateiname:
Container.jpg

 

Abb. 2:       Ein Green Electrolyzer „Indoor“ mit zwei PEM-Stacks für die Erzeugung von bis zu 60 Nm³ Wasserstoff pro Stunde

Dateiname: iGas EL 12 A_1.jpg

 

Abb. 3:    Karl-Heinz Lentz (links), der Gründer und Geschäftsführer von iGas energy, im Gespräch mit einem Interessenten

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iGas Lentz.jpg

 

Bildrechte: iGas energy GmbH