Forschungsthema für Klein und Groß: Energiereserven im Abwasser

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Steven-Jodzio

Steven Jodzio ist erst 13 Jahre alt, hatte aber schon zweimal im Regionalwettbewerb bei “Schüler experimentieren” die Nase vorn.

Der 49. Wettbewerb „Jugend forscht – Schüler experimentieren“ nähert sich seinem Höhepunkt – dem Bundesfinale vom 29. Mai bis 1. Juni in Künzelsau (Baden-Württemberg). Felix Knothe und Fabian Bülow werden die Region Dresden-Ostsachsen dort vertreten.

Unter dem Motto „Verwirkliche deine Idee“ stellte sich Steven Jodzio beim diesjährigen Regionalwettbewerb die Fragen „Wieviel Energie steckt im Abwasser?“ und „Wieviel Energie kann man zurückgewinnen?“.

Als Jurymitglied und Wasserwirtschaftlerin hat mich seine Arbeit ganz besonders interessiert. Bemerkenswert finde ich vor allem, dass der 13-Jährige sie nicht nur beantwortet, sondern einen konkreten Lösungsvorschlag mitliefert.

Zunächst hat der Schüler vom Marie-Curie-Gymnasium Dresden den Wasserverbrauch beim Duschen ermittelt – 56 Liter in fünf Minuten. Bei einer Wasserstemperatur von 40 Grad Celsius werden seinen Berechnungen zufolge 1,3 Kilowattstunden Energie verbraucht. Dieser Wert ergibt sich nach folgender Formel: Energie = spezifische Wärmekapazität x Masse x Temperaturdifferenz.

Dabei beträgt:

  • die spezifische Wärmekapazität von Wasser = 4,19 Kilojoule pro Kilogramm und Kelvin,
  • die Masse = 56 Liter
  • die Temperaturdifferenz = 20 Kelvin.

Bei einem Duschgang jeden zweiten Tag – also an 183 Tagen pro Jahr – hat der Siebtklässler einen jährlichen Energieverbrauch von 240 Kilowattstunden errechnet.

Stevens Idee ist es, die Energie des Abwassers mittels Wärmetauscher  zurück zu gewinnen und damit Energie und Geld zu sparen. Aus einem Kupferrohr, verschiedenen Abwasserrohren und diversem Zubehör hat er eine Apparatur gebaut und für seine Versuche genutzt. So sieht sie aus:

Grafik-Energierückgewinnung-Steven-Jodzio

Wie die Messungen ergaben, heizt das warme Abwasser das vorbei fließende kalte Frischwasser auf, welches über ein spiralförmig gebogenes Kupferrohr durch den Wärmetauscher gelangt.

Der Wirkungsgrad des Wärmetauschers – also das Verhältnis von aufgenommener zur abgegebenen Energie – hängt von mehreren Faktoren ab, zum Beispiel der Fließstrecke, Wärmeleitfähigkeit der Rohre und Wärmeabgabe an die Umgebung. Bei einem angenommenen mittleren Wirkungsgrad des Wärmetauschers von 50 Prozent lassen sich Stevens Berechnungen zufolge jährlich 120 Kilowattstunden Strom und damit Kosten von rund 34 Euro pro Person einsparen.

Wird das Abwasser, das beim Baden, Händewaschen, Wäschewaschen und Geschirrspülen anfällt, noch dazugerechnet, kommt einiges zusammen.

Anlagen zur zentralen Abwasserwärmenutzung gibt es in Deutschland seit Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts. Mittels Wärmetauscher und Wärmepumpe wird dem Abwasser in der Kanalisation Wärme entzogen und zu Heizzwecken oder zur Warmwasserbereitung genutzt.

Dieser Prozess kann auch umgekehrt im Sommer für Kühlung sorgen. Die Wärmepumpe ist aufgrund der geringen Temperaturdifferenz zwischen Abwasser (etwa zehn bis 20 Grad Celsius) und Frischwasser (rund acht Grad Celsius) ergänzend zum Wärmetauscher erforderlich.

Besonders eignet sich diese Technologie für Standorte mit hohem kontinuierlichen Abwasseranfall und gleichzeitigem Heiz- und Warmwasser- oder Kühlbedarf – zum Beispiel in Wohnsiedlungen, Büro-, Gewerbe- und Industriegebäuden, aber auch Krankenhäusern, Schulen und Sportanlagen.

In Dresden-Übigau ist das Brand- und Katastrophenschutzzentrum der Feuerwehr das erste Gebäude der Stadt, für das die Energie aus dem Abwasser zur Heizung und Klimatisierung genutzt wird. Mehr erfahren Sie in diesem Video:

Einen Teil der in Form von Wärme gespeicherten Energie gibt das Abwasser in der Kanalisation an die Umgebung ab. Durch dezentrale Rückgewinnung im Gebäude wird dieser Verlust vermieden. Vor allem bei energieoptimierten Häusern mit Wärmedämmung, isolierten Fenstern und Ähnlichem ist energetisch betrachtet oftmals das Abwassersystem der Schwachwachpunkt.

Die Wärme aus dem Abwasser zurückzugewinnen, bietet zusätzliches Optimierungs- und Einsparpotential. Ergänzt durch einen Wärmespeicher wird die Energie noch effizienter genutzt. Regenerative Energien wie zum Beispiel Solarthermie  oder Geothermie komplettieren die ökologische Wärmeversorgung.

Beim Duschen geht auch ein Teil der Energie über die Raumluft verloren. Intelligente Lüftungssysteme helfen, diese Wärme teilweise aufzufangen und sorgen auch für eine optimale Frischluftzufuhr und ein optimales Raumklima. Zur Kühlung im Sommer kann das System ebenfalls eingesetzt werden.

Abfluss

Auch aus dem Abwasser beim Duschen lässt sich Energie zurück gewinnen. Foto: Maclatz / pixelio.de

Wärmetauscher, die direkt in der Duschtasse installiert werden, sind in Deutschland derzeit noch nicht sehr verbreitet. Das macht Steven Jodzios Jugend-forscht-Arbeit so wertvoll. Vielleicht trägt er dazu bei, das Thema „Energierückgewinnung aus Abwasser“ weiter voran zu bringen .

Einen großen Erfolg kann er mit dem Sieg beim Regionalwettbewerb „Schüler experimentieren“ im Fachgebiet Technik schon verbuchen. Bereits im Jahr 2012 hatte er das mit seinem Projekt „Das Parabolspiegel-Stirling-System und Solarzellen im Vergleich“ geschafft. Da kann ich nur sagen: Herzlichen Glückwunsch, und weiter so!

Veröffentlicht von Katja Weinhold am 28. Mai 2014 09:07 in Energie, Spartipps, Wissen

Kommentare

2 Reaktionen zu “Forschungsthema für Klein und Groß: Energiereserven im Abwasser”
  • Von Studer Urs Rabtherm AG Zürich(CH)

    Frau Weinhold
    Ich unterstütze Ihre Idee, das Thema Energiezukunft bei Jungen in die Hitliste zu bringen. Nun aber einige facts:
    Die Ingenieure der Firma Rabtherm AG haben 1990 mit einem lang-jährigen Forschungsprogramm begonnen, Energie aus Abwasser zu erforschen.Erste Anlage 1996. Das System ist weltweit patentiert mit einigen Nachfolgepatenten ab 2005. Mit dem System sind weltweit über 100 Anlagen in Betrieb.Das System kann heute sehr wirtschaftlich gebaut werden mit Kapitalrückflusszeiten von 2-5 Jahren. Weitere Infos und Unterlagen per email verlangen. Grüsse aus der Schweiz Antworten

    • Von Katja Weinhold

      Hallo Herr Studer,
      vielen Dank für Ihre Informationen. Bei meiner Recherche zu diesem Beitrag ist mir bereits aufgefallen, dass Anlagen zur Energierückgewinnung aus Abwasser in der Schweiz schon weit verbreitet sind. Deutschland hängt da noch etwas hinterher. Dank junger Nachwuchsforscher gibt es bei uns vielleicht auch bald mehr Anlagen.
      Viele Grüße

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