Energieeffizienz kann dazu beitragen, den weltweiten Wasserhunger zu stillen

Nach Schätzungen der Vereinten Nationen haben über zwei Milliarden Menschen keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser und über vier Milliarden Menschen keinen Zugang zu sicheren sanitären Einrichtungen. Der Weltwassertag 2023 ist eine Gelegenheit, über die Schritte nachzudenken, die wir unternehmen müssen, um das sechste Ziel der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung zu erreichen: „Sicherstellung der Verfügbarkeit und nachhaltigen Bewirtschaftung von Wasser und Sanitärversorgung für alle.“

Es lohnt sich, über die Wirtschaftlichkeit der Wasser- und Abwasseraufbereitung nachzudenken. Diese Sektoren sind derzeit sehr energieintensiv und verbrauchen etwa 4 Prozent des gesamten Stroms weltweit. Ein hoher Energieverbrauch erhöht die Kosten. Im Durchschnitt machen die Energiekosten 45 Prozent der Kosten für sauberes Wasser aus.

Daher ist eine energieeffizientere Wasser- und Abwasseraufbereitung von entscheidender Bedeutung, um diese Bedürfnisse auf mehr Menschen auszuweiten. Gleichzeitig reduziert der geringere Energieverbrauch den CO2-Fußabdruck und die Betriebskosten des Sektors – davon profitieren alle.

Jeder Prozess in der Branche – von der Wasseraufbereitung über den Transport bis hin zur Abwasseraufbereitung und Entsalzung – ist auf Pumpen angewiesen. Glücklicherweise gibt es Technologien, die die Strommenge, die der Pumpenmotor benötigt, um die gleiche Leistung zu liefern, deutlich reduzieren.

Sowohl bestehende als auch neue Motoren können mit einem Frequenzumrichter (VSD) ausgestattet werden. Dies erhöht die Energieeffizienz, indem Drehzahl und Drehmoment eines Motors genau an die Anforderungen des Prozesses angepasst werden.

Ohne Antrieb läuft ein Motor ständig mit voller Drehzahl und die Strömungsgeschwindigkeit wird durch Drosselung gesteuert – das ist so, als würde man beim Autofahren einen Fuß auf dem Gaspedal lassen und die Geschwindigkeit mit der Bremse steuern. Bei einem Antrieb läuft der Motor genau so schnell wie nötig, meist deutlich unter voller Drehzahl. Dies ermöglicht erhebliche Energieeffizienzgewinne – oft bis zu 30 Prozent, manchmal sogar mehr.

Auch Wasser- und Abwasseranlagen können ihre Energieeffizienz verbessern, indem sie die effizientesten Motoren auswählen. Viele Länder verwenden die von der International Electrotechnical Commission (IEC) festgelegten Motoreffizienzklassen. Diese Klassen reichen von IE1 bis IE4. Jede Erhöhung der IE-Nummer, beispielsweise von IE3 auf IE4, führt zu einer Verringerung der Energieverluste um 20 Prozent, was bedeutet, dass der Motor effizienter ist.

Ab Juli 2023 fordert die EU-Ökodesign-Verordnung für viele Motortypen bei Neuinstallationen und Modernisierungen einen Mindestwirkungsgrad von IE4. Damit ist Europa die erste Region der Welt, die IE4-Effizienz fordert, und andere werden sicherlich folgen.

Die Technologie der Synchronreluktanzmotoren (SynRM) geht noch einen Schritt weiter und erreicht den Wirkungsgrad IE5. Sie sind für den Einsatz als Paketlösung mit VSDs konzipiert und deutlich effizienter als ältere Motoren. Beispielsweise führt der Austausch eines vorhandenen IE2-Motors durch ein SynRM-Motorantriebspaket zu bis zu 50 Prozent geringeren Energieverlusten.

Die effizienten Motoren von ABB sind als Ersatz für ältere Modelle konzipiert, sodass eine Aufrüstung in der Regel unkompliziert ist. Darüber hinaus führen die Energieeinsparungen zu einer schnellen Kapitalrendite. Normalerweise eher in Monaten als in Jahren.

Die Betreiber einer Kläranlage in Bocholt, Deutschland, wollten die Effizienz ihrer Anlage verbessern, um deren CO2-Emissionen zu reduzieren. Sie erkannten, dass die Pumpen die beste Möglichkeit zur Reduzierung des Stromverbrauchs darstellten, und ersetzten die Motoren durch IE5-SynRM-Motorantriebspakete.

Im Rahmen der Renovierung wurde auch die Laufradgeometrie der Pumpen verbessert, um deren mechanische Effizienz zu verbessern. Noch immer reinigt die Anlage täglich 108.000 Kubikmeter Abwasser, verbraucht aber jetzt 40 Prozent weniger Energie.

Anderswo in Deutschland, in Württemberg, ist eine Wasseraufbereitungsanlage für die Enthärtung des Trinkwassers zuständig. Der Prozess erfordert energieintensive Kompressoren, die Anlage treibt sie jedoch mit IE5-SynRM-Motoren gepaart mit VSDs an. In Kombination mit anderen Energiesparmaßnahmen konnte das Werk seinen Energieverbrauch in nur einem Jahr um 32 Prozent senken.

Auch im ägyptischen Sinai hat sich die größte Kläranlage der Welt ehrgeizige Effizienzziele gesetzt. Das Werk in Bahr El Bakar nutzt 20 hocheffiziente IE4-Motoren, jeweils gepaart mit einem VSD. Es verarbeitet landwirtschaftliches Abwasser und produziert täglich 5.600.000 Kubikmeter aufbereitetes Wasser. Diese Motoren ermöglichen nicht nur einen geringeren Stromverbrauch der Anlage, sondern verbessern auch die Zuverlässigkeit der Pumpen.

Heutzutage haben Milliarden Menschen keinen Zugang zu Wasser- und Abwasserdienstleistungen, die für viele von uns selbstverständlich sind. Um dies zu erreichen, gibt es natürlich noch andere Herausforderungen, die über die Effizienz hinausgehen. Allerdings ist Energieeffizienz ein wichtiger Schritt zur kosteneffizienten und umweltverträglichen Aufbereitung von Wasser.

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