Wiederverwendung von Wasser und Energie: vom Abfall zur Ressource

Wiederverwendung von Wasser und Energie: vom Abfall zur Ressource

Francesco Suman erklärt, wie Alufluor durch die Zusammenarbeit mit einem EU-finanzierten Projekt neue Wege zur Rückgewinnung von Ressourcen gefunden hat.

In den letzten Jahren haben Industrie und Wissenschaft in der EU zunehmend zusammengearbeitet, um umweltfreundliche und gleichzeitig rentable Produkte zu entwickeln. Der Schwerpunkt der Forschung verlagert sich zunehmend auf die Umwandlung von Industrieabfällen in wirtschaftlich wertvolle Ressourcen, insbesondere bei Rohstoffen und Nebenprodukten aus Industrien, die bei hohen Temperaturen arbeiten, wie z. B. die chemische Industrie.

Ein interessantes Beispiel für diesen Ansatz findet sich bei Alufluor, einem Chemieunternehmen mit Sitz in Helsingborg, Schweden. Alufluor stellt Aluminiumfluorid her, einen wichtigen Bestandteil des Aluminiumschmelzverfahrens. Das Unternehmen ist in der Branche recht bekannt für seine Verbundstoffproduktion, insbesondere angesichts seines Reinheitsgrades von 97,5 %.

Bei der Produktion fallen zahlreiche Abwässer, Gase und chemische Verbindungen an, die behandelt oder entfernt werden müssen. Bei der Trocknung entstehen zum Beispiel heiße Dämpfe, die Reststoffe enthalten. Obwohl diese Gase gefiltert und gereinigt werden, bevor sie in den Schornstein geleitet werden, entweicht immer noch ein Teil der Abfälle.

Außerdem wird für den Prozess heißes Wasser benötigt, um die Reaktoren zu reinigen, die Zentrifugen zu waschen und den Verlust von Fluoriden im Prozess zu minimieren. Der Energieverbrauch ist ein weiterer kritischer Punkt: Der gesamte industrielle Prozess erfordert eine beträchtliche Menge an Energie, vor allem für die Trocknung des Aluminiumfluorids und die Erwärmung des Wassers.

Alufluor recycelt bereits einen Teil seiner Wärme, aber der Bedarf ist nach wie vor hoch. Infolgedessen ist das Unternehmen auf einen mit Biogas betriebenen Dampferzeuger angewiesen, der zu den höchsten Energiekosten des Unternehmens zählt. Aus diesem Grund war es eines von 19 Unternehmen, die am iWAYS-Projekt teilnahmen, einer von der Europäischen Kommission finanzierten Forschungsinitiative.

Im Rahmen von iWAYS arbeiten Universitäten und Unternehmen gemeinsam an der Entwicklung von Techniken zur Verringerung von Emissionen und zum Recycling von Materialien, Wärme und Wasser. Einige dieser Technologien werden es Alufluor ermöglichen, etwa ein Drittel des Wassers, das es normalerweise als Abfall produziert, einzusparen und wiederzuverwenden und seinen Biogasverbrauch um ein Fünftel zu senken.

"iWAYS ermöglicht es uns nicht nur, effizienter zu arbeiten und die Produktionskosten zu senken, sondern stärkt auch unsere Nachhaltigkeitsmarke", sagt Dan Turesson, ein Maschinenbauingenieur und technischer Leiter bei Alufluor.

Energieeinsparung und Emissionsreduzierung

Der Heatpipe Condensing Economiser (HPCE) ist die von den iWAYS-Wissenschaftlern entwickelte Kerntechnologie: Sie ermöglicht die Rückgewinnung von Wärme, Wasser und Material. Darüber hinaus ist er flexibel genug, um an verschiedene industrielle Kontexte angepasst zu werden.

Das Design wurde zuerst von Professor Hussam Jouhara von der Brunel University London entwickelt. Die Universität von Modena und Reggio Emilia arbeitete an der Modellierung, und das britische Unternehmen EconoTherm stellte das eigentliche System her.

Alufluor ist dabei, eine mehrteilige iWAYS HPCE zu installieren, von der man sich eine höhere Energierückgewinnung und eine Verringerung der Schornsteinemissionen verspricht. "Die Kondensationsenergie ist viel höher als die, die man mit gewöhnlichen sensiblen Wärmetauschern erhält", sagt Turesson.

"Die Energieeinsparungen könnten sich mit iWAYS-Komponenten verdoppeln. Folglich erwarten wir, dass wir den Bedarf an Dampf für die Erwärmung von Waschwasser auf ein Minimum reduzieren können. Natürlich wird es weiterhin Dampferzeuger als Reserve geben, aber mit diesen Innovationen können wir den Biogasverbrauch um 20 % senken".

Die Emissionsreduzierung wird dadurch erreicht, dass weniger Brennstoff verbrannt und sauberere Gase in die Schornsteine geleitet werden. Der Grund dafür ist, dass die Kondensation viele Fluoridpartikel aufnimmt und als Wäscher wirkt. Während einige HPCE-Komponenten hergestellt werden, experimentiert Alufluor bereits mit einem anderen wichtigen Teil des iWAYS-Projekts: dem Wassersparsystem.

Wirtschaftsmodell auf der Grundlage von Wasserwiederverwendung

Die heutigen Wäschersysteme, die Abgase filtern, verbrauchen 8 m3/Stunde Trinkwasser, um Fluoride und andere Partikel zu entfernen. Im Fall von Alufluor wird dieses fluoridierte Wasser einem weiteren Prozess unterzogen, bevor es in die Kanalisation geleitet wird.

Dies geschieht nicht nur aus Gründen des Umweltschutzes, sondern auch, um ein Produkt herzustellen, das später verkauft werden kann. Ein Teil unserer Nachhaltigkeit ergibt sich auch daraus, dass wir keine festen Abfälle haben, was normalerweise bei jedem Wettbewerber der Fall ist", sagt Turesson.

Kalk, der reich an Kalzium ist, wird dem Abwasser zugesetzt, in dem noch Fluoride schwimmen. Das Kalzium reagiert mit den Fluoriden und bildet Kalziumfluorid, das wiederum an die Zementindustrie verkauft wird. Auch hier kommt der Kreislaufansatz der Umwelt und der Wirtschaft gleichzeitig zugute. Das restliche Wasser wird dann weiter gereinigt und in der Nähe der Alufluor-Anlage ins Meer geleitet.

Kalziumfluorid ist klebrig und es gibt immer einen kleinen Überschuss an Kalzium im Wasser - selbst Leitungswasser enthält geringe Mengen davon. Daher muss das Wasser gereinigt werden, bevor es in den Wäschern wiederverwendet wird. Andernfalls würden sich die Fluoride mit Kalzium verbinden und flockige Partikel bilden, die die Funktion beeinträchtigen würden.

Im Rahmen seiner Partnerschaft mit iWAYS installiert Alufluor nun ein integriertes Wasseraufbereitungssystem, das gereinigtes Wasser in die Wäscher leitet. Geplant sind zwei Sandfilter und zwei Ionenfilter bzw. Enthärter, die das Wasser durch Zugabe von Natriumchlorid von Kalzium befreien. Das Wasser wird dann in einen Tank geleitet und für die Wäscher wiederverwendet.

Alufluor geht davon aus, dass auf diese Weise etwa 60 000 m3/Jahr an Trinkwasser eingespart werden können. Ein anderes italienisches Unternehmen, das ebenfalls an iWAYS teilnimmt, SINAM, stellt sowohl die Sandfilter als auch die Ionenfilter her. Ein kleines Pilotprojekt mit diesen Filtern läuft bereits seit mehr als einem Monat ohne Probleme.

"Wir haben immer noch eine Menge Wasser aus der ersten Reaktion mit den beiden Rohstoffen, aber damit können wir im Moment nicht viel anfangen", sagt Turesson. "Dennoch könnte die Einsparung und Wiederverwendung des Wassers für die Wäscher ein erster Schritt sein: Durch den Einsatz der iWAYS-Technik ließe sich während des gesamten Prozesses noch mehr Wasser einsparen. Wir haben vor, die Art und Weise, wie wir mit dem Waschwasser umgehen und wie viel Energie wir dafür verbrauchen, in vielerlei Hinsicht zu ändern."

Was die iWAYS-Wissenschaftler für Alufluor getan haben, haben sie auch für Keramik- und Stahlrohrunternehmen getan, alles Industrien, die Brennstoffe verbrauchen und Abgase und Abwässer ausstoßen - manche mehr als andere. Durch solche Kooperationen können europäische Unternehmen auf lange Sicht nachhaltig bleiben, ohne das Wirtschaftswachstum zu beeinträchtigen.