Nahaufnahme: Wasser läuft aus einem alten Metallrohr
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Wie Trinkwasser energieeffizient gewonnen, verteilt und aufbereitet wird

Im Forschungsthema Wassertechnologien untersuchen Wissenschaftlerteams, wie bei der Trinkwasserversorgung Energie eingespart werden kann - von der Wassergewinnung über die Verteilung bis hin zur Aufbereitung von Trinkwasser.

In der Wassergewinnung ist der Betrieb von Brunnenpumpen, die das Wasser fördern und transportieren, sehr energieintensiv. Schätzungen zufolge gehen hier mindestens 50 Prozent der eingesetzten Energie verloren.

Energieeinsparpotenziale in der Wassergewinnung: Blick in ein Brunnensystem - Arbeiter liest Daten aus.
©DVGW-Forschungsstelle TUHH
Forschungsprojekt ENERWAG: Moderne Brunnenpumpen ermöglichen höhere Energieeffizienz. Fünf bis zehn Prozent höhere Wirkungsgrade sind durch ihren Einsatz  zu erzielen.

Wenn die Drehzahl der Pumpen optimal ausgenutzt und gesteuert wird, können in der Wassergewinnung bis zu 25 Prozent Energie eingespart werden. Das ist ein Ergebnis des Forschungsprojekts ENERWAG. WissenschaftlerInnen haben darin Pumpen und Pumpensysteme in der Praxis analysiert und energieeffiziente Brunnenkonzepte entwickelt.

Die wissenschaftlichen Ergebnisse und Erfahrungen aus ENERWAG sind als Handlungsempfehlungen an alle Wasserversorgungsunternehmen in Deutschland weitergereicht worden.

Wie aus Grundwasser Trinkwasser wird

Während Grundwasser zu Trinkwasser aufbereitet wird, muss es gereinigt werden. Das ist energie- und kostenintensiv. Dabei müssen nach der deutschen Trinkwasserverordnung bestimmte Grenzwerte eingehalten werden. Ein Beispiel ist der Sulfatgehalt im Wasser, der 250 Milligramm pro Liter nicht überschreiten darf.

Sulfate sind Schwefelverbindungen und kommen im Grundwasser in verschiedenen Konzentrationen vor. Ein erhöhter Sulfatgehalt kann den Geschmack beeinträchtigen und in höheren Konzentrationen die Gesundheit gefährden oder in Rohrleitungen Korrosionen begünstigen. Im Forschungsprojekt SULEMAN arbeitet ein Wissenschaftlerteam daran, wie Sulfate künftig nachhaltig und energieeffizient aus dem Rohwasser entfernt werden können.

Wasserverteilungsnetze verbrauchen viel Energie

Der Betrieb von Wasserverteilungsnetzen ist mit ihrer Vielzahl an Leitungen und Anlagenkomponenten komplex und energieintensiv. Die Trinkwasserqualität muss eingehalten und darüber hinaus permanent gewährleistet sein. Die Qualitätssicherung in der Wasserverteilung erfolgt jedoch bisher nur punktuell: Große Bereiche im Wassernetz mit bereits zu Trinkwasserqualität aufbereitetem Wasser werden vorsorglich gespült bevor an einer Stelle Grenzwerte überschritten werden.

Im Forschungsprojekt IMProvT entwickelt ein Forscherteam deshalb ein Ampelsystem zur Zustandsvisualisierung des gesamten Trinkwassernetzes. Die Häufigkeit der notwendigen Spülintervalle und damit der Gesamtenergiebedarf der Wasserverteilung können durch diese Entwicklung reduziert werden.

Abwässer optimiert aufbereiten

Nach der Nutzung durch den Verbraucher schließt sich der Kreislauf des Wassers durch die Aufbereitung der Abwässer in kommunalen Kläranlagen. Neben kommunalen Abwässern werden hier auch industrielle Abwasser behandelt und bis zu ihrer Einleitung in einen Vorfluter entsprechend den Richtlinien aufbereitet. In Deutschland gehören Kläranlagen zu den größten kommunalen Stromverbrauchern. Eine Studie im Auftrag des Umweltbundesamts weist darauf hin, dass im Falle einer energetischen Optimierung eine mittlere Einsparung von 10 bis 20 Prozent vom Gesamtstrombedarf erwartet werden kann.

Im Forschungsprojekt OptiBelD wollen WissenschaftlerInnen die biologische Reinigungsstufe von Kläranlagen optimieren. Dazu werden die Verfahrenstechnik anlagenspezifisch verbessert, geeignete Maschinentechnik ausgewählt und intelligente Regelungskonzepte entwickelt und eingesetzt.

In einer integralen Simulationsumgebung wird vorab die jeweilige Strömungsmechanik mit optimierter Verfahrenstechnik der jeweiligen Kläranlage gekoppelt. Somit wird auf digitale Weise ein völlig neuer Bemessungsansatz für Belebungsbecken geschaffen, der eine energie- und reinigungsoptimierte Prozessführung erlaubt. Während herkömmliche Versuchsreihen aufwendig und teuer sind, können auf diese Weise Einsparpotentiale kostengünstig erschlossen werden.

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