Teilprojekt 3: Ressourceneffiziente und flexible Ver- und Entsorgungsinfrastruktursysteme für schnell wachsende Städte der Zukunft

Realisierung eines VEZ in Qingdao

In schnell wachsenden Großstädten stellt sich das Problem, dass die notwendige Infrastruktur (Wasser, Abwasser, Abfall und Energie) mit dem Wachstum der Städte nicht mithalten kann. Aufgrund fehlender Kapazitäten stehen Strom und Wasser nicht fortlaufend bzw. flächendeckend zur Verfügung und anfallendes Abwasser bleibt aufgrund mangelnder Reinigungskapazitäten unbehandelt. Vor diesem Hintergrund sind Konzepte gefragt, die eine hohe  Verlässlichkeit  und Ressourceneffizienz aufweisen und die erforderlichen Infrastrukturkapazitäten entsprechend des urbanen Wachstums „mitwachsen“ lassen können.

Als mögliche Lösung wurde der Ansatz Semizentral in den vergangenen 11 Jahren unter der Federführung des Fachgebietes Abwassertechnik des Institutes IWAR der Technischen Universität Darmstadt entwickelt. Dies erfolgte in enger Zusammenarbeit mit zahlreichen Industriepartnern in Deutschland und mit wissenschaftlichen Partnern in Deutschland und China. Gefördert wird das Verbundvorhaben in Deutschland durch das BMBF, in China vom MoST. Im Rahmen der Weltgartenbauausstellung im Jahr 2014 wurde der Ansatz erstmalig im Realmaßstab umgesetzt: Das Leuchtturmprojekt erfolgreicher angewandter deutsch-chine­sischer Wissenschafts- und Forschungskooperation wurde von einem chinesischen Investor in Qingdao finanziert und gebaut.

Das in zwei Phasen geteilte Verbundprojekt umfasst die erstmalige Realisierung eines semizentralen Resource Recovery Center (im Realmaßstab) in der schnell wachsende und bereits seit Jahren unter zunehmenden Wassermangel leidenden Hafenstadt Qingdao. Die erste Phase (April 2012 - März 2013) umfasste alle notwendigen Vorarbeiten für die Implementierung: Die Anpassung des Konzeptes an die realen Rahmenbedingungen des Standortes sowie die Begleitung der Planungs- und Genehmigungsprozesse. Gegenstand der zweiten Phase (Mai 2013 – Juli 2016) ist die Validierung, Optimierung und Weiterentwicklung des Ansatzes.

Zukunftsfähige Infrastruktursysteme...

Gemeinsam mit den chinesischen Partnern erfolgte im Rahmen des Begleitforschungsvorhabens SEMIZEN­TRAL die Konzeptionierung und Detailplanung für das weltweit erste semizentrale „Resource Recovery Center“ (RRC) in der chinesischen Küstenstadt Qingdao. Der deutsch-chinesische Forschungsverbund begleitet die Genehmigungsprozesse, die Umsetzung und den Betrieb des RRC. Der Ansatz Semizentral wird im Rahmen des deutsch-chinesischen Verbundforschungs­projektes evaluiert, optimiert und weiterentwickelt.

... für Wasserversorgung, Abwasserentsorgung und Abfallbehandlung...

Für die Implementierung SEMIZENTRAL werden die in einem Entwicklungsgebiet (neben dem Gelände der Weltgartenausstellung) anfallenden Abwasserströme (Grauwasser und Schwarzwasser) getrennt erfasst und zu einem semizentralen Resource Recovery Center (RRC) abgeleitet. Das RRC ist für 12.000 Einwohnerwerte dimensioniert. Das gereinigte und desinfizierte Grauwasser wird als Brauchwasser für die Toilettenspülung im Einzugsgebiet, das gereinigte und desinfizierte Schwarzwasser für die Bewässerung und Straßenreinigung wiederverwendet. Hierdurch ist eine Wasserrecyclingquote von bis zu 100% möglich.

Durch die Mitbehandlung von Speiseresten in der anaeroben Klärschlammbehandlung wird der Biogasertrag erhöht und durch dessen Nutzung (Verstromung) ein energieautarker Betrieb des RRC ermöglicht. Die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern kann so ebenso reduziert werden wie die Emission von Treibhausgasen.

Die entstehenden Gärreste, die sogenannten Biosolids,  sind nährstoffreich und können als Bodenverbesserer landschaftlich genutzt werden. Insgesamt kann so auf eine Deponierung des Klärschlamms und der Bioabfälle verzichtet und die Nährstoffe dem natürlichen Kreislauf zurückgeführt werd

... für lebenswerte Städte von morgen.

Forschungsziele des SEMIZENTRAL Verbundvorhabens liegen u.a. in den Bereichen der energetischen Optimierung des RRC und der zugehörigen Netze, der Validierung der Stoffströme in Qualität und Quantität, der Nutzbarkeit der Outputströme, Planungs- und Genehmigungsverfahren sowie der Übertragbarkeit des Ansatzes auf andere Standorte. Architektonisch gestalterische Möglichkeiten und deren Verknüpfung mit energetischen Gesichtspunkten sind ebenso Bestandteil wie das Capacity Building im Betrieb und im Bereich integrierter Infrastruktursysteme. Angestrebt ist zudem die Validierung und Weiterentwicklung der Analytik und Steuerung von Brauchwassersystemen. Darüber hinaus sind die Entwicklung und Anpassung von Mess-, Steuer- und Regelungstechniken für integrierte Infrastrukturen und deren Nutzung für einen optimierten Ressourceneinsatz Forschungsziele.