Dünger aus dem Klärwerk: Wie Pilotanlagen Ammoniak aus Abwasser zurückgewinnen

Kläranlagen galten lange als reine Endstation: Abwasser rein, gereinigtes Wasser raus, Klärschlamm in die Verbrennung. Dieses Bild beginnt sich zu wandeln. Im Klärwerk Steinhäule bei Neu-Ulm, einer der größten Anlagen Süddeutschlands, wird derzeit erprobt, wie sich Ammoniak gezielt aus dem Abwasser entnehmen lässt – nicht nur, um Flüsse zu schützen, sondern um daraus einen verwertbaren Rohstoff zu machen. Die Anlage steht damit exemplarisch für eine Entwicklung, die in der Wasserwirtschaft gerade an Fahrt gewinnt: die Kläranlage als „Bioraffinerie".

Warum Stickstoff im Wasser ein Problem ist

Stickstoffverbindungen wie Ammonium gelangen vor allem über Urin und organische Abfälle ins Abwasser. Werden sie nicht ausreichend entfernt, richten sie in Gewässern erheblichen Schaden an: Ammonium ist in höheren Konzentrationen für Fische giftig, und gemeinsam mit Phosphor wirkt Stickstoff als Nährstoff, der das Wachstum von Algen anheizt. Die Folge ist die sogenannte Eutrophierung – das Wasser trübt sich, der Sauerstoffgehalt sinkt, Ökosysteme kippen. Kläranlagen bauen Stickstoff deshalb seit Jahrzehnten biologisch ab, indem Mikroorganismen ihn über mehrere Zwischenschritte in harmlosen Luftstickstoff umwandeln. Das funktioniert, hat aber einen Haken: Das Verfahren verbraucht viel Energie, und der Stickstoff geht als Ressource verloren.

Vom Schadstoff zum Wertstoff

Genau hier setzen die neuen Ansätze an. Statt den Stickstoff aufwendig zu vernichten, soll er abgetrennt und nutzbar gemacht werden. Besonders ergiebig ist dabei das sogenannte Schlammwasser, das bei der Faulung des Klärschlamms anfällt und hohe Ammonium-Konzentrationen aufweist. In Baden-Württemberg wurde dieser Weg im Forschungsprojekt RoKKa („Rohstoffquelle Klärschlamm und Klimaschutz auf Kläranlagen") erprobt, gefördert vom Landesumweltministerium. Auf den Kläranlagen in Neu-Ulm und Erbach kamen dabei Pilotanlagen zum Einsatz, die Ammoniak-Stickstoff über Membranverfahren aus dem Schlammwasser abtrennen – etwa per Membrangasabsorption oder Membrandestillation. Das Ergebnis ist eine Ammoniumlösung, die sich laut Projektangaben als Ausgangsstoff für Düngemittel eignet.

Der Reiz liegt in der doppelten Dividende. Zum einen wird die Kläranlage selbst entlastet: Wird das stickstoffreiche Schlammwasser nicht wieder an den Anfang der Reinigung zurückgeführt, sinkt die sogenannte Rückbelastung – und damit der Energiebedarf der biologischen Stufe. Zum anderen entsteht ein Produkt, das konventionell mit hohem Aufwand hergestellt wird: Die industrielle Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren zählt zu den energieintensivsten Prozessen überhaupt und hängt bislang weitgehend an Erdgas. Jede Tonne zurückgewonnenen Stickstoffs ersetzt also Dünger, der sonst mit erheblichem CO2-Fußabdruck produziert werden müsste.

Vom Pilotversuch zum Regelbetrieb

Noch handelt es sich um Versuchsmaßstäbe, doch die Weichen für den Dauereinsatz werden gestellt. In Steinhäule ist nach Angaben der Projektbeteiligten im Zuge einer geplanten Hochlastfaulung vorgesehen, die Stickstoffrückgewinnung fest zu verankern. Damit würde eine Erkenntnis aus dem Forschungsprojekt direkt in die Anlagenplanung übergehen – ein Schritt, der in der Branche aufmerksam verfolgt wird, denn die Rahmenbedingungen sprechen für Nachahmer: Die novellierte EU-Kommunalabwasserrichtlinie verschärft die Anforderungen an die Nährstoffentfernung, gleichzeitig steigen die Preise für Mineraldünger und Energie.

Offene Fragen bleiben dennoch. Ob sich die Rückgewinnung wirtschaftlich trägt, hängt von Düngerpreisen, Energiekosten und der rechtlichen Einstufung der gewonnenen Produkte ab – Recyclingdünger aus Abwasser müssen strenge Qualitäts- und Zulassungsanforderungen erfüllen, bevor sie auf Äcker gelangen dürfen. Auch die Dauerhaltbarkeit der Membrantechnik im rauen Klärwerksalltag muss sich erst über Jahre beweisen. Klar ist aber schon jetzt: Die Vorstellung, dass eine Kläranlage nur entsorgt, ist überholt. Neben Stickstoff rücken auch Phosphor, Biopolymere und die Abwärme des Abwassers als Ressourcen in den Blick. Das Klärwerk der Zukunft dürfte weniger einer Endstation gleichen – und mehr einem Rohstoffwerk.

Redaktionelle Einordnung eines Forschungs- und Branchenthemas auf Basis öffentlich zugänglicher Quellen und Pressemitteilungen.

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