Energie- und Wasserwirtschaft stehen regelmäßig vor der gleichen Frage: Wie lassen sich die bestehenden Infrastrukturen so weiterentwickeln, dass sie auch zukünftig sicher, bezahlbar und klimafreundlich bleiben?

Der Energiesektor muss immer mehr Strom aus Wind und Sonne flexibel nutzen und speichern können. Die Wasserwirtschaft muss ihre Anlagen an den Klimawandel, die Bevölkerungsentwicklung und steigende Anforderungen an die Abwasserreinigung anpassen. KoNexus bringt beide Perspektiven zusammen.

Im Mittelpunkt steht eine einfache, aber wirkungsvolle Idee: Kläranlagen sind mehr als Orte der Abwasserreinigung. Sie verfügen über Wasserströme, Wärmebedarfe, Klärgas, technische Infrastruktur und zunehmend auch eigene erneuerbare Energiequellen. Ideale Voraussetzungen, um überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien in grüne Gase umzuwandeln und dabei gleichzeitig Nebenprodukte der Kläranlage direkt vor Ort zu nutzen.

KoNexus untersucht und demonstriert erstmals den kombinierten Einsatz von Power-to-Gas-Technologien auf Kläranlagen.

• Überschüssiger Strom aus Windkraft oder Photovoltaik wird genutzt um per Elektrolyse grünen Wasserstoff aus Wasser herzustellen. Dieser kann direkt genutzt oder unter Beigabe von biogenem Kohlendioxid aus Klärgas zu Biomethan weiterverarbeitet werden.

• Sauerstoff aus der Elektrolyse kann für die Ozonung oder die Belüftung in der Abwasserbehandlung eingesetzt werden.

• Abwärme wird den Prozessen auf der Kläranlage zugeführt und muss nicht zusätzlich erzeugt werden.

Das Projekt zeigt in realen Fallstudien, wie diese Bausteine technisch, wirtschaftlich und ökologisch zusammenspielen.

• Auf dem Klärwerk der Berliner Wasserbetriebe in Schönerlinde werden bestehende Komponenten wie Elektrolyse, Methanisierung, Gasspeicher, Sauerstoffnutzung und Ozonung in einen automatisierten Demonstrationsbetrieb eingebunden.

• In Cottbus entwickelt die Firma GICON gemeinsam mit der Technischen Universität München einen drucklosen Rieselbettreaktor zur Biomethanisierung weiter.

• Die Barnimer Energiebeteiligungsgesellschaft betreibt in Eberswalde einen großtechnischen 1-MW-Elektrolyseur und untersucht Synergien mit einer nahegelegenen Kläranlage bei der Nutzung von Sauerstoff und aufbereitetem Kläranlagenablauf.

KoNexus verfolgt damit eine übergeordnete Vision: Wasser- und Energiewirtschaft denken ihre Investitionen, Daten, Stoffströme und Infrastrukturen stärker gemeinsam. Kläranlagen entwickeln sich zu flexiblen Knotenpunkten einer klimafreundlichen Energieversorgung und gestalten gleichzeitig ihre eigene Abwasserreinigung effizienter und resilienter.

Aufgaben des KWB im Projekt

Das Kompetenzzentrum Wasser Berlin koordiniert das Gesamtvorhaben KoNexus und übernimmt zugleich zentrale wissenschaftliche und transferorientierte Aufgaben an der Schnittstelle von Wasser- und Energiewirtschaft:

• Analyse und Klassifizierung von Datentypen sowie Bewertung von Risiken und Interessenkonflikten beim Teilen von Daten kritischer Infrastrukturen

• Untersuchung der Nutzung von Elektrolysesauerstoff in der Ozonung.

• Optimierung der Aufbereitung von Kläranlagenablauf als Speisewasser für Elektrolyseure.

• Ökologische und ökonomische Bewertung der Speisewasseraufbereitung im Vergleich zur Nutzung von Trinkwasser.

• Erstellung von Ökobilanzen zur Bewertung der Nachhaltigkeit, Klimaschutzwirkung der untersuchten Power-to-Gas-Konzepte.

Die Ergebnisse von KoNexus sollen in einen praxisorientierten Leitfaden für den sicheren Datenaustausch zwischen Wasser- und Energiebetreibern unter Berücksichtigung der Anforderungen kritischer Infrastrukturen nach KRITIS- und NIS-2 einfließen sowie die Planung und Betrieb von Power-to-Gas-Konzepten auf Kläranlagen unterstützen. Eine Hochrechnung der Projektergebnisse auf geeignete Kläranlagenstandorte in Deutschland ermöglicht, das nationale Potenzial für die Energiewende, den Klimaschutz und die EU-KARL-konforme Energieneutralität abzuschätzen.

Die Projektergebnisse werden in nationale Fachgremien und Regelwerke, unter anderem bei der DWA, dem DVGW und dem VDI eingebracht. Ein nationaler und internationaler Erfahrungsaustausch mit Betreibern und Fachakteuren, unter anderem aus Paris und Kopenhagen, sollen eine schnelle Verbreitung und Akzeptanz vonPower-to-Gas-Konzepten auf Kläranlagen schaffen.