Mikroorganismen als Energiewandler
Energie und Rohstoffe aus Abwasser gewinnen
Abwasser wieder zu Frischwasser aufzubereiten, ist kein neues Konzept. Dass die richtigen Mikroorganismen aus Abwasser auch eine Energie- und Rohstoffquelle machen, zeigt ein internationales Forschungsreview unter Federführung der Universität Greifswald.
Schröder et al., Frontiers in Science
In den jährlich weltweit rund 359 Mrd. m3 produzierten Abwasser stecken über 800.000 GWh chemische Energie. Das sei vergleichbar mit der Jahresproduktion von 100 Kernkraftwerken, erklärt Studienleiter Prof. Dr. Uwe Schröder von der Universität Greifswald. „Abwasser enthält außerdem reichlich Nährstoffe, die wir bislang verkommen lassen.“
Um die chemische Energie aus dem Abwasser zu holen, werden mikrobielle elektrochemische Technologien (MET) genutzt. Dabei handelt es sich um Mikroorganismen, die natürlich im Abwasser vorkommen und die darin enthaltene chemische Energie in elektrische Energie umwandeln, während gleichzeitig das Wasser gereinigt wird. In Laborversuchen konnten bis zu 35 % der im Abwasser gebundenen Energie in Strom umgewandelt werden. Es gibt aber auch schon Pilotanlagen, die zeigen, dass die Technologie in der Anwendung funktioniert.
Beispielsweise versorgte die Anlage "Pee Power" 2015 die Toilettenbeleuchtung auf dem Glastonbury Festival mit Strom aus Urin. Zudem zeigen Langzeitstudien in Uganda, Kenia und Südafrika, dass solche Systeme auch größere Urinmengen zuverlässig aufbereiten und dadurch Strom für das Beleuchten von Sanitäranlagen liefern.
In MET sehen die Forschenden die Möglichkeit, dem sechsten UN-Nachhaltigkeitsziel näherzukommen: dem nachhaltigen Bereitstellen von Wasser und Sanitäranlagen für alle. „Der breite Einsatz dieser Technologien bietet viele Vorteile, besonders für Regionen mit stark belastetem Abwasser, in denen bestehende Technologien zur Aufbereitung zu teuer sind oder nicht alle erreichen“, betont Co-Autor Prof. Dr. Falk Harnisch vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig.
Nährstoffe aus Abwasser
Auch Stickstoff und Phosphor lassen sich mit MET aus Abwasser rückgewinnen, wo sie reichlich vorhanden sind. Andernorts werden diese Stoffe derzeit energieintensiv und wenig nachhaltig gewonnen, inklusive steigender Preise. Im Sinne einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft ginge das anders: „Bis zu rund sieben Prozent des Phosphatbedarfs und elf Prozent des globalen Bedarfs an Ammoniumstickstoffs ließen sich aus Abwasser decken“, erläutert Schröder.
MET müssen aber zunächst robuster, kostengünstiger und energieeffizienter werden, um den Schritt in die breite Anwendung zu schaffen. Das Team um Professor Schröder erforscht dazu in Greifswald die biochemischen und elektrochemischen Grundlagen, um Reaktoren und Elektronenübertragung weiter zu verbessern. Gleichzeitig braucht es Überzeugungsarbeit – etwa durch Förderprogramme, Pilotanlagen und ökonomische Anreize –, um auch die etablierte Abwasserbranche in Mitteleuropa für die neue Technologie zu gewinnen.
