Abwasserfilter aus eigenem Anbau

Was für uns Abwasser ist, dient Algen als idealer Lebensraum. Forscher am Management Center Innsbruck arbeiten daran, diese Eigenschaft in Kläranlagen zu nutzen und so wichtige Rohstoffe zurückzugewinnen.

In Benjamin Hupfaufs Labor blubbert es. In einer Reihe von Glastrichtern, die entlang der Fensterbank in der Sonne stehen, steigt ein kontinuierlicher Strom aus Blasen in einer grünen Flüssigkeit auf. Der Anblick erinnert an ein Labor aus einem Hollywoodfilm. Doch hier, am Management Center innsbruck (MCI), wird echte Forschung betrieben. Und Hupfaufs Forschungsobjekte brauchen viel Licht und permanente, sanfte Umwälzung. In den Glasgefäßen wachsen Algen. „Gute, Tiroler Hochgebirgsalgen“, witzelt der Verfahrenstechniker. Gemeinsam mit Alexander Dumfort züchtet er das pflanzliche Plankton seit mittlerweile einem Jahr – und könnte damit bald die Abwasserverwertung in Tirol revolutionieren sowie bei der Rückgewinnung zunehmend wertvoller Substanzen helfen. „Wir nutzen die Algen als lebende, wachsende Filter“, erklärt Hupfauf das Projekt. Neben Sonnenlicht und Kohlendioxid zur Photosynthese brauchen sie vor allem eines: Nährstoffe.

Stickstoff und Phosphor

Um zu wachsen, nehmen sie Stickstoff und Phosphor aus der Umgebung auf. Und genau diese beiden Substanzen finden sich in unserem Abwasser reichlich. „Untersuchungen haben gezeigt, dass in Deutschland rund die Hälfte des Phosphors, der teuer importiert werden muss, schlussendlich ungenutzt im Klärwerk landet“, erklärt Hupfauf. Doch seine Methode könnte das schon bald ändern.

Bioreaktoren

Das MCI hat mit dem Projekt die Idee des Tirolers Erwin Wimmer aufgegriffen, der ursprünglich im Zuge der initiative Zukunftsenergien nach einemWeg suchte, um die Geruchsbelästigung im landwirtschaftlichen Bereich einzudämmen. „Herr Wimmer hatte den Einfall, die Nährstoffe in Gülle durch Algen binden zu lassen“, meint Hupfauf. „Dadurch werden die Verbindungen, die den typischen und besonders in touristischen Gegenden nicht gerne gesehenen Geruch mit sich bringen, von den Stoffen getrennt, die man zum Düngen braucht. Das Resultat ist ein geruchloser, effektiver Dünger.“ Diese Grundidee wurde von Hupfauf und Dumfort weiterentwickelt. Anstatt nur Gülle zu verwenden, züchten sie ihre Algen im Abwasser einer Kläranlage. „Wir verwenden Wasser aus einem Faulturm als Nährboden“, erklärt Hupfauf. „Dort werden Abwässer durch Mikroorganismen zwar von Kohlenstoffverbindungen gereinigt, Stickstoff und Phosphor bleiben aber in hohen Konzentrationen zurück.“

Stoffe aus dem Abwasser entfernen

Das macht den Inhalt eines Faulturms zu einer idealen Umgebung für Hupfaufs biologische Filter. Und da die Algen wachsen, solange es genügend Nährstoffe gibt, können sie zwischen 95 und 100 Prozent der Stoffe aus dem Abwasser entfernen. Die Algen selbst muss er dabei nicht einmal „pflanzen“, wie der Verfahrenstechniker erklärt. Da Algensporen reichlich in der Luft vorhanden sind, genügt es, für möglichst ideale Bedingungen in den Glastrichtern zu sorgen. Diese werden dann von ganz alleine zu Bioreaktoren. Durch die Beschränkung auf ortsansässige Algen gehen die Forscher außerdem kein Risiko ein, fremde Organismen einzuschleppen und das biologische Gleichgewicht zu stören.

Einsatz nach der Ernte

Nachdem sie ihre Filterfunktion erfüllt haben, hören die Algen aber noch lange nicht auf, nützlich zu sein. Randvoll mit Stickstoff und Phosphor können sie nun geerntet werden – und das unter idealen Bedingungen täglich. Im Moment gewinnen Hupfauf und Dumfort rund ein bis zwei Gramm getrockneter Algen pro Liter Abwasser aus ihren Bioreaktoren. Was auf den ersten Blick nicht viel klingt, wird mit einem kurzen Rechenbeispiel recht beachtlich. Selbst kleine Kläranlagen wie das Klärwerk Zirl sammeln täglich 50.000 Liter Abwasser. Somit könnten dort pro Tag zwischen 50 und 100 Kilogramm getrocknete Algen gewonnen werden. Bei großen Kläranlagen wie in Innsbruck oder gar in Wien wäre diese Menge dementsprechend deutlich größer. Die Ernte kann dann auf unterschiedliche Weise verwertet werden. Die einfachste Möglichkeit wäre, sie zu verbrennen, wie Hupfauf erklärt. „Wenn man die Algen zur thermischen Energiegewinnung nutzt, würden sie CO2-neutrale Energie liefern, da sie ja Kohlendioxid aus der Umgebung zum Wachsen genutzt haben“, erklärt er. „Allerdings lohnt sich das bei den Mengen, mit denen wir es zu tun haben werden, nicht.“

Deutlich interessanter ist ihm zufolge die Nutzung als Dünger.

Dazu werden die Algen mit der sogenannten hydrothermalen Karbonisierung (nasse Verkohlung) zu Kohle verarbeitet. Diese kann dann auf Felder ausgebracht werden. Anstatt des stinkenden Ammoniums in der Gülle wäre die Lösung geruchfrei. Außerdem bleibt die Kohle an der Oberfläche und wird nicht wie flüssiger Dünger ins Grundwasser ausgewaschen. „Der Kohlenstoff, den wir damit auf das Feld ausbringen, hilft zudem, Humus zu bilden“, sagt Hupfauf. „Dadurch wirken wir der Erosion entgegen und schaffen fruchtbarere Böden.“ Die Strukturen der Kohle bieten dabei auch Lebensraum für Mikroorganismen. Diese bauen den enthaltenen Stickstoff und das Phosphor ab und machen sie Pflanzen zugänglich.

Industrielle Verwendung

Die Algen ließen sich aber auch industriell nutzen, erklärt Alexander Dumfort. „Wir können verschiedene Substanzen aus der Ernte gewinnen. Auf der Liste stehen antiallergene, Pigmente und andere Rohstoffe für Kosmetika.“ Hierzulande würde sich das aber nicht zuletzt wegen der langen, dunklen Wintermonate wirtschaftlich nicht lohnen, da die Algen künstliches Licht benötigen würden. „Näher am Äquator wäre es aber durchaus vorstellbar, auf diese Weise eine lohnende Rückgewinnung umzusetzen.“

Phosphor ist verhältnismäßig billig

Außerdem gibt es in Österreich noch ein Hindernis: die Gesetzeslage. „Wir stehen vor dem Problem, dass der Gesetzgeber Substanzen, die aus einer Kläranlage gewonnen werden, als Abfall betrachtet“, meint Hupfauf. „Dabei werden die Algen bei der hydrothermalen Karbonisierung mit über 200 Grad Celsius behandelt, wodurch als Nebeneffekt schadhafte Keime vernichtet werden. Milch, wie wir sie im Laden bekommen, wird mit nur rund 75 Grad pasteurisiert und medizinische Instrumente werden im Autoklav bei ‚nur‘ 120 Grad sterilisiert.“

Dementsprechend hoffen die Forscher, dass auch politisch bald ein Umdenken stattfindet.
Das Resultat wäre also nicht nur saubereres Wasser. Vielmehr soll die Methode vor allem zur Schonung zunehmend wichtiger Ressourcen beitragen. „Im Moment ist Phosphor noch verhältnismäßig billig“, meint Dumfort. „Das wird sich aber bald ändern. So wie die Bevölkerung weltweit wächst und der Bedarf vor allem an Dünger zunimmt, werden die globalen Vorkommen noch für 40 bis 100 Jahre reichen.“

Abwasserfilter aus eigenem Anbau
Ein stetiger Luftstrom wälzt die Algen in den Bioreaktoren schonend um, ohne die zerbrechlichen Lebewesen zu zerstören.

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