Weltweit fallen jedes Jahr rund 359 Milliarden Kubikmeter Abwasser an – damit ließe sich der Genfer See viermal füllen. Die Hälfte davon wird bislang ohne jede Weiterverwendung eingeleitet, der Rest oft mit hohem Energieaufwand gereinigt. In Deutschland sind es rund 9 Milliarden Kubikmeter, die jährlich in rund 10.000 kommunalen Kläranlagen aufbereitet werden. Bisher landet das gereinigte Abwasser auch bei uns in Flüssen, Seen und Meeren. Dabei enthält Abwasser viele Stoffe, die wirtschaftlich genutzt werden könnten: Energie aus organischen Resten, Stickstoff und Phosphor für Dünger sowie Wasser, das nach Aufbereitung erneut verwendet werden kann.

Bakterien als Stromlieferanten

Das Forschungsteam untersucht sogenannte mikrobielle elektrochemische Technologien (METs). Dabei arbeiten spezielle Bakterien, die bei ihrer Verdauung Elektronen freisetzen – und so Strom erzeugen können. In Labortests schaffen sie es bereits, bis zu 35 Prozent der im Abwasser enthaltenen chemischen Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Zum Vergleich: Klassische Verfahren wie die anaerobe Vergärung kommen nur auf rund 28 Prozent.

"Unser Abwasser enthält global gesehen chemische Energie im Umfang von über 800.000 Gigawattstunden – das entspricht dem Jahresertrag von etwa 100 Kernkraftwerken", sagt Uwe Schröder, Professor für Elektrobiochemie an der Universität Greifswald, einer der Studienautoren. "Wenn wir diese Energie nutzen, könnte der Wassersektor eines Tages sogar seinen eigenen Strombedarf decken."

Neben Energie lassen sich auch Nährstoffe zurückgewinnen, etwa Ammonium und Phosphat – wichtige Bestandteile von Dünger. In der Theorie könnten damit bis zu elf Prozent des weltweiten Ammoniakbedarfs und sieben Prozent des Phosphatbedarfs gedeckt werden.

Von Festival-Toiletten zu Zukunftstechnologien

Dass Bakterienstrom kein Science‑Fiction ist, zeigen erste Pilotprojekte: Beim britischen Glastonbury‑Festival versorgte ein MET‑System namens Pee Power® bereits die Beleuchtung rund um die Toiletten mit Strom und lud Handys auf. Weitere Feldversuche laufen seit Jahren in Uganda, Kenia und Südafrika – überall dort, wo Strom knapp und Abwasser ein Problem ist.

Die Technik könnte jedoch laut den Forschenden viel breiter eingesetzt werden. MET‑Systeme sind modular und skalierbar: von Kleinanlagen für abgelegene Regionen bis hin zu Ergänzungen in großen Klärwerken. Sie könnten Energie erzeugen, Nährstoffe zurückgewinnen und Wasser so aufbereiten, dass es wieder nutzbar ist – etwa zur Bewässerung oder für industrielle Prozesse.

Regulierung und Alltagstauglichkeit als Hürden

Für einen breiten Einsatz bleiben jedoch einige Hindernisse. Dazu gehört vor allem die Regulierung. Viele Länder – darunter Deutschland – erlauben die Nutzung von aus Urin gewonnenem Dünger bislang nicht, insbesondere nicht für den Anbau von Lebensmitteln.

Auch technische Fragen sind noch offen: Materialien müssen langlebig sein, Systeme wartungsarm funktionieren und günstiger werden. "Mikrobielle elektrochemische Technologien könnten bestehende Verfahren der Wasseraufbereitung deutlich verbessern", sagt Falk Harnisch, Biotechnologe am Helmholtz‑Zentrum für Umweltforschung in Leipzig und Ko-Autor der Studie. "Besonders geeignet wären sie für stark belastetes Abwasser oder Regionen, in denen herkömmliche Anlagen zu teuer sind oder gar nicht existieren."

Warum die Technologie trotzdem wichtig werden könnte

3,5 Milliarden Menschen weltweit haben keinen Zugang zu sicheren sanitären Einrichtungen. Gleichzeitig wächst der Bedarf an sauberem Wasser und nachhaltig erzeugtem Dünger. MET‑Systeme könnten laut der Studie beides liefern – lokal, dezentral und mit vergleichsweise wenig Infrastruktur. Wenn sie in Zukunft Energie selbst erzeugen oder sogar Überschüsse produzieren, könnte dies die Kosten der Abwasserbehandlung deutlich senken.

Auch für wohlhabende Industriestaaten kann das Konzept interessant sein. Denn Kläranlagen gehören zu den größten kommunalen Stromverbrauchern. In Deutschland macht ihr Betrieb etwa 30 bis 40 Prozent der Stromrechnung vieler Kommunen aus. Bereits jetzt wird deshalb in vielen modernen Anlagen, wie etwa in Schönebeck, Halle oder Dresden, Gas in sogenannten Faultürmen gewonnen, um daraus in Blockheizkraftwerken zumindest einen Teil des nötigen Stroms zu erzeugen.

Aus Abfall wird Rohstoff

Die Forscher sehen METs als Baustein einer künftigen Kreislaufwirtschaft, in der Abwasser nicht mehr als Abfall gilt, sondern als Rohstoff. Damit das gelingt, brauche es weitere Pilotprojekte, Investitionen und vor allem klare gesetzliche Rahmenbedingungen. Uwe Schröder fasst das Potenzial so zusammen: "Wir müssen lernen, Abwasser nicht als Problem, sondern als Ressource zu betrachten. Mikroorganismen können uns dabei helfen, diese Ressource nachhaltig zu nutzen."

Links/Studien

Schröder, Harnisch et al. "Waste to value: microbial electrochemical technologies for sustainable water, material, and energy cycles" erschienen in Frotiers in Science.

gp/pm/cp

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