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Donnerstag, 21. Februar 2019

Umwelt

Ein neuer Salzkreislauf

Von Ralph H. Ahrens | 31. August 2017 | Ausgabe 35

Werden Rohstoffe mehrfach eingesetzt, sparen Chemieunternehmen damit Kosten und senken die Belastung der Umwelt. Covestro will nun schrittweise einen Kochsalzkreislauf aufbauen.

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Foto: Covestro AG

Produktionsexperte Björn Draber überprüft die Funktion der Pilotanlage am Standort Krefeld-Uerdingen. Hier will man Salz und Wasser umweltfreundlich zurückgewinnen.

Große Mengen hochreines Kochsalz, also Natriumchlorid (NaCl), benötigt die Chlor-Alkali-Elektrolyse. Bei Covestro im Chemiepark Krefeld entstehen daraus Natronlauge und Chlor, aus denen in einer weiteren Anlage u. a. der Kunststoff Polycarbonat hergestellt wird. Allerdings fallen dabei große Mengen salzhaltige Abwässer an, die das Unternehmen lange Zeit unbehandelt in den Rhein leitete.

Das soll sich ändern. In einer Pilotanlage wird ein kleiner Anteil des NaCl aus dem Abwasser aufbereitet und erneut in der Elektrolyse eingesetzt. „Das Verfahren hat Modellcharakter“, sagt Jürgen Meyn, Produktionsleiter von Covestro in Krefeld. Auch andere salzhaltige industrielle Abwässer könnten so gereinigt werden. Und Meyn ist ehrgeizig: „Wir wollen Natriumchlorid bald weitestgehend im Kreis fahren.“

Das freut die Umweltschützer. „Jede Entlastung des Rheins ist sinnvoll“, erklärt Paul Kröfges. Der Sprecher für Gewässerschutz beim BUND in Nordrhein-Westfalen betont, dass der natürliche Gehalt an Chloridionen (Cl-) im Fluss unter 20 mg/l liege. „Davon ist der Rhein weit entfernt.“ Nach Messungen des Landesumweltamtes (Lanuv) im November 2016 enthielt das Rheinwasser bei Bad Honnef 40 mg Cl-/l. Jenseits des Ruhrgebiets steigt die Salzfracht auf mehr als das Doppelte – im Dezember 2016 zum Beispiel auf 100 mg Cl- bei Kleve.

Foto: Foto [M]: Covestro AG/VDIn

Den roten Knopf für die Inbetriebnahme drücken Bundesumweltministerin Barbara Hendricks, Covestro-Vorstand Markus Steilemann (li.) und NRW-Standortverbundleiter Klaus Jäger.

Die meisten in NRW in den Rhein eingetragenen Salze stammen zwar aus dem Bergbau, doch auch die Mengen aus dem Chemiepark Krefeld sind gewaltig. Jährlich gelangen rund 200 000 t Kochsalz und damit 120 000 t Cl- in den Fluss. Ein Teil davon stammt aus der Polycarbonatanlage von Covestro.

Will man das Salz erneut für die Elektrolyse nutzen, ist einiger Aufwand nötig. Verfahrensingenieurin Yuliya Schiesser von Covestro erklärt warum.

Zunächst muss das Salz aufkonzentriert werden. Der NaCl-Gehalt im Abwasser liegt üblicherweise bei 7 %. Für die Elektrolyse wird aber eine gesättigte Kochsalzlösung mit einem NaCl-Gehalt von 25 % benötigt.

Außerdem muss das Salz rein sein, da die Ionentauscher-Elektrolysemembranen sehr empfindlich sind. „Organische und anorganische Verunreinigungen aus der Polycarbonatherstellung könnten sich ablagern und den Widerstand der Membran erhöhen“, sagt Schiesser. Dies erhöht den Stromverbrauch und senkt die Effizienz des Verfahrens. Solche Beläge können zudem die Elektrolysemembranen schädigen.

Die Möglichkeiten eines betriebsinternen Salzkreislaufs erforscht das Unternehmen seit rund 15 Jahren. Nach umfangreichen Versuchen beschloss Covestro schließlich den Bau der Pilotanlage. Das Bundesumweltministerium (BMUB) förderte die Anlage mit rund 740 000 € aus dem Umweltinnovationsprogramm.

Seit Januar 2016 durchläuft dort das salzhaltige Abwasser aus der Polycarbonatherstellung eine schrittweise Reinigung: Erst wird filtriert, bevor flüchtige organische Bestandteile durch Ansäuern und Ausstrippen ausgetrieben und organische Komponenten in zwei Straßen von Aktivkohletürmen abgetrennt werden. Dann wird der Säuregrad durch Salzsäure auf 2 bis 3 eingestellt, wodurch Carbonate in CO2 umgewandelt werden und ausgasen. Danach ist die Sole sauber genug für die Elektrolyse. Einzig der Salzgehalt muss noch durch Zugabe von festem NaCl auf 25 % erhöht werden. Die so eingesetzte Salzsole führte bislang zu keiner erhöhten Zellspannung bei den Elektrolysezellen.

„Die Pilotanlage läuft seit der Inbetriebnahme kontinuierlich und störungsfrei“, freut sich Schiesser. Das meiste Abwasser gelangt zwar weiterhin zur Kläranlage, ein Teilstrom von 30 m³/h aber fließt in diese Anlage. Möglich wären derzeit sogar 70 m³/h. Nutzt das Unternehmen die volle Kapazität der Anlage, könnte es pro Jahr rund 550 000 t voll entionisiertes Wasser, 35 000 t hochreines Kochsalz und entsprechend hohe Abwassergebühren einsparen.

Dennoch gibt es Wermutstropfen: So könne eine vorzeitige Alterung oder langfristige Schädigung der Elektrolysemembran noch nicht ausgeschlossen werden, sagt Schiesser. Und die aufwendige Reinigung des Salzes sei noch sehr kostspielig. So braucht es zusätzlich Salzsäure und Aktivkohle. Covestro-Fachleute suchen deshalb nach Wegen, die Anlage mit weniger Energie und Materialeinsatz zu fahren.

Ein weiterer Forschungsansatz sei deshalb der umgekehrte Weg: „Wasser energieeffizient aus dem salzhaltigen Abwasser zu entfernen“, erklärt Schiesser. Sie und ihre Kollegen versuchen zurzeit im Labor, den NaCl-Gehalt etwa mit einer Hochdruckumkehrosmose zu verdoppeln und anschließend mit einer Membrandestillation bis zur Sättigung zu konzentrieren. Klappt dies, soll in einer Demonstrationsanlage ein gereinigter Abwasserstrom aus der Pilotanlage von 1 m³/h so konzentriert und anschließend direkt in der Elektrolyse verwendet werden.

Dieses Projekt unterstützt das Bundesforschungsministerium (BMBF) mit knapp 450 000 € aus dem Förderschwerpunkt „Nachhaltiges Wassermanagement“. Im Unternehmen ist man zuversichtlich, dass alles gut läuft. „Dann können wir hoffentlich einen Großteil des Salzbedarfs der Elektrolyse selber decken“, sagt Produktionsleiter Meyn.