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Staatspreis Umwelt- und Energietechnologie 2021: AEE INTEC ist Preisträger in der Kategorie „Forschung & Innovation“

Am 21 Oktober 2021 wurde AEE  INTEC von Klimaschutzministerin Leonore Gewessler für das innovative Projekt „Ammonia-to-Power“ mit dem Staatspreis 2021 Umwelt- und Energietechnologie in der Kategorie „Forschung & Innovation“ ausgezeichnet. Mehr als einhundert Unternehmen und Organisationen aus ganz Österreich hatten sich heuer um den Staatspreis 2021 für Umwelt- und Energietechnologie beworben.
In unterschiedlichen Reststoffströmen wie Produktionsabwässern, kommunalen Abwässern oder Gärresten sind große Mengen von Ammonium gebunden. Mangels effizienter Rückgewinnungstechnologien ging bisher der darin mitgeführte Wasserstoff ungenutzt verloren. Mit dem Projekt „Ammonia-to-Power“ wird ungenutzte Niedertemperaturabwärme über die Nutzung von Ammoniak in hochwertigen Strom und Hochtemperaturwärme umgewandelt. Im Rahmen des Projektes entwickelte AEE INTEC ein optimiertes Vakuum-Membrandestillationsverfahren, mit dem aus Abwasser- und Reststoffströmen Ammoniak gewonnen wird. Gemeinsam mit AVL LIST und der TU Graz (Institut für Wärmetechnik) wurde weiters eine Feststoff-Brennstoffzelle zur Energieerzeugung aus dem so gewonnenen Ammoniak entwickelt.

Ausgangssituation, Motivation und Projektziel:
In verschiedenen Bereichen fallen flüssige stark ammoniumhaltige Reststoffe in Form von Abwässern, Schlämmen, Gülle sowie Gärresten, beispielsweise aus der Landwirtschaft, Biogasanlagen, Bioethanolproduktion an, welche von dem Betreiber bisher entsorgt oder behandelt bzw. gereinigt werden müssen.
In diesen Reststoffen sind große Mengen von Ammonium (in Form von Stickstoffsalzen) gebunden. Mit Gärresten wurden bisher der Stickstoff in Form von Ammonium als Dünger direkt auf Felder aufgebracht, was einen Stickstoffüberschuss auf intensiv landwirtschaftlich genutzten Flächen, Überdünnung von Böden und eine Beeinträchtigung des Grundwassers zur Folge hat.
In Kläranlagen wird, da der Eintrag großer Mengen von Ammonium im Abwasser schädliche Auswirkungen auf die Umwelt hat, dieser durch spezielle Reinigungsschritte reduziert. Aufgrund fehlender Rückgewinnungstechnologien geht auch das zugehörige Ammoniak-Gas (NH3) und der darin gebundene Wasserstoff als wertvoller Energieträger verloren.
Mit dem Projekt „Ammonia-to-Power” wurde erstmals der Grundstein für eine energieeffiziente, wirtschaftliche und industrielle Anwendung zur Rückgewinnung und energetischen Verwertung von Ammoniak aus flüssigen Abfallprodukten gelegt.
Das Ergebnis des Projektes ist eine optimierte Vakuum-Membrandestillationsanlage im Labormaßstab mit geeignetem Membranmodul und optimierten Betriebsparametern, sowie ein 5kW Ammoniak-SOFC CHP (combined heat and power)-System, worauf aufbauend ein Real-Scale-Konzept ausgearbeitet wurde.

Allein die Entfernung der Stickstofffracht aus dem Rücklauf-Trübwasser erfordert in Österreich mehr 47.000 MWh/a elektrischer Energie. Dem steht gegenüber das allein in Österreich das energetische Potential dieser Stickstofffracht umgerechnet 49.000 MWh/a ausmacht (Heizwert NH3 5,2 kWh/ kg NH3).
In Europas Kläranlagen fallen jedes Jahr rund 16,4 Millionen Tonnen an Nassschlamm an (Quelle: EUROSTAT; Sewage sludge production and disposal from urban wastewater).
Die jährliche Gesamtammoniumfracht aus Schlammentwässerung (zentriertes Wasser) und die Klärschlammtrocknung (Kondensat) macht mehr als 35.000 to / a. aus und trägt maßgeblich zur Stickstoffbelastung der Kläranlagen bei.
Diese Stickstoffbeladung entspricht einem Heizwert von rund. 182.000 MWh / a. Neben diesem grünen Wasserstoff/Brennstoff-Potential wird aufgrund der Ammoniumentfernung auch weniger Energie für die Abwasserbehandlung benötigt (140.000 MWh / a). In der EU könnten damit allein bei Kläranlagen insgesamt 84.000 to CO2 / a eingespart werden.
Die erheblichen Energieerzeugungspotentiale und CO2-Einsparungen bei Einsatz des Ammonia-to-Power Verfahren in Industriellen Anwendungsbereichen oder bei Biogasanlagen finden sich dieser Abschätzung noch gar nicht berücksichtigt.