Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - FERMANOX® WASSERAUFBEREITUNG

Karlsruher Institut für Technologie (KIT):

Energieeffiziente Kühlung des Elektronenbeschleunigers

FERMANOX®-Anlage

WV 200/2/165 P-3B Nr. 2160

Aufbereitungsleistung

4.400 – 5.000 m³/Tag

In Betrieb seit

2024

Einsatzzweck

Kühlung des Elektronenbeschleunigers

Einsatzort

Karlsruhe in Baden-Württemberg

Projektinformation

Teilchenbeschleuniger stellen zentrale Forschungsinstrumente dar, die in Disziplinen wie Physik, Chemie, Medizin, Biologie und Materialwissenschaften unverzichtbare Beiträge zur Grundlagen- und Anwendungsforschung leisten.

Am Karlsruher Institut für Technologie wird mit der Testanlage „Karlsruhe Research Accelerator“ (KARA) ein Forschungsbeschleuniger betrieben, der eine Synchrotronstrahlung mit einer Elektronenenergie von bis zu 2,5 GeV erzeugt. Der elektrische Kühlbedarf liegt dabei im Winter bei rund 1,2 MW und steigt im Sommer auf bis zu 2 MW, um sowohl die Forschungsinfrastruktur bei bis zu 2,5-GeV Elektronenenergie als auch die Klimatisierung der Beschleunigerhalle sicherzustellen.

Die Optimierung der Infrastruktur für die Kühlung hat einen enormen Einfluss auf die Gesamtnachhaltigkeit, weshalb das KIT Ende 2024 begonnen hat, eine thermische Brunnenanlage in Betrieb zu nehmen. KIT setzt auf die Kühlung durch ein thermisches Brunnensystem, um dadurch bis zu 1 MW der elektrischen und konventionellen Kühlleistung ersetzen können und die Grundwärmelast der Anlage zu reduzieren. Die Abnahme der Gesamtanlage ist für Ende des Jahres 2025 geplant, die Fermanox Anlage läuft seit Ende 2024.

Das thermische Brunnensystem in Verbindung mit der FERMANOX®-Anlage wurde für den wechselweisen Betrieb ausgelegt und besteht aus drei Entnahmebrunnen und zwei Absorptionsbrunnen, welche pro Brunnen eine Aufbereitungsleistung von bis zu 3000 m³ pro Tag erreichen. Damit handelt es sich um die bislang größte FERMANOX^®-Anlage im Bereich der thermischen Grundwassernutzung.

Der Umstieg von konventionellen Kühlanlagen auf die FERMANOX®-gestützte Geothermie zur unterirdischen Oxidation von Metallionen im Grundwasser brachte dem Kunden erhebliche Energie- und Kostenvorteile:

Effizienz: Der Effizienzvergleich zwischen den vorhandenen Kältemaschinen und dem Thermalbrunnensystem zeigt, dass das Thermalbrunnensystem aufgrund seiner deutlich höheren EER-Werte überlegen ist. Während der nach EN 14511 bestimmte EER-Wert konventioneller Kühlaggregate im Winter 2024/2025 bei knapp 5 lag, konnte durch die Kühlung mittels Thermalbrunnensystem bei 142m³/h ein herausragender EER-Wert von 35 während der Testläufe verzeichnet werden.
Energieeinsparungen: Der Reduktionsfaktor des elektrischen Energiebedarfs – im Vergleich der Konfiguration von Kühlkompressoren zur thermischen Brunnenanlage – beträgt 7. Innerhalb der geologischen und regulatorischen Begrenzung auf 1 MW ergibt sich somit eine signifikante Verringerung des Stromverbrauchs durch die Nutzung von Grundwasser anstelle energieintensiver konventioneller Kühltechnik mittels Kompressoren.

Kosteneffekt: Durch die Bereitstellung der Hälfte der bisherigen Kühlleistung durch die Thermische Brunnenanlage können monatliche Einsparungen im fünfstelligen Euro-Bereich erzielt werden.
Keine Reinigungskosten: Durch die kontinuierliche unterirdische Aufbereitung über die FERMANOX-Anlage bleiben Brunnen, Pumpen und Wärmetauscher frei von Ablagerungen. Ohne den Einsatz einer FERMANOX®-Anlage würde die zu erwartende Ausfällung von Eisenhydroxid eine kostenintensive jährliche Reinigung der Wärmetauscher oder Austausch/Regenerierung von umfangreichen Kiesbetten erforderlich machen.
Nachhaltigkeit: Verringerung des CO₂-Fußabdrucks durch effizientere Nutzung und Schonung vorhandener Ressourcen.

Das Projekt entwickelt sich zu einer herausragenden Referenz, da es eine Anwendung für ähnliche Infrastrukturen in der Forschung und Technik adressiert und gleichzeitig einen messbaren Beitrag zur Energieeffizienz leistet. Die Anlage zeigt eindrucksvoll, wie die FERMANOX®-Technologie die Nutzung und Aufbereitung von Grundwasser in der Geothermie optimiert und gleichzeitig neue Maßstäbe im Bereich energieeffizienter Kühltechnik setzt. Angesichts der hohen Einsparpotenziale und der wissenschaftlichen Bedeutung ist dieses Projekt sowohl eine technische Spitzenleistung, als auch eine Referenz von internationalem Rang.

Weitere Kooperationspartner: