13. September 2021

Toiletteninhalte als wichtiger Teil der Energie- und Ressourcenwende


1. Vom Kreislauf- zum Linearsystem

Es ist noch gar nicht so lange her, da gab es in Europa flächig geschlossene Nährstoff- und Ressourcenkreisläufe und wir als Menschen waren Teil davon. Unsere Ausscheidungen Urin und Fäzes wurden getrennt von den Haushaltsabwässern gesammelt und anschließend der Landwirtschaft als hochwertige organische Düngemittel zur Verfügung gestellt. 

Die bäuerliche Landwirtschaft konnte dank der darin enthaltenen bis zu 80 Nähr- und Spurenstoffen und ohne weitere von außen zugeführte Stoffe erfolgreich betrieben werden. Durch den Anteil an organischer Masse und Kohlenstoff in den Ausscheidungen waren Humusaufbau und eine nachhaltige Landwirtschaft möglich. Unter den Gesichtspunkten Kreislaufwirtschaft und Ressourcenwende hatten wir damals nahezu optimale Verhältnisse.

Die damaligen Toiletten funktionierten meist ohne Wasserspülung und die Ausscheidungen samt Nährstoffen blieben daher konzentriert erhalten. Von Seiten der Landwirtschaft bestand eine große Nachfrage nach den gesammelten Toiletteninhalten. Teils wurde sogar reger Handel mit den gesammelten Stoffen betrieben.

Auch nach der flächendeckenden Einführung der Spültoiletten und der Schwemmkanalisation zu zentralen Klärwerken blieb der landwirtschaftliche Bedarf nach hochwertigen Düngemitteln weiter groß. Die Effektivität der Ressourcen-Rückgewinnung ließ jedoch systembedingt deutlich nach und ein Teil der wertvollen Nähr- und Spurenstoffe landete über die Kanalisation in den Flüssen und Meeren. Auch der Aufwand und Energieeinsatz zur Klärung der Abwässer stieg enorm. Die in den Klärwerken gesammelten Klärschlämme wurden jedoch weiter in der Landwirtschaft als Düngemittel verwendet. Da der Bedarf der landwirtschaftlichen Flächen aufgrund der Systemverluste nicht mehr ausreichend gedeckt werden konnte und die Böden zusehends verarmten, kamen jetzt auch von außen zugeführte (künstlich erzeugte oder abgebaute) Nährstoffe als Düngemittel zum Einsatz. 

In den Klärschlämmen konzentrierten sich zunehmend auch Schadstoffe und Schwermetalle. Diese kamen überwiegend aus der Industrie und kontaminiertem Oberflächenwasser und eben nicht aus den häuslichen Toiletteninhalten. Die landwirtschaftliche Nutzung der Klärschlämme geriet in die Kritik und wird seither zurückgefahren. Die Klärschlämme mit ihren für die Böden wichtigen Inhaltsstoffen werden als Sondermüll meist thermisch verwertet und die Asche entsorgt. Die mineralischen Nähr- und Spurenstoffe werden heute nur in Ansätzen zurückgewonnen. Somit sind wir jetzt beim klassischen Linearsystem gelandet. Kreislaufwirtschaft war einmal.

2. Wo stehen wir aktuell? Was macht die Politik?

Inzwischen sind mehr als 97 Prozent aller Einwohner*innen in Deutschland an die zentrale Kanalisation und die Klärwerke angeschlossen. Wir haben ein Abwassersystem nach dem „End-of-Pipe-Prinzip“. Vom Industrieabwasser über hochgradig belastete Klinikabwässer bis zur „verdolten Frischwasser-Quelle“: alles landet in den zentralen Klärwerken. Diese meist dreistufigen Klärwerke sind jedoch nicht in der Lage, alle kritischen Stoffe aus dem stark verdünnten Zulauf zu fischen. Entsprechend landen Schadstoffe in den Gewässern. Auch Nähr- und Spurenstoffe landen dort und führen zu Todeszonen und Algenblühte.

Heute werden schon drei Prozent des Weltenergiebedarfes für die Reinigung und Aufbereitung von Wasser aufgewendet. In einer zukünftigen und hoffentlich „klimaneutralen Gesellschaft“ ist das nicht mehr tragbar.

Politisch gibt es aktuell Bestrebungen, die Klärwerke mit einer vierten Reinigungsstufe auszustatten. Diese zusätzliche Reinigungsstufe dient zur Reinigung des Abwassers von einem Teil der Spurenstoffe und Medikamentenrückstände. So sollen die Gewässer entlastet werden. Dazu werden recht große Mengen Aktivkohle eingesetzt und zusätzliche Ressourcen verbraucht. Anschließend wird das Filtermaterial als Sondermüll entsorgt. Die Investitions- und Betriebskosten für die vierte Reinigungsstufe sind enorm. Bisher trägt die Allgemeinheit die Kosten derartiger Vorzeigeanlagen.

Aktuell geht die landwirtschaftliche Nutzung von Klärschlamm aufgrund des politischen Willens stark zurück. Die thermische Verwertung des Klärschlamms und anschließende Entsorgung der Asche ist der neue Standard.

Bis 2029 sollen größere Klärwerke verpflichtet werden, zumindest einen Teil des in den Abwässern enthaltenen Phosphors zurückzugewinnen. Der Trend geht in Deutschland zu großen zentralen Monoverbrennungsanlagen mit entsprechender großtechnischer Lösung und Rückgewinnung aus der Klärschlamm-Asche. Die Rückgewinnung des reaktiven Stickstoffs, der organischen Masse, des Kohlenstoffs und der bis zu 80 Nähr- und Spurenelemente sind auf absehbare Zeit nicht geplant.

Es ist somit davon auszugehen, dass unsere landwirtschaftlichen Böden aufgrund des zusehends unterbrochenen Nähr- und Spurenstoff-Kreislaufes systematisch weiter verarmen. Der Humus- und Kohlenstoffanteil der Böden wird weiter zurückgehen und die Fruchtbarkeit weiter nachlassen. Es wird versucht den Bedarf der Böden durch von außen zugeführte Nährstoffe zu decken. Beispielsweise werden schon heute etwa 1,2 Prozent des Weltenergiebedarfes für die Herstellung von reaktivem Stickstoff für die Landwirtschaft aufgewendet. Und das ist nur einer der erforderlichen Nährstoffe! Dieser Energiebedarf wird bei den aktuellen Rahmenbedingungen weiter steigen. Die Ernährung der Weltbevölkerung hängt schon heute zu über 50 Prozent an fossil hergestelltem reaktivem Stickstoff. Die Entwicklung geht in die ganz falsche Richtung!

3. Wie wäre es mit „Mülltrennung“?

Bei Haushaltsabfällen hat sich die „Mülltrennung“ seit Jahrzehnten etabliert. Bioabfälle werden beispielsweise konsequent getrennt, selber kompostiert oder in der „braunen Biotonne“ gesammelt und der zentralen Verwertung zugeführt. Diese zentrale Verwertung kann eine energetische Stufe mit Energieerzeugung in einer Biogasanlage beinhalten oder auch nur eine Kompostieranlage. Anschließend werden die Stoffe wieder der Landwirtschaft als Substrate oder Düngemittel zugeführt. Auf den landwirtschaftlichen Flächen wachsen wieder Nahrungsmittel, die uns ernähren. Der Kreislauf ist somit ansatzmäßig geschlossen. Dieser Kreislauf umfasst aber nur die Bioabfälle, z.B. die Kartoffelschale, und nur zu geringen Teilen die gehaltvollen Lebensmittel an sich. Die Lebensmittel landen nach einem kurzen Zwischenstopp in uns Menschen in der Toilette. 

Genau auf diese Stelle kommt es an, wenn wir die Ressourcenwende bei unseren Nähr- und Spurenstoffen schaffen wollen. Wir müssen verhindern, dass die Toiletteninhalte mit viel Trinkwasser auf den Weg zum Klärwerk geschickt werden. Denn die Toiletteninhalte enthalten beispielsweise etwa 97 Prozent des reaktiven Stickstoffs aus den Haushaltsabwässern.

Moderne Spültoiletten haben Frachtraten von maximal fünf Prozent des Volumens. Das heißt, unsere Ausscheidungen machen im Toilettenabwasser nur maximal fünf Prozent aus und werden mit etwa 95 Prozent Trinkwasser verdünnt. Anders funktioniert das System der Schwemmkanalisation gar nicht. Daher können hier auch keine weiteren Wasserspartechniken eingesetzt werden.

Im Klärwerk kommen natürlich nicht nur die verdünnten Toiletteninhalte an. Ein großer Anteil des Klärwerk-Zulaufes ist auch Regenwasser, das über versiegelte Flächen (Dächer, Straßen, Parkplätze,…) dem Kanal zugeführt werden. Auch das relativ saubere Grauwasser aus Dusche und Küche macht recht viel Volumen aus. Aber es kommen auch Abwässer aus der Industrie und aus Kliniken über die gleichen Kanäle zum Klärwerk. Insbesondere in diesen Abwässern sind teils hohe Schadstoffkonzentrationen enthalten.

Nach dem „End-of-pipe-Prinzip“ endet das große Rohr mit dem Mischwasser aus den genannten Quellen im Klärwerk. Aufgrund der starken Verdünnung der verschiedenen Wässer ist es nur mit sehr großem Aufwand ansatzweise möglich, die kritischen Schadstoffe und auch wertvollen Spurenstoffe aus dem Wasser zu entfernen. An dieser Stelle setzt die vierte Reinigungsstufe der Klärwerke an und bekämpft die Symptome. Bei Starkregen laufen die Klärwerke üblicherweise über und geben die zu klärenden Wässer ungefiltert in die angrenzenden Flüsse ab. Dementsprechend sind die Fließgewässer in Deutschland keine Badegewässer mehr. 

Man kann unser heutiges Abwassersystem mit dem „schwarzen Mülleimer“ vor einigen Jahrzehnten vergleichen. Alles was anfällt, landet zusammen in einem System. Eine Aufbereitung und Weiterverwertung der wertvollen Inhaltsstoffe ist so nur sehr aufwändig möglich. Daher landete alles zusammen in der thermischen Verwertung oder auf der Deponie. 

Unser heutiges Abwassersystem könnte im Hinblick auf Kreislaufwirtschaft und Ressourcenwende einfach an das vorhandene und akzeptierte System der Mülltrennung adaptiert werden. Es gibt innovative wasserlose Toilettenlösungen für den häuslichen Gebrauch. Die Inhalte aus diesen Toiletten könnten einer Art „braune Biotonne“ zugeführt und über die vorhandene Infrastruktur der weiteren Verwertung zugeführt werden. So könnten alle Nähr- und Spurenstoffe im so wichtigen „Kreislauf des Lebens“ gehalten werden. 

Die Toiletteninhalte und die Bioabfälle jeder*s Bürger*in entsprechen einer Energiemenge von jeweils etwa 150 Kilowattstunden (kWh) im Jahr. Das heißt, bei einem Einsatz in einer Biogasanlage könnten für jede*n Bürger*in im Jahr etwa 300 kWh an chemisch gespeicherter Energie geerntet werden. Ein wichtiger Beitrag zur klimaneutralen Gesellschaft.

Mit dem Ansatz der Stofftrennung der Toiletteninhalte könnten die Klärwerke deutlich entlastet werden. So kämen beispielsweise nur noch etwa drei Prozent des reaktiven Stickstoffs in den Klärwerken an. Entsprechend könnten die vorhandenen Klärwerke mit deutlich weniger Energie- und Ressourcenaufwand betrieben werden.

4. Was passiert mit den Schadstoffen?

Einigkeit herrscht darüber, dass kritische Schadstoffe aus unseren Abwässern nicht in den Gewässern hinter den Klärwerken, in der Luft oder in der Landwirtschaft landen dürfen.

Um dies mit vertretbarem Energie- und Ressourceneinsatz zu ermöglichen, dürfen diese Stoffe zukünftig nicht mehr über die Kanalisation den Klärwerken zugeführt werden. Diese Stoffe müssen an der Quelle stofflich abgeschieden und einer separaten Verwertung zugeführt werden.

Ein einfaches Beispiel dafür sind radioaktive Kontrastmittel, die in der Radiologie eingesetzt werden. Die kritischen Stoffe werden in den Tagen nach der Kontrastmittelgabe von Patient*innen wieder über den Urin ausgeschieden. Heute werden diese Stoffe über die normale Toilette in die Umwelt abgegeben. Diese Stoffe können im Klärwerk nicht gefiltert werden und landen in den Fließgewässern und im Meer. Gleichzeitig handelt es sich bei den Stoffen oft auch um Ressourcen, die wiederverwertet werden sollten.

Es gibt eine „Spurenstoff-Strategie des Bundes“. Über diese gibt es inzwischen Versuche, dass Patient*innen ihre stark belasteten Ausscheidungen separat sammeln und einer separaten Verwertung zuführen. Des Weiteren ist wohl geplant, nach dem Verursacherprinzip diejenigen in die Pflicht zu nehmen, die kritische Schadstoffe in Verkehr bringen. Die Hersteller müssen dann für ihre Stoffe eine Rücknahme/Verwertung nachweisen oder sich an den Kosten der zentralen Lösungen beteiligen.

5. Was ist gesellschaftlich zu tun?

In wenigen Jahren wollen wir in einer „klimaneutralen Gesellschaft“ leben. Dies ist in der Bevölkerung und der Politik weitgehend Konsens. Dies setzt aber sehr tiefgreifende Einschnitte und Anpassungen bei unserer Infrastruktur voraus. Alles muss im Hinblick auf Energie- und Ressourceneffizienz auf den Prüfstand. 

Menschliche Ausscheidungen, die über innovative Toiletten separat gesammelt werden, sind in Deutschland abgesehen von Versuchsanlagen und einer privaten Verwertung der Stoffe aktuell noch über den Restmüll zu entsorgen. Eine Kreislaufwirtschaft dieser Stoffe und eine Sammlung über die „braune Biotonne“ sind noch nicht vorgesehen. Hier wäre ein erster Schritt, dass die menschlichen Ausscheidungen über die „braune Biotonne“ der Kreislaufwirtschaft zugegeben werden dürfen. 

Ein weiterer wichtiger Schritt wäre es, dass die menschlichen Ausscheidungen, so wie heute schon die tierischen Ausscheidungen, auch als Substrat zum Einsatz in landwirtschaftlichen Biogasanlagen eingesetzt werden dürfen. Entsprechende Techniken zur Vorbehandlung (Hygienisierung) und bei Bedarf auch Reinigung von Rückständen (Aktivkohle) sind verfügbar.

Kritische Stoffe (z.B. bestimmte Medikamente, Kontrastmittel, etc.) müssen zukünftig konsequent nach dem Verursacherprinzip vom Inverkehrbringen nach Gebrauch wieder gesammelt und einer gezielten Verwertung zugeführt werden. 

6. Was kann ich tun?

Im privaten häuslichen Umfeld ist es möglich, die menschlichen Ausscheidungen als Wertstoff zu betrachten und für sich zu nutzen. Meist erfolgt dann erst einmal eine Kompostierung zur Hygienisierung und anschließend eine Anwendung als Düngemittel im Gartenbau. Es gibt beispielsweise im Bereich Permakultur und Selbstversorgung einen starken Trend zur Nutzung der menschlichen Ausscheidungen als wichtige Ressource. Hierzu finden sich im Internet viele weiterführende Informationen. Übrigens wurde auch die „Terra Preta Erde“ mit menschlichen Ausscheidungen hergestellt und hat bis heute nachhaltig herausragende Eigenschaften. 


Simon Spreter, Ingenieur der Versorgungstechnik, arbeitet an Projekten mit “wasserlosen Vakuum-Toiletten” im urbanen Raum
Kontakt: Simon.Spreter@EigenEnergie.org

Autor*in:
Simon Spreter

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