Klimaschutz per Klospülung: Das Potenzial unseres Abwassers

Hallo zusammen,

kennen Sie Menschen, die selbst auf dem Klo nicht von ihrem Smartphone lassen können? Ich wundere mich darüber regelmäßig. Die Toilette ist für mich kein Ort zum Verweilen – etwas, das mein Mann offenbar anders sieht. Womöglich liegt es aber auch daran, dass spätestens nach wenigen Sekunden eines meiner Kinder „Mama“-schreiend an die Tür klopft.

Worüber ich hingegen bis jetzt weniger nachgedacht habe, ist die Tatsache, dass das, was ich anschließend die Toilette hinunterspüle, eine wertvolle Ressource für Klimaschutz und Kreislaufwirtschaft sein kann. Denn was dort verschwindet, kann zu Strom, Wärme, Dünger oder sogar Treibstoff werden. Wenn wir lernen, dieses Potenzial zu nutzen. Zeit, einen Blick darauf zu werfen, was unser Abwasser alles kann.

INHALT
Potenzial unseres Abwassers
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Bevor wir auf das Potenzial blicken, das wir täglich die Toilette hinunterspülen, lohnt ein kurzer Blick in die Kläranlage. Alles beginnt damit, dass Sie und ich Nahrung aufnehmen, diese verdauen und dann – ob mit oder ohne Handy in der Hand – den unverdaulichen Teil in die Toilette abgeben. In sehr verdünnter Form fließen dann Nährstoffe durch die Kanalisation zur Kläranlage.

In einem Kubikmeter Abwasser stecken ungefähr 8 Megajoule oder 2,2 Kilowattstunden Energie, erklärt Falk Harnisch, Elektrobiotechnologe am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig, und übersetzt es direkt für uns Laien: "Sie könnten mit dieser Energie einen Wasserkocher ungefähr eine Stunde lang betreiben."

Und das finden auch andere gut: Im Abwasser leben Mikroorganismen, die die energiereichen Inhaltsstoffe im Wasser fressen und so das Wasser reinigen. Dafür benötigen sie Sauerstoff, der in Kläranlagen zugeführt wird. Irgendwann sinken die Organismen zu Boden und werden zu Biomasse – das, was wir als Klärschlamm kennen. Seine Entsorgung ist energie- und kostenintensiv und laut Harnisch neben der Belüftung einer der größten Kostentreiber einer Kläranlage.

Ein großer Teil des Klärschlamms wird heute in sogenannten Faultürmen vergoren. Dabei entsteht Methan, aus dem Strom und Wärme erzeugt werden können. Viele größere Kläranlagen nutzen das bereits, um einen erheblichen Teil ihres Energiebedarfs selbst zu decken. Mit der Abwärme werden auch teils schon Wohnquartiere oder öffentliche Einrichtungen wie beispielsweise ein Hallenbad in Bochum beheizt.

Für Falk Harnisch reicht das allerdings noch nicht aus. Er bezeichnet Abwasser als "eine der größten ungenutzten Ressourcen auf unserem Planeten". Nach seinen Angaben enthält es etwa vier- bis achtmal mehr Energie, als für seine Reinigung benötigt wird. Hinzu kommen wertvolle Rohstoffe wie Stickstoff oder Phosphor. Die Idee dahinter: Kläranlagen sollen künftig nicht mehr nur Abwasser reinigen, sondern selbst Energie und Rohstoffe bereitstellen. Wie das aussehen könnte, zeigen bereits heute erste Pilotprojekte.

Stellen Sie sich vor, Sie pinkeln und Ihr Urin lädt direkt das Handy auf. Ganz so weit sind wir zwar noch nicht, aber Forscher wie Falk Harnisch arbeiten an sogenannten mikrobiellen Brennstoffzellen, die genau dieses Grundprinzip nutzen.

Statt der Mikroorganismen, die Sauerstoff atmen, gibt es auch Arten, die stattdessen Elektroden nutzen. Auch sie kommen im Abwasser vor, wie der Forscher betont. Statt die beim Abbau der Nahrung frei werdenden Elektronen an den Sauerstoff abzugeben, übertragen diese Bakterien sie auf Elektroden. So entsteht direkt nutzbarer Strom. 
Wie alltagstauglich die Idee im Kleinen bereits ist, haben Forschende aus Großbritannien auf Musikfestivals erprobt. Dort wurden Info-Displays, aber auch Handys und Lampen mit Strom aus dem Urin von Festivalbesuchern versorgt. 

Noch spannender wird es, wenn dieselben Mikroorganismen nicht nur Strom erzeugen, sondern zur Herstellung von Wasserstoff beitragen.

Wird dem Prozess zusätzlich elektrische Energie von außen zugeführt, wandern die Elektronen der Bakterien vom Plus- zum Minuspol. Dort verbinden sie sich mit Protonen zu molekularem Wasserstoffgas.
Wasserstoff ist auch ein wichtiger Baustein für die Herstellung klimafreundlicher Kraftstoffe. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurde ein Verfahren entwickelt, das Kohlendioxid aus Kläranlagen nutzt, um daraus Methanol herzustellen. Roland Dittmeyer, Professor für Mikroverfahrenstechnik am KIT, erklärt den Kniff: Im Biogas aus Faultürmen steckt neben Methan auch Kohlendioxid. Dieses CO₂ wird im KIT-Verfahren direkt weiterverwendet, statt es – wie bisher üblich – zunächst aufwendig abzutrennen.

Das entstehende Methanol ist vor allem für die Schifffahrt interessant, die sich nur schwer elektrifizieren lässt. Kohlenstoff, der heute oft ungenutzt bleibt, ließe sich so sinnvoll weiterverwerten, sagt Dittmeyer.

Bisher entstehen in der Testanlage im Klärwerk Mannheim etwa 50 Liter grünes Methanol am Tag. "Damit kommen wir nicht weit", räumt Dittmeyer ein. Europas Abwässer enthalten jedoch jährlich 1,5 bis 3 Millionen Tonnen Kohlendioxid. Das entspräche mehreren Millionen Tonnen grünem Methanol. Für den weltweiten Bedarf ist das zwar nicht die Hauptmenge, aber schon signifikant, so Dittmeyer. 

Energie ist allerdings nur die halbe Geschichte, denn das Abwasser enthält auch wichtige Rohstoffe.

Gehen wir noch einmal zurück zum Festival. Dort haben Besucher in einzelnen Projekten nämlich auch aufbereiteten Toiletteninhalt als "Goodiebag" mit nach Hause bekommen. Das klingt kurios, ist aber ein guter Dünger. Zwar dürfen Sie aufgrund möglicher Krankheitserreger nicht einfach Wachstumsmittel aus Eigenproduktion auf den Acker streuen und auch für Klärschlamm haben sich aufgrund der enthaltenen Schadstoffe die Auflagen stark erhöht, in Kläranlagen können aber die Stoffe, die Dünger so wertvoll machen – nämlich Stickstoff und Phosphor – zurückgewonnen werden, bei Phosphor etwa über die (Mono-)Verbrennung des Klärschlamms.

Besonders Phosphor ist dabei interessant. Ohne ihn wachsen Pflanzen nicht, gleichzeitig sind die weltweiten Vorkommen begrenzt. Genau deshalb hat der Gesetzgeber beschlossen, dass größere Kläranlagen ab 2029 Phosphor aus ihrem Klärschlamm zurückgewinnen müssen. Aus Abfall wird damit wieder ein Rohstoff.

Auch beim Stickstoff steckt enormes Klimapotenzial. Der größte Teil des Stickstoffs in unseren Ausscheidungen befindet sich im Urin. Für die Herstellung von Stickstoffdünger wird heute weltweit enorm viel Energie benötigt. Allein die Produktion von Ammoniak-Stickstoff, dem Grundstoff vieler Dünger, verschlingt rund drei Prozent des globalen Erdgasverbrauchs, erläutert Harnisch. Stickstoff, der direkt aus dem Abwasser zurückgewonnen wird, muss später nicht mehr energieaufwendig neu hergestellt werden.

Und somit sind unsere Toilette und natürlich auch alle anderen Abwässer nicht nur eine potenzielle Energiequelle, sondern auch ein Rohstofflager, das wir nutzen sollten. Oder wie Roland Dittmeyer es formuliert: "Der Grundgedanke ist, dass es keinen Abfall gibt, sondern eben nur Reststoffe oder Stoffe, die wir versuchen, wiederzugewinnen."

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Beide Forscher betonen, dass die Hauptaufgabe eines Klärwerks die Reinigung des Abwassers ist. Daran wird sich auch in Zukunft nichts ändern. Neue Verfahren müssen deshalb nicht nur technisch funktionieren, sondern auch wirtschaftlich sein und sich in bestehende Anlagen integrieren lassen.

Hinzu kommt: Nicht jedes Abwasser ist gleich. Abwässer aus Brauereien, Molkereien oder Schlachthöfen enthalten oft deutlich mehr Energie als kommunales Abwasser und lassen sich deshalb leichter nutzen. Haushaltsabwasser dagegen schwankt stärker in Menge und Zusammensetzung – an Weihnachten etwa ist der Fettgehalt höher, zu Volksfesten der von Stickstoff. Für Forschende und Betreiber macht das die Sache komplizierter.

Vielleicht liegt die größte Veränderung deshalb gar nicht in einer neuen Technologie, sondern in einem anderen Blick auf das, was wir bislang als Abfall betrachtet haben. Kläranlagen könnten künftig nicht nur Wasser reinigen, sondern zugleich Energie erzeugen und wichtige Rohstoffe zurückgewinnen. Ich werde nach dieser Recherche zwar nicht länger auf der Toilette sitzen. Aber vermutlich häufiger daran denken, dass mit jeder Spülung nicht nur Abwasser verschwindet, sondern auch ein Stück ungenutztes Potenzial.

Und damit Ihnen ein schönes Wochenende.
Liebe Grüße

Katja Evers