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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Reinigung von mit flüchtigen organischen Kohlenstoffverbindungen belasteten Abgasen, insbesondere Abgasen von Trocknungsanlagen für biogene Rohstoffe mit einer ersten Filterstufe zur Reinigung der Abgase von partikelförmigen und aerosolhältigen Inhaltsstoffen und einer als biologischer Filter ausgeführten zweiten Filterstufe zur Reinigung der Abgase von organischen Verbindungen, Aerosolen sowie weiteren geruchsintensiven Substanzen mittels Mikroorganismen, mit einer Stoffaustauschzone, In welcher der Übergang der Abgase von der Gasphase In die Flüssigphase erfolgt.
Unter den Begriff "Abgase" fallen sowohl von Verbrennungsprozessen herrührende Gase als auch Abluftströme, welchen keine Verbrennung vorausgegangen ist.
Obgleich die beschriebene Anlage, insbesondere zur Reinigung von Abgasen aus Trocknungsanlagen für organische Naturstoffe wie Holz, Grunschnitt oder Kompost aber auch Austrocknungsanlagen im Lebensmittelbereich wie der Getreidetrocknung oder der Tierfutterproduktion beschrieben wird, sind andere Anwendungen ebenso denkbar.
Bei solchen Anlagen werden in Abhängigkeit vom jeweiligen Trocknungsgut und der Trocknungsart organische Staubpartikel, gasförmige organische und teilweise sehr geruchsintensive Kohlenstoffverbindungen (VOC : volatile organic carbon-flüchtige organische Kohlenstoffverbindungen), Wasserdampf, anorganische Rauchgasbestandteile und Flugasche ausgetragen. Spezifisch für diese Abluftströme ist deren hoher Taupunkt von 450C bis zu 75 C, welcher auf den hohen Feuchtigkeitsgrad der Abluft zurückzuführen ist.
Zur Abscheidung der genannten Verunreinigungen sind trocken arbeitende Reinigungsanlagen wie Zyklone, Gewebe- oder Schichtbettfilter, und Trockenelektrofilter bekannt. Diese Systeme sind aber zur Abscheidung von Feinstäuben und organischen Bestandteilen unzureichend.
Zur Abscheidung von feinsten Staubpartikeln, kleinsten Flüssigkeitströpfchen- und Partikeln und gasförmigen organischen Bestandteilen wurden nass arbeitende Systeme entwickelt. So beschreibt die EP 358 006 B1 ein Verfahren und eine Anlage zur Reinigung von aus Trocknungsanlagen stammenden Abgasen, welche Anlage aus einem beispielsweise als Zyklon oder Elektrofilter ausgeführten Trockenabscheider mit einer nachgeschaltenen Wasch- und Kondensationsvorrichtung zur Vorabscheidung besteht. Anschliessend durchströmt das Abgas einen Elektrofilter. Da diese Anlage während der Abreinigung abgeschaltet werden muss, können während dieser Zeit grosse Mengen Rohgases ungerelnigt In die Atmosphare entweichen.
Zudem arbeiten diese Anla- gen im Allgemeinen in einem höheren Temperaturbereich von bis zu 75 C, in dem die Abscheideleistungen hinsichtlich gasförmiger organischer Verbindungen mit etwa 20 % beschränkt sind Dadurch sind auch nur geringe Geruchsminderungsgrade erzielbar.
Eine Weiterentwicklung dieses Verfahren wird in der EP 740 963 A1 beschrieben, wobei durch eine mehrstufige Anordnung der Anlage auch während der Reinigungszyklen ein durchgehender Betrieb gewährleistet wird. Um die Abreinigungswirkung zu verstärken, ist zumindest eine der Filterstufe des Elektrofilters als luftgekühltes Röhrensystem ausgeführt. Dadurch bildet sich an Teilen des Elektrofilters durchgehend Kondenswasser, welches schon während des Betriebes einen grossen Teil der Stäube und der organischen Substanzen wegspült.
Ein weiteres Erfindungsmerkmal dieser Anlagen ist in der Optik des entweichenden Reingasstromes zu sehen Weisen herkömmliche Anlagen bei einer Abgastemperatur um 650C (aufgrund des Wasserdampfgehalten) eine signifikante Abgasfahne auf, so zeigen diese Anlagen keine optisch auffällige Dunstwolke, da dem gereinigten Abgasstrom vor Einmündung in den Abluftkamin noch vorgewärmte, ungesättigte Umgebungsluft beigemengt wird.
Sehr hohe Wirkungsgrade hinsichtlich Staub- und organischer Kohlenstoffverbindungen werden mit thermischen Nachverbrennungsanlagen erreicht, welche allerdings enorme Betriebskosten verursachen
In der EP 960 648 A1 wird ein Verfahren beschneben, in welchem das Abgas im ersten Schritt zur Abscheidung von Feststoffen mit einem ersten Waschwasserkreis vorgewaschen wird, und im zweiten Schritt in einer Belebtschlamm-Behandlung als zweitem Waschwasserkreis von organischen Komponenten abgereinigt wird. Kernstück dieser Verfahrenskombination ist eine Temperaturabsenkung nach der ersten Stufe auf unter 50 C. Dadurch ist eine relativ einfache Handhabung des biologischen Abbauprozesses gegeben, da die Mikroorganismen im mesophilen Temperaturbereich (bis etwa 45 C) gegenüber Temperaturschwankungen unempfindlich sind.
Nachteile dieses Verfahrens bestehen in den hohen Investkosten und Betriebskosten, da entweder sehr
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grosse Kühlluftmengen und damit eine beträchtliche Anlagenvergrösserung notwendig sind, oder zusätzliche Anlagekosten durch erforderliche Wärmetauscher und Kühltürme entstehen.
Die EP 0 111 302 B1 beschreibt ein Verfahren zur Biofiltration, bei dem ein Biofilter verwendet wird, das üblicherweise aus organischem Tragermaterial, wie z. B. Rindenmulch od. dgl., besteht und gleichzeitig mit der biologischen Reinigung abgebaut wird. In der Folge wird das Material verbraucht und steht nach bestimmter Zeit nicht mehr zur Reinigung zur Verfügung.
Auch die DE 31 18 455 A1 beschreibt ein Verfahren zur Nassreinigung von mit organischen Substanzen verunreinigter heisser Abluft aus Lakieranlagen, bei dem die zu reinigende Abluft abgekühlt wird und die gebildeten Kondensattropfchen aus der Abluft abgeschieden werden. Dabei wird ein günstiger Temperaturbereich von 100C bis 350C für mesophile Mikroorganismen bevorzugt.
Auch dabei wird ein Biofilter wie in dem zuletzt genannten Dokument verwendet.
Auch die RU 2 106 184 C zeigt ein zweistufiges Reinigungsverfahren von Abgasen unter Verwendung eines Biofilters im mesophilen Temperaturbereich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anlage der oben angegebenen Art zu schaffen, welche einfacher und kostengünstiger herstellbar ist als herkömmliche Anlagen, und mit der hohe Abreinigungsraten erzielbar sind. Nachteile bekannter Anlagen sollen reduziert bzw. vermieden werden
Gelöst wird die erfindungsgemässe Aufgabe dadurch, dass die erste Filterstufe zumindest ein Nasselektrofilter beinhaltet, und dass Mittel zur Aufrechterhaltung eines konstanten Temperaturniveaus im thermophile Temperaturbereich von 45 C bis 750C in der zweiten Filterstufe vorgesehen sind.
Die erste Filterstufe beinhaltet zumindest ein Nasselektrofilter. Derartige Filter eignen sich besonders zur Abscheidung von staubförmigen und aerosolhältigen Schadstoffen und anorganischen Schadstoffen, wie z. B. HCI und S02. Der Schadstoffabbau läuft so ab, dass als erste Filterstufe zur Abscheidung der staubförmigen Inhaltsstoffe sowie Aerosolen, anorganischen Rauchgasbestandteilen sowie organischen Feinstpartikeln, wie Harze, eine Vorabscheidereinheit z. B. in Form eines Nasselektrofilters vorgesehen ist und danach das Abgas in die zweite Stufe gelangt, in der die gasförmigen organischen Kohlenstoffkomponenten biologisch gereinigt werden.
Diese Reinigung erfolgt durch sogenannte thermophile Mikroorganismen im Temperaturbereich zwischen 45 C und 75 C. Die Mikroorganismenpopulation nimmt die Schadstoffe in Ihren Stoffwechsel auf. Danach werden die Schadstoffe unter Sauerstoffverbrauch zu unbedenklichen Verbindungen wie Kohlendioxid und Wasserdampf abgebaut. Ein Teil der Schadstoffe wird auch zur Vermehrung der Mikroorganismen verwendet, womit eine Zunahme der im System vorhandenen Mikroorganismen, auch Biomasse genannt, verbunden ist. Der eigentliche Abbauprozess erfolgt bei Temperaturen zwischen 450C und 75 C, wo nur bestimmte, die sog. thermophile Mikroorganismen (z. B Bacillus stearothermophilus, Thermoactmomyces vulgaris) ihr Wachstumsmaximum haben.
Der thermophile Temperaturbereich stellt hohe Anforderungen an den eigentlichen Abbauprozess Um wahrend des Betriebes der biologischen Reinigungseinheit Temperaturspitzen auszugleichen, die Betriebstemperatur der zweiten Filterstufe im optimalen Temperaturbereich zu halten und nur eine geringfügige Schwankungsbreite in der Betriebstemperatur von beispielsweise +/- 20C zuzulassen, sind erfindungsgemäss Mittel zur Aufrechterhaltung eines konstanten Temperaturniveaus im thermophile Temperaturbereich von 45 C bis 75 C in der zweiten Filterstufe vorgesehen
Die Mittel zur Aufrechterhaltung des konstanten Temperaturniveaus können durch zumindest eine vorzugsweise mit einem Luftfilter versehene Luftzufuhrleitung zur Zuführung von Umgebungsluft vor oder in die zweite Filterstufe gebildet sein.
Eine derartige Luftkühlung ist sehr kostengünstig und einfach auszuführen.
Darüber hinaus oder alternativ dazu können die Mittel zur Aufrechterhaltung des konstanten Temperaturniveaus auch durch entsprechend angeordnete Wärmetauscher gebildet sein. Die Temperaturregelung kann auch bereits in der ersten Filterstufe durch Installation eines Wärmetauschers in den Flüssigkeitskreislauf erfolgen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, direkt in die Abgasverbindungsleitung zwischen erster und zweiter Stufe einen Wärmetauscher einzubauen.
Oder der Waschwasserkreislauf der biologischen Reinigungseinheit wird über einen Wärmetauscher temperaturgeregelt
Vorteilhafterweise sind in der Stoffaustauschzone der als biologischer Filter ausgebildeten
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zweiten Filterstufe Düsen od. dgl. zur feinen Verdüsung von Waschwasser im Abgasstrom, Wascherböden od. dgl., zur feinen Verteilung des Gas- und Wasserstroms oder Füllkörper, Tropfkörper od. dgl. zur feinen Verteilung der Gas- und Wasserphase vorgesehen.
Die Mikroorganismen in der zweiten Filterstufe sind vorteilhafterweise im Waschwasser suspendiert oder auf Einbauten in der Stoffaustauschzone, wie Füllkörper, Tropfkörper od. dgl, immobilisiert. Damit erfolgt eine Regenerierung bzw. Reinigung des Waschwassers, welches nun wieder Schadstoffe aus der Abluft aufnehmen kann. Zeitlich erfolgt die Regenerierung teilweise bereits In der Stoffaustauschzone sowie teilweise Im Vorratsbehälter für dieses Waschwasser.
In der zweiten Filterstufe ist vorzugsweise ein als Belebtschlammbecken ausgebildeter Vorratsbehälter zur biologischen Reinigung der Abwässer vorgesehen Der Vorratsbehälter kann als konventionelles Belebtschlammbecken oder auch für höhere spezifische Abbauleistungen mit inerten Fullkorpern ausgestattet werden, an welchen sich jene Mikroorganismen anhaften, die für den Abbau der aus der Abluft aufgenommenen Schadstoffe verantwortlich sind. Anteilmässig kann ein Teil der Mikroorganismen auch auf den Einbauten der Stoffaustauschzone immobilisiert sein und für den Abbau der Schadstoffe verantwortlich sein
Zur Versorgung der Mikroorganismen im Vorratsbehälter mit Sauerstoff oder Nährstoffen sind Leitungen mit allfälligen Ventilen oder dergl. zur dosierten Zuführung vorgesehen.
Zudem wird eine Leitung für eine mögliche Zudosierung von organisch belastetem Abwasser vorgesehen, um die Mikroorganismen in betriebsfreien Zelten mit Schadstofffracht zu versorgen.
Wenn zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe eine Verbindungsleitung angeordnet ist, kann durch den Vorratsbehalter neben dem biologischen Abbau der Abluftinhaltsstoffe auch ein Abbau organisch belasteter Abwässer erfolgen.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Stoffaustauschzone und dem Vorratsbehälter ein Kreislauf angeordnet ist, in dem kontinuierlich eine definierte Menge Flüssigkeit zirkuliert.
Um die Abwassermengen auf geringstem Niveau zu halten, aber dennoch die sich bildende Biomasse aus dem System entfernen zu können, ist der Waschwasserkreis mit einem Feststoffabscheidesystem versehen. Dieses System kann wie bei herkömmlichen Kläranlagen ein übliches Nachklärbecken sein Es können aber auch durch Einrichtungen wie Lamellenklärer oder durch Installation eines Dekanters eine Austragung an Belebtschlamm erfolgen. Sollte aufgrund hoher Scherkräfte ein vermindertes Absetzverhalten des Belebtschlammes zu beobachten sein, so kann eine Zugabe an Flockungsmittel hier Abhilfe schaffen.
Wenn parallel zur Stoffaustauschzone der zweiten Filterstufe ein Bypass mit zumindest einem Ventil oder dergl. vorgesehen ist, kann erreicht werden, dass bei Anlaufen der Anlage bzw. bei Unterschreitung der Temperatur die Abluft an der biologischen Reinigungseinheit vorbeigeführt wird. Durch eine derartige Massnahme kann zum Beispiel beim Anfahren oder Standby-Betrieb der Produktionsanlage und damit verbundenen niedrigen Abgastemperaturen eine Temperaturabsenkung in der biologischen Einheit vermieden werden.
Für eine Abscheidung der feinsten Flüssigkeitströpfchen aus den Abgasen ist zumindest ein Tropfenabscheider oder dergl. In der Abgasleitung angeordnet. In einem derartigen Tropfenabscheider werden die Flüssigkeitströpfchen des nach dem Stoffaustausch feuchten gesättigten Abgases zurückbehalten Zur Abspülung des Tropfenabscheiders von Feststoffen wird dieser mit einem Reinigungssystem versehen, wobei als Reinigungsmittel entweder Frischwasser oder Waschwasser verwendet werden kann.
Anhand der beiliegenden Abbildung, welche ein Blockschaltbild einer Ausfuhrungsvanante der vorliegenden Erfindung zeigt, wird die Erfindung näher erläutert.
Das beispielsweise von einer Holzspànetrocknungsanlage stammende Rohgas A gelangt in eine erste Filterstufe 1, welche zur Abscheidung der Staubpartikel und Aerosolen sowie anorganischen Inhaltsstoffen dient. Dementsprechend gelangt das Rohgas A in eine Vorabscheidereinheit 3, welche beispielsweise als Nasselektrofilter ausgebildet ist. Zu diesem Zweck wird Wasser aus einem Wasserbehälter 4 mittels einer Pumpe 5 in die Vorabscheidereinheit 3 eingebracht und zusammen mit den Verunreinigungen im Kreislauf in den Wasserbehälter 4 zurückgeführt Aus diesem Wasserbehälter 4 werden die Feststoffe über einen Feststoffabscheider 6 abgeführt.
Das Abwasser wird über eine Leitung 7 entsorgt Das Rohgas, welches beispielsweise aus der Holzspänetrocknungsanlage stammt, weist auf Grund des hohen Feuchtigkeitsgehalts einen hohen
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Taupunkt im Bereich von 45 C bis 75 C auf. Daher kann es erforderlich sein, für eine optimale Funktion der biologischen Filterstufe 2 im speziellen zur Glättung von Temperaturspitzen, das im Kreislauf geführte Reinigungswasser, beispielsweise mittels eines Wärmetauschers 8, zu kühlen.
Das von den festen Schadstoffen befreite Rohgas gelangt nun in die zweite Filterstufe 2, in der das Rohgas vor allem von den gelösten organischen Schadstoffen befreit wird. Die zweite Filterstufe 2 beinhaltet zunächst eine Stoffaustauschzone 9, in der der Stoffübergang der gasförmigen Inhaltsstoffe vom Abgas zur zirkulierenden Flüssigphase erfolgt. Eine derartige Stoffaustauschzone 9 kann durch Eindüsung von Wasser in den Luftstrom des Rohgases oder über Einbauten, wie Füllkörper, Tropfkörper oder Wäscherböden, in herkömmlich bekannter Art bestehen. Das Waschwasser wird über einen Vorratsbehälter 10 und über entsprechende Leitungen mittels einer Pumpe 11 über die Stoffaustauschzone 9 im Kreislauf geführt. Der Vorratsbehälter 10 kann in Form eines herkömmlichen Belebungsbeckens oder mit integrierten Tauchkörpern ausgeführt sein.
Der Abbau der in der Stoffaustauschzone aufgenommenen Schadstoffe erfolgt durch Mikroorganismen. Diese Mikroorganismen können im Waschwasser suspendiert vorliegen (sogenannter Belebtschlamm) und/oder sie können sich auf den Einbauten der Stoffaustauschzone (z. B. auf den Füllkörpern oder Tropfkörpern) festsetzen. Sind im Waschwasser sogenannte Tauchkörper vorhanden, so können sich die Mikroorganismen dementsprechend auch auf diesen Körpern ablagern. Erfindungsgemäss wird die biologische Reinigung im thermophile Temperaturbereich, d. h. im Bereich von 450C bis 75 C, durchgeführt. In diesem Temperaturbereich weisen bestimmte thermophile Mikroorganismen Ihr Wachstumsoptimum auf.
Um den Temperatur-Schwankungsbereich gering zu halten, wird der zweiten Filterstufe 2 Umgebungsluft über die Leitung 17 allenfalls über einen Ventilator 18 zugeführt In der Zuführungsleitung 17 kann allenfalls ein Luftfilter (nicht gezeigt) vorgesehen sein.
Weitere Möglichkeiten zur Temperaturregelung sowie Ausgleichung von Temperaturspitzen sind der Einbau eines Wärmetauschers 20 in den Waschwasserkreis der zweiten Filterstufe 2 oder eines Wärmetauschers 19 in die Abgasverbindungsleitung zwischen erster Filterstufe 1 und zweiter Filterstufe 2.
Zum Zweck einer optimalen Temperaturregelung werden Parameter, wie pH-Wert, Leitfähigkeit, Sauerstoffgehalt, der Chemische Sauerstoff-Bedarf CSB (jener Sauerstoff, der für eine vollständige Oxidation benötigt wird), weiters der Biologische Sauerstoff-Bedarf BSB (Erfassung des Gehalts an mikrobiell abbaubarem organischem Materials über die Menge Sauerstoff, die zur Veratmung des organischen Materials durch Mikroorganismen notwendig ist) sowie Belebt- schlammgehalt und Gehalt an Phosphatnitratnitrit und Ammonium. Weiters ist die Erfassung des Gehalts an toxischen Giften, wie Formaldehyd, im Waschwasser zweckmässig. Die Überwachung kann dabei zu bestimmten Zeitpunkten oder kontinuierlich erfolgen.
Um die Mikroorganismen in ausreichender Anzahl am Leben erhalten zu können, ist vorgesehen, dass diese mit Sauerstoff und Nahrstoffen versorgt werden. Zur Aufrechterhaltung eines Minimalgehaltes an Gelöstsauerstoff im Waschwasservorratbehälter wird dieser vorzugsweise mit einer kontinuierlichen Begasung versehen. Dies kann zum Beispiel durch Tauchbelüfter oder Membrantellerbelüfter geschehen.
Zur Förderung des Wachstums der Mikroorganismen wird wird der Vorratsbehalter 10 über Leitungen 12,13 mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt. Der Vorratsbehalter 10 kann auch derart konzipiert sein, dass dieser neben dem biologischen Abbau der Abluftinhaltsstoffe auch einen möglichen Abbau organisch belasteter Abwässer erlaubt. Dazu wird über eine Leitung 14 eine Verbindung zwischen dem Waschwasserkreis des Vorabscheiders 3 als erste Filterstufe 1 und dem Waschwasserkreis der biologischen Reinigungseinheit als zweite Filterstufe 2 geschaffen.
Ebenso kann eine weitere Leitung (nicht dargestellt) zum Vorratsbehälter 10 zur Behandlung weiterer betriebsinterner Abwasserströme vorgesehen sein. Somit können z. B. In betriebsfreien Zeiten, in denen keine Abluft anfallt und demnach auch keine Abluftinhaltsstoffe vorliegen, die Mikroorganismen mit Nahrung aufgrund der eingebrachten Abwasserfracht versorgt und ein Absterben der Biomasse vermieden werden Dies ist speziell bei Wiederinbetriebnahme der die Abgase verursachenden Anlage von Bedeutung, da dadurch sehr rasch eine hohe Abbauaktivität der Mikroorganismen vorliegt und in der Folge eine hohe Reinigungsleistung verzeichnet werden kann.
Die in den Stoffwechsel der Mikroorganismen aufgenommenen Schadstoffe werden unter Sauerstoffverbrauch zu unbedenklichen Verbindungen, wie Kohlendioxid und Wasserdampf, abgebaut sowie antellsmassig zum Wachstum der Mikroorganismen verwendet. Uberschussige Biomasse kann bei Bedarf ein Feststoffabscheidesystem 15, zum Beispiel in Form eines Nachklär-
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beckens, Lamellenklärers oder Dekanters ausgetragen werden. Ein Teil des uber das Feststoffabscheidesystem 15 geführten flüssigen Mediums wird wieder in den Kreislauf zurückgeführt.
Um bei einem kurzzeitigen oder längerfristigen Rückgang der Taupunktstemperatur durch Produktionsunterbrechungen einen Abfall in der Betriebstemperatur der Abreinigungsanlage zu vermeiden, ist gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ein Bypass 21 vorgesehen, welcher das Abgas um die Stoffaustauschzone 9 leitet. Zu diesem Zweck sind im Bypass 21 und der Leitung In die Stoffaustauschzone 9 entsprechende Ventile 22 und 23 vorgesehen, welche im Bedarfsfall aktiviert werden. Wird das Gas um die Stoffaustauschzone 9 geleitet, wird unter anderem eine Abkühlung der biologischen Filterstufe und somit eine Hemmung der mikrobiologischen Aktivität der thermophile Mikroorganismen verhindert.
Wie bereits erwähnt, kann die Stoffaustauschzone 9 durch einfache Sprühwäscher, die das Waschwasser fein versprühen, so dass die Schadstoffe des Gases ins Wasser übergehen und den im Wasser vorhandenen Mikroorganismen zugeführt werden können, realisiert werden. Darüber hinaus sind Wäscherböden, wo das Waschwasser über kleine Öffnungen In den Wäscherböden versprüht wird, einsetzbar. Auch können sogenannte Füllkörper bzw. Tropfkörper, das sind Strukturkörper, die mit Wasser berieselt werden, angewendet werden. Über die Berieselung können auch die Nährstoffe fur die an den Einbauten der Stoffaustauschzone immobilisierten Mikroorganismen zugegeben werden.
Das von den organischen Schadstoffen gereinigte Gas wird vor Abgabe als Reingas B In die Atmosphäre noch über einen Tropfenabscheider 16 geleitet, um feinste Flussigkeitstropfchen zu entfernen.
Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens können optimale Abreinigungsverhältnisse geschaffen werden. Darüber hinaus sind kostengünstigere und einfachere Abreinigungsanlagen erforderlich, da keine oder nur eine geringe Kühlung der Abgase erforderlich ist und somit die üblicherweise enormen Mengen an Kühlwasser und enorm aufwendigen Kühltürme vermieden werden.