Elektrochemische Abwasserreinigung erzeugt Wasserstoff

Pressemitteilung / 19. Oktober 2020

Ein neuartiges elektrochemisches Reinigungsverfahren für stark kontaminierte Prozessabwässer soll gleichzeitig Wasserstoff erzeugen. Im Projekt AECO H2+ wird dafür ein Teststand mit Elektrolysezelle aufgebaut, der den industriellen Einsatz der Technologie vorbereiten soll. Das Projekt wird von Fraunhofer UMSICHT am Standort Sulzbach-Rosenberg mit den Industriepartnern DiaCCon GmbH (Fürth, www.diaccon.de) und Blue Eden CleanTech Inc. (Calgary, Kanada, www.blueeden.ca) durchgeführt und im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert.

© Fraunhofer UMSICHT
Deutliche Verminderung der Trübung von Prozessabwässern durch Elektrooxidation (rechts: Rohprobe)
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Signifikante Verminderung der organischen Belastung von Prozessabwässern gemessen anhand des chemischen Sauerstoffbedarfs
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Teststand zur kontinuierlichen elektrooxidativen Reinigung von Prozessabwässern

Für die Reinigung industrieller Prozessabwässer mit einer hohen Konzentration an Verunreinigungen (z.B. aus Galvanikprozessen, der Produktion von Biokraftstoffen, der Pharmaindustrie oder bei Abwässern aus Frackingprozessen oder LKW-Waschanlagen), ist die biologische Abwasseraufbereitung in der Regel nicht ausreichend. Je nach Prozess und Einsatzstoffen sind die Belastungen mit organischen und anorganischen, toxischen oder persistenten Verbindungen zu stark und vielfältig, als dass herkömmliche chemisch-physikalische Reinigungsverfahren, eine Einleitung ermöglichen würden.

Eine Alternative für diesen Anwendungsfall könnte ein innovatives elektrochemisches Reinigungsverfahren unter der Verwendung von Diamantelektroden darstellen. Die Untersuchung der Reinigungseffizienz in Bezug auf verschiedenste Abwässer sowie die energetische Optimierung des Verfahrens soll nun am Fraunhofer Institut UMSICHT erforscht werden.

Reinigungswirkung durch Diamantelektroden

In der Laboranlage von Fraunhofer UMSICHT wurden zunächst Versuche mit verschiedenen Modellsubstanzen, dann mit realen Prozessabwässern aus der Biokraftstoffproduktion durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass die organische Belastung (gemessen am CSB-Wert) durch die elektrochemische Behandlung um bis zu 99% reduziert werden kann. Die Ursache für den deutlichen Effekt sehen die Forscher darin, dass die verwendeten Diamantelektroden Radikalverbindungen mit einem sehr hohen Oxidationspotential erzeugen. Damit werden nicht-selektiv alle organischen Verbindungen schlussendlich zu CO2 und Wasser oxidiert. Bei anderen Verfahren sind hierfür verschiedene chemisch-physikalische Reinigungsstufen notwendig. Im nun gestarteten Projekt soll die Anwendbarkeit der Technologie auf weitere Prozessabwässer nachgewiesen werden um weitere Anwendungsfelder für die Technologie zu erschließen.

 Wirtschaftlich dank Wasserstoff

Nach derzeitigem Entwicklungsstand ist der Energieeinsatz des Verfahrens hoch (allerdings werden außer Strom keine weiteren Hilfsstoffe benötigt), so dass es sich vor allem für Industrien anbietet, die selbst Elektrizität erzeugen und den Überschussstrom nutzen wollen, z.B. für die Reinigung anfallender Prozessabwässer.

 Mit dem wertvollen Nebenprodukt Wasserstoff könnte sich die Wirtschaftlichkeit weiter verbessern: im Reinigungsprozess entsteht ein Elektrolysegas mit einem Wasserstoffanteil von bis zu 60 Prozent, welches im Projekt gezielt gewonnen werden soll. Hier sehen die Forscher ein hohes Anwendungspotenzial am industriellen Einsatzort des Reinigungsverfahrens selbst, z.B. zur vor Ort Raffination von Rohölen oder dem Einsatz in Brennstoffzellen. Berechnungen von Fraunhofer UMSICHT zufolge lassen sich große Anteile des eingesetzten Stroms über die Wasserstoffnutzung zurückgewinnen. Im Projekt wird nun eine Elektrolysezelle in den Teststand integriert, um genau dies praktisch umzusetzen.