riothermie, thermische energie uit afvalwater (tea)

Riothermie is het verkrijgen van energie (warmte én koelte) uit afvalwater van het riool. Een andere benaming is thermische energie uit afvalwater (TEA). 

Het warme afvalwater van industrie en huishoudens (van bad, douche, wasmachine, spoelbak e.d.) wordt op het riool geloosd en kan dienen als een milieubewuste warmtebron. De gemiddelde temperatuur van rioolwater is in de zomer 23-24 graden C. In de winter is de riooltemperatuur 6-12 graden C. Met een warmtewisselaar bij de rioolbuis kan dit temperatuurverschil worden gebruikt om de energie uit het riool te benutten. 

Riothermie is een vorm van groene energie en van aquathermie. (Andere vormen van aquathermie zijn thermische energie uit oppervlaktewater en thermische energie uit drinkwater).

Let op: er zijn twee manieren om energie uit rioolwater te verkrijgen:
- een warmtewisselaar in de lokale rioolbuis (een beetje primitief: de riolering moet hierop structureel worden aangepast; dat kan voor volledige nieuwbouw aardig zijn, maar het blijft heel veel extra werk en investeringen; zeker als je de dure warmtepomp ook nog zeer lokaal hebt staan)
- een warmtewisselaar in de rioolwaterzuiveringsinstallatie rwzi (het relatief warme rioolwater komt bij het rwzi bijeen; omdat er op slechts één plaats een zeer grote warmtewisselaar staat, kan hier betrekkelijk eenvoudig energie uit het rioolwater gehaald worden en de temperatuur kan met een zeer grote warmtepomp worden opgewaardeerd naar de gewenste waarde van bijvoorbeeld 75 graden C
- een warmtewisselaar op wijkniveau is ook wel het overwegen waard, maar wellicht te duur voor het beoogde doel.

Methode riothermie
De manier waarop energie uit rioolwater wordt gehaald is als volgt:
- het (bij voorkeur verzamelde) afvalwater stroomt over/langs buizen of platen van een warmtewisselaar (die om/langs/door de rioolbuis loopt)
- de warmte van het afvalwater wordt aan de transportvloeistof van de warmtewisselaar doorgegeven
- de transportvloeistof vervoert de warmte naar de afnemer (de vloeistof heeft nog een vrij lage temperatuur)
- bij de afnemer staat een warmtepomp die de vloeistof opwerkt tot de benodigde temperatuur (warmte voor het zwembad o.d.; voor een warmtenet afhanelijk van het soort net (ca. 75 graden, maar kan ook lager zijn); waar die warmtepomp staat, is afhankelijk van het doel; wanneer de warmte in de winter bestemd is voor een warmtenet, dan is het handig om bij de rioolwaterzuivering een gigantische warmtepomp te hebben, zoals bij de rioolwaterzuivering in Utrecht Nieuwegein waar warmte wordt geproduceerd voor ca. 20.000 huishoudens)
- ongebruikte warmte kan worden opgeslagen in een warmtebuffer in de bodem en later benut worden, bijvoorbeeld via warmte-koude-opslag (wko) (die warmte wordt in de winter gebruikt indien de warmte uit riothermie niet voldoende is)
- de koude van het nog niet opgewarmde water uit het zwembad gaat naar de koudebuffer om voor koelte te zorgen in de zomer (bij een zwembad misschien meestal niet zo nodig, voor een hotel o.d. ).
Voor een flexibel systeem om de warmte en koude van rioolwater ook op een later moment te benutten wordt bijna altijd een vorm van warmte-koude-opslag (wko) toegepast: in de zomer gaat de warmte van opgewarmd water naar een warmtebuffer in de grond, in de winter gaat de koude van het afgekoelde water naar een koudebuffer.

principeschema riothermie, hier voor de eenvoud zonder warmte-koude-opslag (uit pdf portfolio thermische energie uit afvalwater):

Vooral of misschien zelfs uitsluitend, voor grotere projecten kan riothermie interessant zijn, bijvoorbeeld voor scholen, zwembaden of een gemeentelijk warmtenet. De voorbeelden uit "Portfolio thermische energie uit afvalwater, waardevolle lessen uit de praktijk" leren dat er per installatie soms een jaarlijkse besparing kan zijn van 10.0000-en kubieke meters gas.

Voordelen riothermie
- gratis energie
- redelijk permanente stroom (overdag van huishoudens en industrie, wellicht 's nachts van de industrie).

Nadelen riothermie (zowel straatriool als via bijvoorbeeld de rioolwaterzuiveringsinstallatie)
- omdat riothermie de temperatuur van het afvalwater verlaagt, kan dat invloed hebben op het biologische zuiveringsproces in de rioolwaterzuiveringsinstallatie
- bij extreem hoge energieprijzen kan het zijn dat we met z'n allen minder douchen e.d. waardoor de temperatuur van het afvalwater minder hoog is dan verwacht werd.

Extra nadelen riothermie met warmtewisselaar in de rioolbuis van de straat (straatriool)
- meestal moet een deel van de riolering vernieuwd worden om riothermie goed mogelijk te maken (de eerste afbeeldingen tonen de mogelijkheden)
- uitsluitend lage temperatuur; in het gebouw is vloer/wand/plafondverwarming nodig (geen conventionele radiatoren)
- combinatie met lokale warmte-koude-opslag is vereist om het systeem flexibeler te maken (in dit geval zijn er geen problemen voor riothermie met betrekking tot afspraken voor de lange termijn zoals leveringszekerheden en -voorwaarden)
- onderin de rioolbuizen ontstaat na verloop van tijd een slib waardoor het temperatuurverschil minder groot is!
- wat als er een "kink" in de rioleringsbuizen is? dat betekent ergens graven naar het defecte riool, maar waar precies?
- voor één huishouden niet interessant (de infrastructurele kosten zijn te hoog); wel voor wijken, zwembaden, kantoren of grote bedrijven.

Aspecten
Omdat het nog een vrij nieuwe manier is van energieterugwinning, is er nog niet veel ervaring mee opgedaan. Toch zijn er nogal wat aandachtspunten:
- het temperatuurverschil in de zomer is waarschijnlijk veel kleiner; energieterugwinning zal geringer zijn (en minder noodzakelijk, tenzij toegepast voor koeling in combinatie met warmte-koude-opslag)
- het gaat om vrij lage temperaturen, dus warmtepompen zijn altijd nodig om de temperatuur op 30 tot 40 graden C te brengen (minimaal 60 graden voor minder goed geïsoleerde huizen en voor warm tapwater, en minimaal 75 graden voor een warmtenet, waarschijnlijk hoger)
- rioolbuizen worden zo snel mogelijk leeggepompt; voor lokale riothermie is dat niet aan te bevelen, maar minder snel leegpompen betekent meer kans op overstromen van de riolering
- wanneer door de rioolbuis voor riothermie ook (koud) hemelwater wordt afgevoerd, neemt de temperatuur van het rioolwater aanzienlijk af (overigens, is de gemiddelde temperatuur van 23-24 graden C in een rioolbuis gemeten die uitsluitend vuilwater afvoert of in een buis voor gemengd gebruik, dus hemelwater en vuilwater?)
- de verwachting is dat een riothermiecentrale 5.000 huisaansluitingen nodig heeft om 100 huishoudens warm tap- en verwarmingswater te verstrekken; is dat de moeite waard, zeker als er minder nieuwbouw plaatsvindt in economisch slechte tijden?

Alternatieve toepassingen van het afvalwater
Het halen van energie uit afvalwater bij de installaties voor waterzuivering vergt geen omvangrijke ingrepen op de bestaande infrastructuur van de riolering en geeft daarom aanzienlijk betere perspectieven:
- RWZI levert warmte (uit afvalwater). Het nog wat warme afvalwater dat de installatie van de rioolwaterzuivering (rwzi) binnenkomt zou eventueel bij de rwzi kunnen worden gebruikt. Dat betekent wel dat er een (veel) kleiner temperatuurverschil is dan bij riothermie dicht bij de bron (de rwzi ligt immers meestal ver van de bron van het warme afvalwater af), maar de grote voordelen zijn dat er geen speciale rioolbuizen nodig zijn en dat onderhoud van het systeem veel gemakkelijker is.
- RWZI levert brandstof (uit droog slib). Een andere manier om "het riool" als bron van energie te gebruiken, is van de afvalstoffen in het rioolwater droog slib te maken en dit te verbranden of om te zetten naar biobrandstof. De rioolwaterzuiveringsinstallatie (rwzi) kan de droge stof leveren. Van elke 10 kilo droog rioolslib kan vermoedelijk 1 liter biobrandstof worden gemaakt (en een kleine hoeveelheid waterstof, ca. 150 gram).
- Combinatie riothermie en waterstof. Wanneer met groene stroom waterstof (H2) uit water (H2O) wordt verkregen, kan heel misschien beter rioolwater worden toegepast: voor het omzetten van redelijk "pure" urine naar waterstof is slechts een kwart van de energie benodigd in vergelijking met water als bron.
Aspecten bij die combinatie zijn o.m.: 
. het is de vraag of het percentage urine in rioolwater significant is
. er is een bij voorkeur continue invoerstroom rioolwater nodig
. er komt een stroom afval uit het productieproces
. mogelijk kan de urine van vee als bron dienen.

Naar Documentatie

onderin de buis: de speciale rioolbuizen voor riothermie; warmtewisselaarsbuizen ingebouwd onderin de rioolbuis; voor nieuwbouw; klik voor groter (uit de pdf riothermie van tauw):

in de buis: warmtewisselaarsbuizen ingebouwd in een schaal in een bestaand riool (uit pdf portfolio van stowa):

om de buis: voor druk- en persriolen, de warmtewisselaarbuizen zijn om de rioolbuis ingebouwd; voor nieuwbouw (uit pdf portfolio van stowa):

energiewinning uit rioolwater en energieopslag in warmte-koude-opslag, zembad urk; klik voor de volledige afbeelding (uit pdf portfolio van stowa):

terugwinning warmte via een dubbelwandige rvs warmtewisselaar bij een rioolpersleiding (uit pdf portfolio van stowa):

Documentatie
- Voor een korte maar duidelijke uitbeelding van riothermie (van Kregting, Tauw)

- Portfolio thermische energie uit afvalwater, waardevolle lessen uit de praktijk (van Stowa)

- Routekaart afvalwaterketen tot 2030, een visiedocument met veel interessante delen

Zie eventueel energieopslag, elektriciteitscentrale.