Kommunale Kläranlagen (KA) setzen i. Allg. Luft in der Belebung ein, um O2 für die Nitrifikation einzubringen. Bei Industrie-KA wird manchmal O2 eingesetzt, insbesondere bei hohen organischen Beladungen, schwer abbaubaren Substanzen oder unzureichender Größe des Belebungsbeckens. Im Vergleich zur Lufteinblasung resultieren daraus jedoch deutlich höhere laufende Kosten.
Zunehmend problematisch sind die sogenannten Spurenstoffe, also Arzneimittelrückstände, hormonähnliche Substanzen, Pestizide usw. Deshalb verlangt der EU-Entwurf der kommunalen Abwasserrichtlinie für größere KA eine 4. Reinigungsstufe. Bewährt hat sich die Ozonung, bei der die Spurenstoffe oxidativ gecrackt werden. Bei Kläranlagen der Größenklasse 4 (GK4) entstehen allerdings allein durch die Belieferung mit LOx (Liquid Oxygen – tiefkaltes Flüssig-O2) von der kLZA (kryogene Luftzerlegungsanlage) Kosten von über 150.000 Euro pro Jahr. Die alternative O2‑Herstellung vor Ort mit PSA-Generatoren (Pressure Swing Adsorption) spart zwar Kosten, führt aber wegen des Strombedarfs von > 0,9 kWh/m3 O2 zu immer noch erheblichen Kosten von 30.000 Euro (Eigenstrom: 0,08 €/kWhel.) bis 90.000 Euro (Fremdbezug: 0,25 €/kWhel.). Die erforderliche Gastrocknung ist dabei noch nicht berücksichtigt.
Am Fraunhofer IKTS wurde ein Hochtemperatur-Membrantrennverfahren entwickelt, dass auf hochselektiven MIEC-Membranen (MIEC – Mixed Ionic Electronic Conductor) beruht. Ihre Durchlässigkeit für O2 beruht auf dem simultanen Transport von Oxidionen und elektronischen Ladungsträgern. Durch optimierte Betriebsbedingungen und hocheffiziente Wärmetauscher wurde ein spezifischer Energiebedarf wie bei der optimierten kLZA erreicht, allerdings bereits bei sehr geringen O2-Durchsätzen. Dadurch kann das Verfahren für die O2-Produktion vor Ort eingesetzt werden, wobei gegenüber der PSA die Energiekosten mehr als halbiert werden. Dies ist Basis für ein Ausgründungsprojekt (BMWK, FKZ: 03EFSTH033), das unter dem Namen POXOS® (Pure Oxygen on Site) den Bau und Vertrieb von O2‑Generatoren vorantreibt.
