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Neues Abwasserkonzept: Energie aus dem Klo

Foto: Krafft Angerer/ HAMBURG WASSER

Stadtentwicklung und Klima Grüne Energie aus schwarzem Wasser

Im Kampf gegen die Klimakrise sollen neue Wohnkonzepte helfen. Ein Neubauviertel in Hamburg erprobt derzeit Verfahren, die Rohstoffe sparen und Energie produzieren. Dafür greift man gewissermaßen ins Klo.

Jedes Mal, wenn Beatrixe Freier auf die Toilette geht, klingt das, als würde sie gerade eine Flugreise machen. Ein Druck auf die Spültaste ihrer Kloschüssel löst in ihrem Badezimmer das typische Sauggeräusch aus, das die Klosetts in großen Passagiermaschinen von sich geben.

"Am Anfang war das komisch, aber ich habe mich an das Geräusch gewöhnt", sagt Freier. Die 70-Jährige steht neben der Schüssel und führt ihr Unterdruck-WC vor. Jeder ihrer Nachbarn hat so eine Toilette wie sie. Freier gehört zu den ersten 120 Bewohnern eines Neubaugebiets im Osten von Hamburg. Noch stehen Baukräne an einigen der Häuserblocks im Quartier Jenfelder Au. In ein paar Jahren sollen alle der mehr als 830 Wohnungen belegt sein.

Die verbauten Hightech-WCs verbrauchen nur knapp einen Liter Wasser pro Spülgang. Bei Standardtoiletten sind es bis zu acht. Zwar kosten Unterdruck-WCs mehr, dafür sind die Wassergebühren niedriger. Das ist aber nicht der einzige Pluspunkt der besonderen Latrine. Sie sind Teil eines Konzepts, mit dem Hamburg neue Wege bei der Behandlung von Abwasser einschlagen möchte.

Dafür muss Frau Freier auf ihrer Unterdrucktoilette peinlich genaue Regeln einhalten - das System ist empfindlicher. Essensreste oder Feuchttücher gehören nicht in die Toilette, sonst verstopfen die Leitungen schnell. Das gilt zwar auch für herkömmliche Klosetts, aber Unterdrucktoiletten sind deutlich sensibler. Einmal legte schon etwas Küchenpapier Freiers Klo lahm.

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Neues Abwasserkonzept: Energie aus dem Klo

Foto: Krafft Angerer/ HAMBURG WASSER

Wenn die Menschheit eine Chance haben will im Kampf gegen die Erderhitzung und beim Schutz der Umwelt, muss sie Energie sparen und nachhaltigere Techniken zur Stromherstellung nutzen. Kläranlagen sind häufig die größten kommunalen Energieverbraucher. Rund um die Uhr blasen Pumpen Sauerstoff für fäkalienfressende Mikroorganismen in Becken, riesige Motoren treiben Rührwerke an.

Zur Erreichung der Pariser Klimaschutzziele wird also kaum ein Weg an energieeffizienteren Verfahren zur Behandlung von Abwasser vorbeiführen. In Jenfeld wird deshalb eine Idee getestet, bei der das Abwasser aus den Haushalten als Energiequelle dient. Das System des Hamburg Water Cycle funktioniert so:

Benutztes Wasser aus den Wohnungen der Jenfelder Au wird direkt beim Verbraucher aufgeteilt und fließt in zwei unterschiedliche Rohrleitungen. Etwa 70 Liter Wasser fallen in Deutschland im Schnitt pro Einwohner und Tag allein beim Baden, Duschen, Geschirrspülen oder Waschen mit der Waschmaschine an. Dieses sogenannte Grauwasser landet in Jenfeld in einem eigenen Rohrsystem. Das andere ist für das Schwarzwasser da und beginnt in der Toilette. Betätigt Frau Freier den Abzug wird etwas Wasser in die Schüssel gespült, dann öffnet sich ein Ventil zur Leitung. Hier herrscht ein Druck von minus 0,65 bar im Vergleich zu dem der Atmosphäre. Durch den Unterdruck werden die Fäkalien in die Leitung gesogen.

Im klassischen Abwassersystem würden sie irgendwann im zentralen Klärwerk im Hamburger Hafen ankommen. Auf dem Weg dorthin fließen sie durch mächtige Rohrleitungen, in denen ein Gefälle eingebaut ist. Doch die sogenannte Schwemmkanalisation braucht jede Menge Wasser. Und Energie: Manchmal sorgen auch Pumpstationen dafür, dass Fäkalien vorwärtskommen. Bei den Druckleitungen in Jenfeld funktioniert der Stofftransport einfacher. Verhältnismäßig kleine Pumpen zur Unterdruckerzeugung reichen aus, um das Fäkalien-Wasser-Gemisch zu bewegen. Ein weiterer Vorteil: Die Rohrleitungen sind sehr viel schlanker als im konventionellen System und müssen nicht so tief verlegt werden. Das spart Material, Baukosten und Energie.

Und genau die wird aus dem Schwarzwasser wieder erzeugt. Dafür wird das an organischem Material reiche Abwasser mit Fettresten aus der Gastronomie angereichert und in einem Behälter gesammelt. Sie treiben Mikroorganismen an, die bei Temperaturen oberhalb von 35 Grad Celsius Gärprozesse in Gang setzen: Es entsteht methanhaltiges Biogas. Der Generator eines Blockheizkraftwerk setzt das Gas in Strom um, der ins Netz eingespeist wird.

Gleichzeitig entsteht Wärme, die dazu beiträgt, die Wohnungen des Quartiers zu heizen. So arbeitet die gesamte Anlange nicht nur energieautark. Dank der Jenfelder Fäkalien produziert sie sogar noch Überschuss: Laut dem Betreiber Hamburg Wasser entstehen so rund 450.000 Kilowattstunden Strom und 690.000 Kilowattstunden Wärme pro Jahr - zumindest wenn irgendwann alle Nachbarn von Frau Freier eingezogen sind. Bezogen auf den Hamburger Durchschnitt von 1,8 Personen pro Haushalt deckt das den Strombedarf von 225 Haushalten und den Wärmebedarf von 70.

Biogas wird auch auf Kläranlagen gewonnen und für die Energieerzeugung eingesetzt. Aber der Aufwand dafür ist größer, da das Abwasser zuvor drei verschiedene Klärstufen durchläuft, bei denen viel Energie aufgewendet werden muss. In Jenfeld ist das nicht notwendig, das Schwarzwasser kann ungereinigt verwertet werden.

Das Dreistufenkonzept ist Jahrzehnte alt. Abgesehen von Diskussionen über eine weitere Reinigungsstufe zur Eindämmung von Schadstoffen (mehr dazu lesen Sie hier) aus Medikamenten hat sich die Reinigungstechnik seitdem nicht grundlegend verbessert. Abwasser wurde jahrzehntelang als Wegwerfprodukt unserer Konsumgesellschaft gesehen.

So funktioniert eine Kläranlage (Klicken Sie auf die Zahlen):

"Früher wussten wir zu wenig über die Ressourcen des Abwassers. Heute sind wir schlauer", sagt Wolfgang Kuck von Hamburg Wasser über die alten Zeiten. Er steht auf dem Betriebshof in Jenfeld und deutet auf den Faulbehälter, in dem das Schwarzwasser vor sich hin gärt. "In Abwasser steckt mehr drin, als man denkt", sagt der Leiter des Projekts.

In den vergangenen Jahren hat sich die Siedlungswasserwirtschaft verändert, der gesamte Kreislauf steht in Jenfeld auf dem Prüfstand. Abwasser, das übel riechende Gemisch aus Urin, Kot und manch anderen Stoffen, wird heute als wertvolle Ressource gehandelt. Es dient nicht nur als Energieträger sondern ist auch reich an Nährstoffen wie Kohlenstoff oder Stickstoff. Phosphor hilft Pflanzen beim Wachsen. Der Stoff wird nach Deutschland importiert und immer knapper. In Zukunft, so hoffen Kläranlagenbetreiber, kann er aus dem Klärschlamm gewonnen werden. Hamburg baut deshalb gerade die weltweit erste Phosphor-Recyclinganlage  neben der Kläranlage im Hafen.

Auch in den Resten aus der Schwarzwasser-Gärung in Jenfeld ist Phosphor enthalten. Deshalb hofft Wolfgang Kuck, dass ihr Abfallprodukt irgendwann als Düngemittel eingesetzt wird. Bisher werden die Reste behandelt wie Klärschlamm und wandern in die Verbrennung.

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Klärtechnik: So funktioniert die vierte Reinigungsstufe

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Fraglich ist noch, wie das Grauwasser gereinigt werden soll. Es enthält beispielsweise Mikro- und Nanoplastikpartikel aus Textilen. Die klassische Reinigungstechnik ist für solche Problemstoffe nicht konzipiert. Noch geht das Grauwasser in die Kanalisation. Aber im kommenden Jahr testen Forscher neue Verfahren vor Ort. Dabei wird das Wasser durch winzige Filtermembrane gepresst, die auch Mikropartikel auffangen können. Allerdings ist diese Technik noch vergleichsweise teuer und energieintensiv.

Ähnliche Projekte wie das in Jenfeld gab es auch schon in Lübeck und anderen europäischen Städten. Die aufwendigen Doppelrohrsysteme stoßen aber an Grenzen und sind längst nicht rentabel - trotz Energieüberschuss. Das Netz lässt sich nicht beliebig groß ausbauen. Kläranlagen wird es also weiterhin geben.

Aber Jenfeld ist ein Anfang. Und mit Blick auf den Klimawandel hat man sich noch Gedanken über einen weiteren Teilstrom des Abwassers gemacht, den Regen. Er stellt die Netz- und Kläranlagenbetreiber zunehmend vor Herausforderungen. Denn Aufgrund des Klimawandels prophezeien Forscher schon lange eine Zunahme von Starkregen. Gleichzeitig wachsen Deutschlands Städte, dadurch nimmt der Anteil an zubetonierten und asphaltierten Flächen zu.

Bei heftigen Regefällen führt das zu Problemen, weil Regenwasser aufgrund des versiegelten Bodens schlechter abfließen kann. Außerdem spült das Wasser Stoffe wie Reifenabrieb oder Chemikalien von den Straßen. Der verunreinigte Regen landet in der Kanalisation, doch die Netze sind für die immer größeren Wassermassen nicht überall ausgelegt. In Hamburg führt das zum Überlaufen der Gullis und zu Überschwemmungen. Auf diese Weise gelangt verunreinigtes Regenwasser in Bäche, Flüsse und Seen.

Überflutungen will man in Jenfeld verhindern. Rückhaltebecken sollen selbst Regenfälle auffangen können, wie sie statistisch nur alle paar Jahre vorkommen. Das Wasser kann in Ruhe versickern, gleichzeitig wässert es Grünflächen und Verdunstung sorgt an heißen Tagen für etwas Kühlung. Und ganz nebenbei freut sich Frau Freier darüber, dass sie direkt auf einen Teich schaut, wenn sie ihre Haustür aufmacht.

Zusammengefasst: Ein Stadtbauprojekt in Hamburg-Jenfeld testet neue Verfahren der Abwasserbehandlung und trennt Schwarz-, Grau,- und Regenwasser. Für das Schwarzwasser, die Fäkalien der Bewohner, werden wassersparende Unterdrucktoiletten eingesetzt. Anschließend produziert eine Biogasanlage aus den Fäkalien Strom und Wärme.