Jedes Mal, wenn Sie die Toilette spülen oder das Wasser aus der Badewanne ablassen, geht etwas überraschend Wertvolles verloren: Wärme.

Das Erwärmen von Wasser erfordert viel Energie, und große Mengen dieser Energie versickern im Abfluss und entgehen der Umwelt. Etwa 15–30 % der Energiekosten eines typischen Haushalts entfallen auf die Warmwasserbereitung. Die Nutzung dieser „Wärme“ wäre ein einfacher Weg, unser Leben nachhaltiger zu gestalten.

Energie ist im städtischen Wasserkreislauf allgegenwärtig. Wasserversorger nutzen sie, um Trinkwasser zu erzeugen und es zu Ihrem Wasserhahn zu pumpen. Nach Gebrauch wird das Wasser in die Kanalisation eingeleitet und in der Kläranlage gereinigt. Diese Entwässerung und Abwasseraufbereitung verbraucht wiederum Energie.

Wasser muss kein riesiger Energiefresser sein – es könnte sogar eine echte Energiefabrik sein. Wir können zum Beispiel bereits Biogas aus unseren Abfällen produzieren und damit den „Kacka-Bus“ antreiben. unter anderem.

Das Erhitzen von Wasser benötigt etwa zehnmal mehr Energie als das Umpumpen oder die Aufbereitung nach dem Gebrauch. Und diese Energie wird meist verschwendet. Schließlich ist heißes Wasser aus dem Wasserhahn meist noch warm, wenn es in den Abfluss fließt, und Abwasser enthält daher viel Wärmeenergie.

Die Wiederverwendung dieser Wärme wäre ein klarer Gewinn für die Umwelt. Sie würde den Wasserkreislauf energieeffizienter machen und unseren CO2-Fußabdruck deutlich reduzieren.

Um die Wärme aus unserem Abwasser zurückzugewinnen, benötigen wir zunächst eine WärmetauscherDieses Gerät ermöglicht es, einen kalten Wasserstrahl parallel zu einem wärmeren laufen zu lassen, ohne dass sich die beiden Flüssigkeiten vermischen. Stattdessen wird dem warmen Wasser Wärme entzogen und auf das kalte übertragen.

In einem einfachen Haussystem könnte das kalte Wasser, das zum Duschkopf fließt, mit der Wärme aus dem Abwasser von Dusche, Küche und Bad vorgewärmt werden. Das bedeutet, dass wir für eine angenehme Dusche weniger warmes Wasser verbrauchen.

In größeren Anlagen kann der Wärmetauscher in die Kanalisation eingebaut werden. In diesem Fall dient der kalte Strom als Umlaufmedium, das die Wärme in eine Wärmepumpe – eine Art umgekehrt arbeitender Kühlschrank – leitet. Diese Wärmepumpe kann die Wärme bei deutlich höherer Temperatur (ca. 50 °C) an einen dritten Wasserstrom abgeben. Dieser heiße Strom kann dann in einem Gebäude zur Raumheizung oder als warmes Leitungswasser genutzt werden.

Erstens ist es schwierig, die Effektivität der Wärmerückgewinnung zu ermitteln, da Durchfluss- und Temperaturmessungen in einem Abwasserkanal äußerst schwierig sind. Die Geräte verstopfen schnell durch feste Abfälle und Hausmüll. Die verfügbare Wärmemenge in den Abwasserkanälen schwankt zudem stark von Tag zu Tag oder sogar von Stunde zu Stunde.

Um die Schwierigkeiten direkter Messungen zu überwinden, haben wir Computermodelle verwendet, die vorhersagen können, wie viel Wärme in einem Abwassernetz verfügbar ist. Ein Modell, Simdeum, untersucht die Nutzung von Toiletten, Wasserhähnen, Waschmaschinen und anderen Geräten, um abzuschätzen, wie viel Wasser in die Kanalisation gelangt – und wie heiß es sein wird. Ein anderes Modell, Sobekberechnet, wie viel Wasser durch das Kanalnetz fließt und wie hoch der Wasserstand in den Hauptkanälen ist. Wir haben ein zusätzliches Modul entwickelt, das berücksichtigt, wie viel Wärme durch die Rohrwände in den umgebenden Boden verloren geht.

Diese Modelle funktionieren in der Praxis. Als wir den Wasserverbrauch der auf dem Campus der Universität Bath lebenden Studenten untersuchten, stellten wir fest, dass unsere auf Umfragen basierenden Vorhersagen zu Durchfluss und Temperatur weitgehend mit den Daten aus nahegelegenen Kanalschächten übereinstimmten.

Diese Wärme lässt sich jedoch erst dann nutzen, wenn wir herausgefunden haben, wie wir sie speichern oder in ein größeres Heizsystem einspeisen können. Starke tägliche Schwankungen im Wasserverbrauch und die Verzögerung zwischen dem Warmwasserbedarf, der morgens beim Duschen seinen Höhepunkt erreicht, und dem Angebot in der Kanalisation machen eine Wärmerückgewinnung im kleinen Maßstab weiterhin unpraktisch.

All dies ist jedoch bereits in größerem Maßstab möglich. Modellrechnungen in der niederländischen Stadt Almere zeigte, dass die Wärmerückgewinnung aus der Kanalisation ab der Abwassersammlung von 5,000 oder mehr Personen attraktiv wird. Praktische Anwendungsbeispiele für Systeme finden sich in Deutschland, der Schweiz und Skandinavien.Dieser Artikel wurde zusammen mit Laura Piccinini im Rahmen ihres Masterprojekts an der EPFL Lausanne verfasst.