Klärschlamm ist pfui, wenn es nach unserem Geruchssinn geht – dabei ist er ein wertvoller Rohstoff. Wenn er fault, entsteht Klärgas. Das nutzt Limeco in der Power-to-Gas-Anlage, wo Mikroorganismen aus dem im Klärgas enthaltenen Kohlendioxid und aus Wasserstoff grünes Gas produzieren.
In den Vorklärbecken der ARA setzen sich Fäkalien und Papierreste als Klärschlamm ab.
Was auf den ersten Blick wie ein schmutziger, stinkender Brei erscheint, ist in Wirklichkeit ein wertvoller Rohstoff. Klärschlamm besteht hauptsächlich aus Wasser sowie organischen Stoffen wie Fäkalien, Papier- und Speiseresten. Hinzu kommen mineralische Partikel wie Sand und Ton. Doch das ist noch nicht alles – Milliarden von Mikroorganismen tummeln sich hier, eifrig damit beschäftigt, alles abzubauen. Auch Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor, kleine Mengen an Schwermetallen und sogar Fette und Öle finden sich in diesem komplexen Gebräu. Limeco nutzt den Klärschlamm aus der Abwasserreinigung als Rohstoff und erzeugt daraus nachhaltige Energie.
Die Abwasserreinigungsanlage (ARA) von Limeco reinigt jährlich rund 13 Millionen Kubikmeter Abwasser. Dabei durchläuft das Abwasser vier Reinigungsstufen: mechanische, chemische, biologische Reinigung und Filtration. In den grossen Vorklärbecken findet die mechanische Reinigung statt, wo sich Sand, Fett und Öl vom Abwasser trennen. Fäkalien und Papierreste setzen sich am Boden als Klärschlamm ab. Die Räumerkette schiebt den Schlamm in den Sammeltrichter, von wo er nach einer Voreindickung in Faultürme gepumpt wird.
Mit der Power-to-Gas-Technologie: Beim Ausfaulen des Schlamms in den Faultürmen über rund drei Wochen entsteht Klärgas, das aus zwei Dritteln Methan und einem Drittel Kohlendioxid besteht. Gleichzeitig produziert Limeco aus der Verbrennungswärme der Kehrichtverwertungsanlage (KVA) Strom. Der wird für die Elektrolyse genutzt, die Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. Etwas Klärschlamm wird in einen Bioreaktor gepumpt, in den das Klärgas und der Wasserstoff eingedüst werden. Nun kommen Millionen fleissiger Mikroorganismen, sogenannte Archaeen, zum Einsatz. Sie ernähren sich von Wasserstoff und Kohlendioxid und scheiden dabei Methangas aus. Reines Methangas kann so ins Gasnetz eingespeist werden. Im Jahr 2023 waren es rund 700’000 Normkubikmeter. Der verbleibende Schlamm wird entwässert und in die Schlammverwertungsanlage der Stadt Zürich geliefert. ERZ Entsorgung + Recycling Zürich verwertet den gesamten kantonalen Schlamm thermisch. Die entstehende Abwärme wird in der Biogasaufbereitung und in der ARA Werdhölzli genutzt sowie ins Fernwärmenetz eingespeist. Aus der Asche soll zukünftig Phosphor zurückgewonnen werden, eine lebenswichtige, endliche Ressource für Pflanzen, Tiere und Menschen.
Je besser Limeco seine Zusammensetzung kennt, umso besser weiss das Unternehmen, wie die Faulung ausgelastet ist. Damit erhält Limeco wichtige Informationen für die Planung der zukünftigen Anlagen im LEZ Limmattaler Energiezentrum.
Bis vor Kurzem wurde täglich manuell eine Schlammprobe entnommen – eine Momentaufnahme, die wenig aussagekräftig war, da die Zusammensetzung je nach Tageszeit erheblich variiert: Tagsüber stammt der Schlamm aus frischem Rohabwasser, während nachts zurückgespülter Schlamm aus der Festbettbiologie der biologischen Reinigungsstufe hinzukommt. Um die Schwankungen besser zu erfassen, hat Limeco die Entnahme der Proben automatisiert – was wirklich eine technische Herausforderung war! Im Gegensatz zu Abwasser ist Schlamm zähflüssig und viskos, vergleichbar mit langsam fliessendem Honig. Pumpen transportieren ihn mit bis zu zehn bar Druck durch 300 Meter lange Leitungen von der ARA in die Faultürme.
Limeco entwickelte eine massgeschneiderte Lösung: Je 2,5 Kubikmeter Frischschlamm wird eine 50-ml-Probe entnommen. Der Schlamm wird in ein Rohrstück gedrückt und mit Druckluft in einen Probekübel transportiert. Bei einem täglichen Volumen von 150 Kubikmetern Schlamm ergeben sich rund 60 Proben. Einmal wöchentlich analysieren die Mitarbeitenden eine 24-Stunden-Sammelprobe auf ihre genaue Zusammensetzung und den Anteil an organischen Stoffen. Denn je höher der ist, desto mehr Methangas lässt sich damit produzieren. Dank der automatisierten Probenahme kann Limeco die Faulung für LEZ genauer auslegen und dadurch die Produktion von grünem Gas weiter optimieren.
Bevor der Schlamm in die Faulung geht, wird ihm Wasser entzogen.
Nichts für empfindliche Nasen: Der eingedickte Schlamm besteht aus Fäkalien und anderen organischen Stoffen.
Pumpen transportieren den Schlamm über 300 Meter lange Leitungen in die Faultürme.
Dort fault er rund drei Wochen aus und es entsteht Klärgas. Dieses wird in der Power-to-Gas-Anlage zur Produktion von reinem Methangas genutzt.
Nach der Faulung wird der Schlamm in sogenannten Dekantern entwässert und in die Schlammverwertungsanlage der Stadt Zürich geliefert.
Der entwässerte Schlamm besteht zu etwa 30% aus festen Stoffen (je zur Hälfte aus Mineralien und organischem Material) und zu 70% aus Wasser.
Damit Limeco weiss, wie der Klärschlamm sich zusammensetzt, werden rund um die Uhr Schlammproben entnommen.
Wöchentlich wird mindestens eine 24-Stunden-Sammelprobe im Labor genau analysiert.
Unter anderem wird der organische Anteil, der sogenannte Trockenrückstand, bestimmt. Je höher der ist, desto mehr Methangas lässt sich produzieren.
Der Schlamm wird bei 105°C getrocknet und bei 550°C verglüht. Der verbleibende Glührückstand besteht hauptsächlich aus mineralischen Bestandteilen.