In den nächsten Jahren wird der Bedarf an Wasser stark über das Angebot hinauswachsen. Eine Alternative ist aufbereitetes Abwasser. Doch die hohen Energie- und Wartungskosten von Kläranlagen sind eine zusätzliche Herausforderung. Moderne Technologien wie das Internet der Dinge (IoT) und die Digitalisierung bieten Lösungen zur Optimierung.
Die Herausforderung: Kläranlagen haben hohe Energie- und Wartungskosten
Der Bedarf an Frischwasser steigt und steigt. Er wird weltweit bis 2030 das Angebot um etwa 40 Prozent übersteigen. Einer der größten Abnehmer ist der Agrarsektor, der rund 70 Prozent aller Süßwasservorräte für die Feldbewässerung nutzt. Ein naheliegender Gedanke ist die Abwasseraufbereitung. Denn gereinigtes und gefiltertes Wasser ist eine Alternative, um es für die Agrartechnik zu verwenden und Trinkwasser zu sparen. Hinzu kommt: In vielen Ländern gibt es weder genug Kläranlagen noch eine flächendeckend ausgebaute Kanalisation. Das gilt auch für Europa. Nur etwa 55 Prozent des gesamten Abwassers wird tatsächlich nach EU-Vorgaben geklärt.
Deutschland ist im Vergleich in einer privilegierten Position, da es etwa 10.000 Kläranlagen gibt. Doch auch hier gibt es ein Problem: Die vorhandenen Kläranlagen sind technologisch nicht unbedingt auf dem neuesten Stand und greifen auf Verfahren zurück, die sich bereits vor 100 Jahren etabliert haben. Sie verbrauchen deshalb jährlich etwa 4400 Gigawattstunden Strom, davon sind nach modernen, nachhaltigen Maßstäben drei Viertel verschwendet. Hauptverbraucher sind dabei die Antriebe der verschiedenen Maschinen. Mit IoT und Digitalisierung können sie optimiert werden, beispielsweise durch intelligente Belüftung und Prozesslufterzeugung sowie durch Vermeiden von Energieverschwendung wegen Temperaturunterschieden und Druckverlusten. Dadurch können einerseits Energiekosten gespart und andererseits die CO2-Emissionen gesenkt werden.
Um Maßnahmen für die Behebung des Problems zu entwickeln, haben drei wichtige Akteure ihre Kompetenzen gebündelt. Die Aerzen Maschinenfabrik stellt hochleistungsfähige Gebläse und Schraubenverdichter her, die GF Piping Systems aus der Georg Fischer Gruppe produziert Systemlösungen für die Wasseraufbereitung. Aerzen Digital Systems GmbH ist ein Anbieter von IoT- und Digitalisierungslösungen für die Industrie, der aus der digitalen Transformation von Aerzen hervorgegangen ist.
Die Lösung: Monitoring und Predictive Maintenance mit digitalen Services
Durch die Fortschritte bei der Digitalisierung und im Industrial IoT ist es einfach, leistungsfähige Aufbereitungsanlagen auch dezentral zu betreiben. Zugleich ist es möglich, die vorhandenen Kläranlagen nachträglich zu digitalisieren und die Maschinen an das IoT anzuschließen. Die vorhandenen Gebläse und Verdichter sind bereits energetisch hocheffizient, sie sind technologisch kaum noch weiterzuentwickeln.
Verschiedene externe Faktoren wie verstopfte Luftfilter oder erhöhte Ansaugtemperatur durch Abluft sorgen für einen ineffizienten Betrieb der Maschinen, der zu einem erheblichen Mehrverbrauch führen kann. Ein Beispiel: Allein die beiden erwähnten Faktoren führen zu einem erhöhten Energieverbrauch von bis zu acht Prozent.
Messungen mit modernen digitalen Sensoren ermöglichen das Einsammeln von Maschinendaten und Daten zur Wasserqualität. Mit der Weiterleitung in das Industrial IoT werden diese Daten zentral gesammelt und ausgewertet. Dadurch weiß der Betreiber, in welchem Zustand sich die einzelnen Anlagen befinden und kann bei Bedarf an Techniker dorthin schicken, der entsprechend eine Wartung vornimmt.
AERprogess: Modulare Digital-Services
AERprogess ist eine modulare Lösung aus maßgeschneiderten Digital-Services für Verdichter und Gebläse. Sie bietet Überwachung und Monitoring der gesamten Anlage, präventive Instandhaltung und Kontrolle des Energieverbrauchs. Das System ermittelt CO2-Werte, Energiekosten und Luftqualität. Dafür nutzt es vorhandenen Messpunkte und weitere, nachträglich eingebaute Sensoren.
Die Daten werden über das IoT In die Cloud gesendet und dann an die Leitwarte übertragen und dort verarbeitet. Die Cloud-Plattform trifft Aussagen über Betriebszustände, Ausfallwahrscheinlichkeiten und Optimierungsmöglichkeiten. AERprogess besteht aus den folgenden drei Modulen:
- Das Basismodul „Machine Park Management“ bietet ein Live-Monitoring der ganzen Anlage, Echtzeitberichte per Knopfdruck und detaillierte Wartungs- und Instandhaltungsprotokolle. Damit analysiert der Betreiber Verfügbarkeit und Auslastung aller angeschlossenen Maschinen.
- Das Plattformmodul „Condition Monitoring“ bewertet Maschinen mit Blick auf notwendige Wartungsarbeiten (Predictive Maintenance). Als moderne KI-Lösung informiert es den Betreiber über den aktuellen Zustand der Anlage und gibt an, wann eine Wartung notwendig ist – bevor es zu einem Maschinenstilland kommt.
- Das Modul „Energy Management“ verarbeitet unter anderem Ansaugtemperaturen, Differenz- und Ansaugdrücke, die Maschinenfahrweise sowie den Zustand von Filterpatronen. Es zeigt Mehrverbräuche und erlaubt damit eine Verbesserung der Energieeffizienz.
Das Ergebnis: Höhere Energieeffizienz von Kläranlagen
AERprogess bietet eine modulare Lösung aus digitalen Diensten, die Monitoring der gesamten Anlage, präventive Instandhaltung (Predictive Maintenance) und Kontrolle des Energieverbrauchs ermöglichen. Durch diese Technologien wird nicht nur der Energieverbrauch gesenkt, sondern auch die CO2-Emission reduziert. Das System ist eine umfassende Lösung zur Modernisierung und Effizienzsteigerung von Kläranlagen.
