Kilowatt aus der Kloake – das ist bereits seit 25 Jahren die Idee einer immer größer werdenden Forschungsgemeinschaft, die nicht nur Düngemittel wie Phosphor aus unseren Abwässern rückgewinnen möchte, sondern auch elektrische Energie. Dafür wollen sie sogenannte elektrogene oder auch elektroaktive Bakterien nutzen, die im Abwasser enthalten sind und mit deren Hilfe es möglich ist, Strom ohne den Umweg etwa über eine Verbrennung von Faulgasen direkt aus Abwässern zu gewinnen.
Wissenschaftler der Universität Greifswald und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig haben nun eine Übersicht erarbeitet (externer Link), die das weltweite Potential dieses Verfahrens erfasst. Demnach ließe sich theoretisch aus den 359 Milliarden Kubikmetern Abwasser, die weltweit jedes Jahr anfallen, die gewaltige Menge von 800.000 Gigawattstunden Strom gewinnen. Das entspricht laut den Forschern dem Jahresertrag von rund 100 kleineren Kernkraftwerken.
Bakterien produzieren Strom
Möglich machen das Bakterien, deren besondere Eigenschaft erst vor rund 20 Jahren entdeckt wurde: In der Natur benötigen diese speziellen Mikroorganismen für ihren Stoffwechsel eisenhaltige Mineralien, um einfach ausgedrückt „atmen“ zu können, da sie dabei Elektronen abgeben und sich deshalb an Materialen festsetzen müssen, die diese freiwerdenden Elektronen aufnehmen können. Statt natürlicher Eisenverbindungen bieten Forscher ihnen eine Elektrode als Siedlungsfläche an. Zum Dank für diese exquisite Wohnlage im Klärbecken mit umfangreicher Nährstoffversorgung liefern sie dafür elektrische Energie.
Kläranlagen sind Energiefresser
Dass die stromerzeugenden Bakterien in Zukunft unsere Haushalte mit Elektrizität versorgen werden, ist eher unwahrscheinlich. Dennoch könnten diese Mikroorganismen eine wichtige Aufgabe erfüllen, denn unsere Klärwerke sind extreme Stromfresser. Laut Bundesumweltministerium verbrauchten beispielsweise im Jahr 2013 die rund 10.000 Abwasser-Aufbereitungsanlagen in Deutschland 4.400 Gigawattstunden Strom pro Jahr (externer Link). Das entspricht in etwa der Leistung eines Steinkohlekraftwerks. In manchen Gemeinden liegt der Anteil der Abwasseraufbereitung in der Stromrechnung bei 40 Prozent (externer Link).
Wasseraufbereitung könnte vollständig umgebaut werden
Johannes Gescher von der TU Hamburg erforscht seit langem diese sogenannte mikrobielle Bioelektrochemie. Auch für ihn ist der Kohlenstoff, den jeder von uns ausscheidet und der dann im Klärbecken landet, eine ungenutzte Ressource. Das Problem sei auch die derzeit ineffiziente Wasseraufbereitung: „Wir blasen Luft in Abwasser, und züchten Organismen, die genau so funktionieren wie wir Menschen. Die fressen den organischen Kohlenstoff, setzen ihn um in CO2, und atmen Sauerstoff. Und wenn wir jetzt in der Lage wären, den Prozess so zu verändern, dass wir dort Organismen ziehen, die einen Biofilm auf einer Elektrode bilden, den organischen Kohlenstoff fressen, und dann die Elektronen weiterleiten, dann hätten wir was gewonnen. Dann könnten wir den Abwasserprozess energiepositiv ausstatten.“
Kläranlage als nachhaltige Chemiefabrik denkbar
Im Idealfall könnten sich Kläranlagen mit Hilfe von stromerzeugenden Bakterien in einem geschlossenen Kreislauf selber mit Strom versorgen. Doch laut Johannes Gescher eröffnet die bioelektrochemische Technologie zumindest langfristig auch ganz neue Perspektiven, denn mit Hilfe von Bakterien lässt sich nicht nur Strom, sondern auch Wasserstoff gewinnen. Rund 600 Tonnen Wasserstoff pro Tag könnten allein die deutschen Kläranlagen produzieren. Zusammen mit dem ebenfalls aus dem Abwasser gewonnen CO2 ließe sich dann in einer weiteren Ausbaustufe beispielsweise etwa Butandiol synthetisieren, ein Ausgangsmaterial zur Herstellung von Biokunststoffen und anderen Materialen.
In unserem Abwasser steckt also tatsächlich ein gewaltiges Potenzial. Bis aus unseren Klärwerken smarte und umweltfreundliche Kraftwerke und Chemiefabriken werden, ist es aber in jedem Fall noch ein sehr langer Weg.
