Für die Erzeugung von grünem Wasserstoff wird Reinstwasser mit sehr geringer elektrischer Leitfähigkeit (<< 100 µS/cm) benötigt, das bislang überwiegend aus aufbereitetem Trinkwasser gewonnen wird. Angesichts des angestrebten Zubaus von mindestens 10 GW Elektrolyseleistung bis 2030 und zunehmender Nutzungskonflikte um Frischwasser gewinnen alternative Rohwasserquellen an Bedeutung. Kommunale und industrielle Abwasserströme bieten hier ein erhebliches Potenzial, werden für diesen Zweck bislang jedoch nicht genutzt. Ihre Aufbereitung bis zur Reinstwasserqualität erfordert mehrstufige Membranverfahren, bei denen neben salzarmen Permeaten auch salz- und nährstoffreiche Konzentrate anfallen. Diese stellen bislang überwiegend ein Entsorgungsproblem dar, großmaßstäbliche Konzepte zu ihrer Verwertung liegen kaum vor.
Im Verbundvorhaben "ReNexValue" wird daher ein modulares, sektorenübergreifendes Gesamtsystem entwickelt, das Abwasser bis zur Reinstwasserqualität aufbereitet, unmittelbar mit der Wasserstoffelektrolyse koppelt und die anfallenden Konzentrate als Rohstoffquelle erschließt. Die weitergehende Wasseraufbereitung über Ozonung, keramische Ultrafiltration, Nanofiltration und Umkehrosmose dient dabei zugleich der gezielten Stoffstromlenkung: Nähr- und Wertstoffe werden bewusst in definierte Konzentratfraktionen ausgeschleust.
Den Schwerpunkt des Vorhabens bildet die Behandlung dieser Konzentrate, die neben den enthaltenen Wertstoffen auch organische Spurenstoffe wie PFAS und Arzneimittelrückstände aufweisen. Diese werden zunächst über Ozonung und Aktivkohle-Biofiltration eliminiert. Anschließend erfolgt über Elektrodialyse, Verdampfung und Kristallisation die selektive Rückgewinnung von Nährstoffen (Stickstoff, Phosphor, Kalium), Alkali- und Erdalkalimetallen sowie Salzen. Die erzeugten Produkte werden hinsichtlich der Anforderungen an den End-of-Waste-Status nach KrWG, der Düngeprodukteverordnung und der REACH-Verordnung bewertet, um ihre Verwertung als Düngemittel oder Grundstoff für die chemische Industrie zu ermöglichen. Ergänzend werden Prozessabwärme und Sauerstoff aus der Elektrolyse in die Verfahrenskette eingebunden.
Erprobt wird das Gesamtsystem unter realen Bedingungen am Pilotstandort Braunschweig, wo mit dem Hydrogen Terminal am Forschungsflughafen eine vollständige Wasserstoffinfrastruktur mit 1-MW-AEM-Elektrolyseur, Speicher, Pipeline und Tankstelle zur Verfügung steht. Der Betrieb der Pilotanlage zur Wasseraufbereitung erfolgt am Klärwerk Steinhof sowie an einem Industriestandort. Ergänzend werden Konzentrate weiterer WENex-Verbundprojekte in ein übergreifendes Screening einbezogen.
Das Institut für Siedlungswasserwirtschaft übernimmt die Verbundkoordination und leitet die Arbeitspakete zur weitergehenden Wasseraufbereitung sowie zur Konzentratbehandlung und Wertstoffrückgewinnung. Übergeordnetes Ziel ist eine übertragbare Verfahrenskette, welche die Reinstwasserbereitstellung für die Wasserstoffproduktion mit der Rückgewinnung von Nähr- und Wertstoffen verbindet und so Stoffkreisläufe zwischen Wasser- und Energiewirtschaft schließt.
