Nákladní vlak plný energie

„Energie“! Slovo, které elektrizuje a vybízí k diskusi jako žádné jiné v současné době. Všichni v této zemi nyní vědí o důležitosti energie – a její dostupnosti a nákladech. A jsou to energetické nosiče, teplo a elektřina, tedy produkty přeměny našich technických procesů, které podléhají ztrátám, které udržují naše životy a životy průmyslu v této zemi „na chodu“ a zároveň je usnadňují.

1 000 000 miliard joulů spotřeby primární energie

Přemýšleli jste ale někdy o tom, kolik energie je v Německu potřeba každý rok? Podle nejnovějších údajů pracovní skupiny pro energetickou bilanci ze září 2022 má Německo primární spotřebu energie 12 413 petajoulů. To nezní jako málo – a není to tak. Peta představuje číslici 10 až 15, nebo jednodušeji řečeno: 1 000 000 miliard. Taková obrovská čísla jsou zcela mimo naši představivost a k pochopení jejich významu jsou zapotřebí mentální obrazy.

78 191 kilometrů nákladního vlaku

Představme si, že by tato primární energie ve formě tvrdého uhlí musela být přepravena do Německa nákladním vlakem. Nákladní vozy, které se k tomuto účelu obvykle používají, mají užitečné zatížení 65 tun a délku 12 metrů. Byl by to dlouhý nákladní vlak: sestávající z dobrého 6,5 milionu vagonů nebo celkové délky 78 191 kilometrů! Každý rok vyprázdníme tento „speciální vlak do Německa“ dvakrát kolem rovníku. Domácnosti, doprava a průmysl se na konečné spotřebě podílejí víceméně rovnoměrně – vždy přibližně 20 %. A téměř stejné množství primární energie, téměř 18 %, se ztrácí při přeměně primární energie na konečnou energii.

Úspora energie, rekuperace energie a nové formy výroby

Úspora energie, její využití a hledání nových forem výroby energie je proto nejvyšší prioritou, pokud není možné ve velkém měřítku nahradit primární spotřebu energie z převážně fosilních zdrojů obnovitelnými zdroji energie.

Odpadní voda obsahuje chemickou a tepelnou energii

Zdá se, že odpadní voda je velmi zajímavým médiem a mohla by k tomu významně přispět. Na jedné straně obsahuje odpadní voda chemicky vázanou energii, kterou mohou mikroorganismy kontrolovaně uvolňovat v anaerobních procesech ve formě energetického nosiče metanu. Na druhou stranu by měla být velmi zajímavá tepelná energie uložená v odpadní vodě. Na stupeň Celsia má jeden metr krychlový odpadní vody množství energie 1,16 kWh. To znamená, že odpadní voda by teoreticky mohla nahradit 1 metr krychlový zemního plynu, pokud by bylo 1000 litrů z ní ochlazeno o přibližně 9 stupňů Celsia pomocí extrakce tepla. Topení odpadní vodou místo zemním plynem!

Využití vysokého energetického potenciálu díky přizpůsobeným systémům výměny tepla

Takové aplikace v oblasti městských kanalizací jsou však nerealistické, protože by to příliš narušovalo proces čištění v čistírně odpadních vod. Chlazení o 1 až 2 stupně však obvykle není problém a i v tomto relativně malém rozsahu má vysoký energetický nebo tepelný potenciál. Není však neobvyklé, že se odpadní nebo procesní voda vyrábí při relativně vysokých teplotách v obcích nebo v průmyslových výrobních procesech. V budoucnu by již nemělo být možné bez této energie žít. Technickým předpokladem tohoto cíle jsou však účinné systémy výměny tepla, které jsou přizpůsobeny specifickým vlastnostem odpadní vody, aby bylo možné vytvořit udržitelné koncepce využití tepla pro příslušný případ.

Budoucnost procesů a produktů využívajících energii a energeticky účinných

V celkovém pohledu na technologii odpadních vod začíná budoucnost energeticky účinných procesů a produktů nejen včera. Využití odpadního tepla z odpadních vod se stále více etabluje; stále více se používají elektrické pohony se zvýšenou účinností. Nové procesy čištění odpadních vod mají za cíl odstraňovat organické látky z odpadních vod ve vstupu čistíren odpadních vod, aby bylo možné produkovat více metanu v digestorech a současně snížit energii potřebnou pro aerobní procesy čištění v čistírně odpadních vod.

V rámci postupující digitalizace se vyvíjejí nové a inovativní procesy monitorování pro detekci nadměrného opotřebení strojních zařízení, aby bylo možné včas odhalit zbytečnou spotřebu energie. Digitalizace v kombinaci s inteligentním vyhodnocováním dat navíc otevírá zcela nové možnosti optimalizace procesů: například menší hromadění kalu a nižší spotřeba srážecího prostředku. I když tyto výhody nemusí být na první pohled rozpoznány jako opatření pro úsporu energie, jsou stále velkou výzvou.

Inteligentní design, lehké materiály, kvalita a odolnost

Na druhý pohled se však projevují v redukci chemikálií a přepravě, nebo jinými slovy: Úspora energie díky „neprodukování“ a „neujetí kilometrů“. Inteligentní konstrukce strojů nebo volba lehkých materiálů s cílem snížit hmotnost také přímo souvisí s úsporou energie při výrobě a přepravě. Vysoká kvalita výrobků a tím i jejich trvanlivost tvoří základ pro hospodárné využívání surovin potřebných k jejich výrobě. Kvalita výrobků by proto měla být vždy vnímána v pozitivním kontextu s úsporou energie.

Technická symbióza energie a udržitelnosti

Mnoho z těchto příkladů ukazuje, že odpovědné využívání energie je neoddělitelně spojeno s udržitelnou technologií zpracování odpadních vod. Energie a udržitelnost se spojily do pozoruhodné technické symbiózy. Z tohoto pohledu může technologie odpadních vod ve všech oblastech použití v budoucnu významně přispět ke zkrácení „nákladního vlaku plného energie“. Stačí to udělat, jak říká přísloví: „Dělat je jako chtít, jen intenzivněji!“
 

Prof. Dr.-Ing. Franz Bischof je profesorem na fakultě strojírenství / environmentálního inženýrství v oboru „Procesy pro kontrolu znečištění vody, vzduchu a půdy“ na Východobavorské technické univerzitě Amberg-Weiden.