Kläranlagen als Energiepuffer für Stromnetze

1 ERWAS-Statusseminar, Essen, 02.- 03.02.2016

Kläranlagen als Energiepuffer für Stromnetze

Klaus-Michael Mangold

DECHEMA-Forschungsinstitut

ERWAS-Statuskonferenz, Essen, 3. Februar 2016

Projektpartner

2

Covestro Deutschland AG

Projektidee: Stabilisierung von Stromnetzen

3

Anode bedeckt mit Mikroorganismen

Kathode

O₂ (Luft) H₂O

Abwasser CO₂

Überangebot an Energie Energiebedarf

Biobrennstoffzelle Abbau von Spurenstoffen

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Biobrennstoffzelle

Gasdiffusions-Elektroden (GDE)

5 5

 Substrat: Acetat

 Anodenfläche:

19,25 cm²

 Kathodenfläche:

7 cm²

 Elektrodenabstand:

6 cm

 Batchsystem

 GDEs: Covestro

 getestete Gasdiffusionselektroden geeignet

 Unterschiede bei der Stromerzeugung erkennbar

Substratzugabe Standard-GDE (edelmetallhaltig) Kohlenstoff-basierte GDE (Typ 1) Kohlenstoff-basierte GDE (Typ 2) Kohlenstoff-basierte GDE (Typ 3)

Verhalten bei Stromkreisunterbrechung

6 6

5 Tage vom Stromkreis

getrennt

 kein Einfluss auf die Stromerzeugung der Biobrennstoffzelle bei kurzzeitiger Stromkreisunterbrechung

 Substrat: Acetat

 Anodenfläche:

19,25 cm²

 Kathodenfläche:

3,5 cm²

 Elektrodenabstand:

6 cm

 Batchsystem

Biobrennstoffzelle: Labormuster

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Seitenansicht von oben

 Membranen nicht erforderlich

8

Abbau von Spurenstoffen

Spurenstoffe aufkonzentrieren und abbauen

9

1. Schritt: Adsorption 2. Schritt: Desorption + Abbau

Aktiv- kohle Aktiv-

kohle

Elektrode Bor-dotierte Diamant-Elektrode DIACHEM^®

Aktiv- kohle

Kläranlagenablauf

Adsorber im Vergleich

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getempertes Vlies

Kohlenstoff-Materialien

 spezielle Aktivkohle ist geeignet

Adsorptions-/Desorptions-Zelle

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Aktivkohle-Bett

Festbett-/Filterpressen-Zelle

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

0 1,1 1,2 1,3 1,4 2,1 2,2 2,3 16,2 16,3 16,4

concentration of acetate / mmol/L

number of sample

(n,1: ramp ↗; n,2: +1200mV = adsorption; n,3: ramp ↘; n,4: -1200mV = desorption)

adsorption/desorption of acetate

Adsorption/Desorption

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Ethylacetat

 elektrochemisch gesteuerte Adsorption/Desorption über mehrere Zyklen möglich

 elektrochemische Desorption von Molekül-Struktur abhängig

Elektrolyse-Zellen

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Durchflusszelle mit DIACHEM® Elektroden für den Konzentrationsbereich 200-0,5 TOC in mg/L

Durchflusszelle mit DIACHEM® Anoden für den Konzentrationsbereich 1000-50 TOC in mg/L

Oxidation an Bor-dotierten Diamant-Elektroden

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Diclofenac Carbamazepin Amidotrizoesäure

 Testsubstanzen an Bor-dotierten Diamant-Elektroden abbaubar

Röntgenkontrastmittel: Reduktive Dehalogenierung

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O O^-

I I

I

N H N

H

Na⁺

CH₃ O

H₃C O

Kathodenkammer

 kein DOC-Rückgang

 Bildung von Transformationsprodukten

 Iodid-Freisetzung: Hinweis auf Dehalogenierung

Amidotrizoat

Zeitachse

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1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr

funktionsfähige Laborzellen

einsatzbereite Demonstratoren

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Demonstratoren im Klärwerk Steinhof Laborexperimente

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