Energie ist das Herz eines Unternehmens, Wasser ist das Blut

Sowohl bei der Luftzerlegung als auch bei der Wasserstoffproduktion und der Kraft-Wärme-Kopplung mag die Energie zwar ein dominierender Faktor sein, aber das Wassermanagement wird keinesfalls ausgeklammert.

Mit einem Wasserverbrauch von 79 Millionen Kubikmetern pro Jahr entspricht Air Liquide dem Wasserverbrauch seiner Kunden. Etwa siebzig Fachleute weltweit beschäftigen sich derzeit mit dem Thema Wasser. Paul McNicholas leitet diese Wasserexperten und stellt seine Vision einer bezahlbaren, zuverlässigen und nachhaltigen Wasserversorgung vor.

Air Liquide ist einer der bekanntesten Anbieter von verschiedenen Gasen für die Stahl-, Petrochemie-, Chemie-, Prozess- und Lebensmittelindustrie. Weitere typische Umgebungen, in denen diese Gase zum Einsatz kommen, sind die Glas- und Automobilindustrie. Darüber hinaus liefert das Unternehmen hochspezialisierte und qualitativ hochwertige Gase für die Hightech-Elektronikindustrie sowie medizinische Gase.

Ein Teil dieser Gase wird durch die Aufspaltung von Luft erzeugt. Zum anderen produziert das Unternehmen Wasserstoffgas durch Dampfreformierung von Biogas oder Erdgas oder durch die Elektrolyse von Wasser. Als Nebenprodukt entsteht dabei Kohlenmonoxid, das ebenfalls einen eigenen Markt hat. Je nach Menge kommen die Gase per Pipeline, LKW oder Gasflasche zum Kunden. Für den Prozess sind die Gase oft unerlässlich. Deshalb setzt das Unternehmen auf eine Produktion in der Nähe des Kunden, oder "über den Zaun", wie das Unternehmen es nennt. Auf diese Weise ist Air Liquide in der Lage, eine Zuverlässigkeitsrate von 99,99 Prozent zu liefern, die sowohl durch Redundanz in der Produktion als auch in der Verteilung der Gase erreicht wird. Air Liquide verfügt über 324 große Luftzerlegungsanlagen und 46 Wasserstoff- und Kohlenmonoxidfabriken auf der ganzen Welt.

Ein zweiter wichtiger Teil des Unternehmens ist der Bereich Kraft-Wärme-Kopplung, der die Dampf- und Stromversorgung für eine Reihe von großen internationalen (petro-)chemischen Unternehmen sicherstellt. Die Pergen-Anlage auf dem Gelände von Shell Pernis wird zum Beispiel vollständig von Air Liquide betrieben. Auch auf dem Huntsman-Gelände befindet sich ein Kraftwerk von Air Liquide. Weltweit gibt es siebzehn Anlagen dieser Art.

Eine bei den Niederländern weniger bekannte Sparte des französischen Unternehmens ist die (Ab-)Wasseraufbereitung. Dies ist eine logische Aktivität, da der Sauerstoff zur Erzeugung von Ozon in der Welt des Wassers verwendet wird. Die Forschung und die Anwendungen reichen jedoch weiter als nur Gase. Die F&E-Abteilung des Unternehmens erforscht auch den Einsatz von Membranen zur Optimierung der Verteilung von Gasen im Wasser.

Wasserverbrauch

Es wird nicht überraschen, dass Energie sowohl bei der Luftzerlegung als auch bei der Wasserstofferzeugung und der Kraft-Wärme-Kopplung ein dominierender Faktor ist. Aber auch das Wassermanagement wird nicht außer Acht gelassen. Etwa siebzig Fachleute weltweit befassen sich mit dem Thema Wasser. Der Brite Paul McNicholas führt diese Wasserexperten an, und während er neben der Pergen-Anlage steht, erläutert er seine Vision einer bezahlbaren, zuverlässigen und nachhaltigen Wasserversorgung: "Was den Wasserverbrauch angeht, sind wir fast gleichauf mit unseren Kunden", erklärt McNicholas. Er zeigt eine Tabelle aus dem Jahr 2015, in der der Wasserverbrauch mit 79 Millionen Kubikmetern pro Jahr nur knapp unter dem Verbrauch von DOW Chemical liegt und sogar den Verbrauch von BASF übertrifft. Die Petrochemieunternehmen schlagen Air Liquide in puncto Wasseraufnahme deutlich, aber ein Großteil dieses Wassers landet letztlich wieder im Wassersystem: "Bei der Aufspaltung von Luft verwenden wir Wasser zur Kühlung der Druckluft", fährt McNicholas fort: "Etwa siebzig Prozent des Wassers verdampfen bei diesem Prozess, während die restlichen dreißig Prozent vor Ort aufbereitet oder in die nächstgelegene Abwasseranlage eingeleitet werden. Dieser Prozess macht sechzig Prozent unseres Wasserverbrauchs aus, die anderen vierzig Prozent entfallen auf andere Prozesse, wie etwa die Kraft-Wärme-Kopplung. Der größte Teil dieses Wassers verschwindet in den Prozessen der Kunden.'

Verschwinden ist vielleicht etwas übertrieben, denn Wasserdampf ist schließlich Teil des gesamten Systems, aber das Unternehmen braucht immer Wasser und Strom, um seine Kunden weiterhin mit aufbereitetem Dampf zu versorgen: "Unsere Kunden stellen außerdem immer höhere Anforderungen an die Dampfqualität", fügt McNicholas hinzu, "in einigen Fällen produzieren wir dieses Wasser selbst, wie in unserer Niederlassung in Bayport (USA, Anm. d. Red.), wo wir nicht nur Luft abtrennen und Wasserstoff produzieren, sondern auch Dampf aus unserem eigenen produzierten Wasser herstellen. Der Vorteil eines solchen integrierten Systems ist, dass man viel kostengünstiger und energieeffizienter produzieren kann. Eine Kombination aus exothermen und endothermen Prozessen benötigt relativ wenig zusätzliche Energie. Außerdem können wir die Restwärme im Rücklaufwasser wiederverwenden. Dieser integrale Ansatz ist leider nicht immer möglich. Im Fall von Shell Pernis liefern wir Dampf an den Standort und Strom an Eneco. Seit der Inbetriebnahme von Pergen im Jahr 2008 wird das Wasser von Evides Industriewater geliefert. Bei Kooperationen wie dieser streben wir natürlich die höchstmögliche Effizienz an, aber die Versorgungssicherheit ist ebenso wichtig.

Die demiwater-Fabrik wurde kürzlich um eine Kondensataufbereitungsanlage erweitert. Diese Kondensat-Polieranlage (CPU) behandelt das Wasser, das nach der Wärmeabgabe des Dampfes an den Prozess zurückbleibt, um eine Qualität zu erreichen, die sofort für die Dampferzeugung geeignet ist.

Wasserstress

Die Wasserrückgewinnung hat in den Niederlanden weniger Priorität als anderswo auf der Welt: 'Das Wasser, das wir verwenden, landet meist in einer kollektiven Abwasserbehandlung oder in einer kommunalen Kläranlage', fährt McNicholas fort. 'Im Falle der Luftzerlegung verwenden wir das Wasser nur zur Kühlung der Luft, wodurch das Wasser kaum verschmutzt wird. Die Wiederverwendung des Wassers kann für KWK-Anlagen interessant sein, da es oft Energie in Form von Wärme enthält.'

In anderen Ländern ist der Wasserstress deutlicher spürbar, und es wird viel in die Senkung des Wasserbedarfs investiert: "Die besten Beispiele kommen aus Singapur und China", so McNicholas. Dort ist der Wasserstress so stark spürbar, dass die Behörden in den Wasserverbrauch eingreifen müssen.' In China sind wir zum Beispiel verpflichtet, 65 Prozent unseres Wassers zu recyceln und wiederzuverwenden. Das Gleiche gilt für Brasilien, wo wir es geschafft haben, 63 Prozent des Wasserverbrauchs zu reduzieren. Es gibt Fälle in China, in denen wir nicht einmal einen einzigen Tropfen Wasser einleiten dürfen. Die Auflagen sind wirklich sehr streng: Das Einzige, was die Fabrik verlassen darf, ist Pulver. Jeder Tropfen Wasser muss wiederverwendet werden.

Null Flüssigkeitsausstoß

McNicholas bezweifelt, dass diese Art der Nulleinleitung energetisch und ökologisch gesehen die beste Lösung ist: "In vielen Fällen ist es am besten, die Natur einfach machen zu lassen und das Wasser natürlich zu behandeln. In Gebieten mit reichlich Wasserstress gelten andere Überlegungen, allein schon deshalb, weil die lokalen Behörden diese Forderungen durchsetzen können. Die Gesetzgebung ist also der beste Motivator für Innovationen und Investitionen in die Einsparung und Aufbereitung von Wasser. McNicholas ist überzeugt, dass diese Gesetzgebung strenger werden wird: "Mit dem fortschreitenden Klimawandel werden mehr Wasserstressgebiete entstehen. Die Vorhersagen für das Jahr 2050 besagen, dass die Nachfrage nach Wasser um 55 Prozent steigen wird. Der größte Teil dieses Prozentsatzes geht auf das Konto der verarbeitenden Industrie, deren Bedarf in diesem Zeitraum um vierhundert Prozent steigen wird. Auch der Wasserverbrauch der Versorgungsunternehmen wird zunehmen, und zwar schätzungsweise um 140 Prozent. Auch die Weltbevölkerung wächst rasant, was mit einem Anstieg des häuslichen Wasserverbrauchs um 130 Prozent einhergeht. Wenn die Industrie so weitermacht, könnte es durchaus zu Engpässen kommen. Der Mensch steht immer vor dem Prozess, und deshalb wird die Industrie Wege finden müssen, ihren Wasserverbrauch zu reduzieren.

Wasserqualität

Neben der Quantität ist die Wasserqualität ein weiteres Problem: "Vor allem Mikroverunreinigungen und Biozid-Nebenprodukte stellen ein zunehmendes Problem bei der Wasseraufbereitung dar. In vielen Ländern, auch in Europa, wird über Gesetze nachgedacht, um diese Verunreinigungen zu reduzieren. Viele dieser Verunreinigungen können durch den Einsatz von Ozon gelöst werden. Wir liefern reinen Sauerstoff, der zur Herstellung von Ozon verwendet werden kann.'

McNicholas ist noch nicht ganz überzeugt, ob Wasser die Aufmerksamkeit der Industrie erhält, die es verdient: 'Unser Stromverbrauch und die damit verbundenen Kosten übersteigen bei weitem die des Wassers. Es gibt eine direkte Verbindung zwischen Energie und Wasser, wobei Strom das Herz eines Unternehmens ist und Wasser das Blut.'

Pergen

Das Blockheizkraftwerk Pergen auf dem Gelände von Shell Pernis liefert siebenhundert Tonnen Dampf pro Stunde und erzeugt rund dreihundert Megawatt Strom. Für ein hocheffizientes Heizkraftwerk wie Pergen ist neben der Sicherheit der Wasserversorgung auch die Qualität ein wichtiges Thema. Gefordert sind unter anderem eine Leitfähigkeit von weniger als 0,2 Mikrosiemens und ein Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff von weniger als zweihundert Teilen pro Milliarde.

Mit einer Gesamtkapazität von 1.055 Kubikmetern Demiwasser pro Stunde ist die Anlage eine der größten ihrer Art in Europa. Gespeist wird die Anlage mit Brauchwasser von Evides Industriewater. Da das Wasser von konstanter und hoher Qualität ist, bleiben die Dimensionen der Prozesswasseranlage recht bescheiden. Der Demiwasserprozess basiert auf Ionenaustausch, da diese Aufbereitungstechnologie eine relativ hohe Rückgewinnung aufweist. Dies führt zu Einsparungen beim Speisewasser und zu einer Verringerung der Abwassereinleitung. Das Speisewasser fließt durch zwei Rohrleitungen zu zwei Bruchtanks von je 10.000 Kubikmetern. Von diesen Tanks wird das Wasser in die Demi-Anlage gepumpt, die aus insgesamt fünf Produktionslinien besteht. Jede Produktlinie umfasst einen Kationenfilter mit einem schwach und einem stark sauren Harz, einen CO2-Entgasungsturm, einen Anionenfilter mit einem schwach und einem stark alkalischen Harz sowie einen Mischbettfilter als Polierer. Der abschließende Polierschritt beinhaltet das Durchleiten des Wassers durch eine Umkehrosmoseanlage, um schließlich die vertraglich festgelegten niedrigen TOC-Werte zu erreichen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht in UTILITIES Seiten 9-11 NUMMER 01 - Februar 2017, ACHTTIENDE JAARGANG.