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Die Berichterstattung über den Klimawandel ist eine der großen journalistischen Herausforderungen unserer Zeit. Auch für den SPIEGEL ist die Klimakrise eines der wichtigsten Menschheitsthemen. Wir unterstützen deshalb in dieser Woche eine internationale Initiative, die den Blick darauf richten will: “Covering Climate Now” wurde von der “Columbia Journalism Review” und der kanadischen Zeitung “The Nation” angestoßen, mehr als 200 Medienunternehmen weltweit nehmen daran teil, darunter der “Guardian”, “El País”, “La Repubblica”, “The Times of India” , “Bloomberg” oder “Vanity Fair”. Der SPIEGEL widmet der Klimakrise diese Woche die Titelgeschichte der aktuellen Ausgabe und jeden Tag besondere Aufmerksamkeit auf spiegel.de

Badspiegel, Badezimmerspiegel mit LED - Beleuchtung
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Jedes Mal, wenn Beatrixe Freier auf die Toilette geht, klingt das, als würde sie gerade eine Flugreise machen. Ein Druck auf die Spültaste ihrer Kloschüssel löst in ihrem Badezimmer das typische Sauggeräusch aus, das die Klosetts in großen Passagiermaschinen von sich geben.

“Am Anfang war das komisch, aber ich habe mich an das Geräusch gewöhnt”, sagt Freier. Die 70-Jährige steht neben der Schüssel und führt ihr Unterdruck-WC vor. Jeder ihrer Nachbarn hat so eine Toilette wie sie. Freier gehört zu den ersten 120 Bewohnern eines Neubaugebiets im Osten von Hamburg. Noch stehen Baukräne an einigen der Häuserblocks im Quartier Jenfelder Au. In ein paar Jahren sollen alle der mehr als 830 Wohnungen belegt sein.

Die verbauten Hightech-WCs verbrauchen nur knapp einen Liter Wasser pro Spülgang. Bei Standardtoiletten sind es bis zu acht. Zwar kosten Unterdruck-WCs mehr, dafür sind die Wassergebühren niedriger. Das ist aber nicht der einzige Pluspunkt der besonderen Latrine. Sie sind Teil eines Konzepts, mit dem Hamburg neue Wege bei der Behandlung von Abwasser einschlagen möchte.

Dafür muss Frau Freier auf ihrer Unterdrucktoilette peinlich genaue Regeln einhalten – das System ist empfindlicher. Essensreste oder Feuchttücher gehören nicht in die Toilette, sonst verstopfen die Leitungen schnell. Das gilt zwar auch für herkömmliche Klosetts, aber Unterdrucktoiletten sind deutlich sensibler. Einmal legte schon etwas Küchenpapier Freiers Klo lahm.

Wenn die Menschheit eine Chance haben will im Kampf gegen die Erderhitzung und beim Schutz der Umwelt, muss sie Energie sparen und nachhaltigere Techniken zur Stromherstellung nutzen. Kläranlagen sind häufig die größten kommunalen Energieverbraucher. Rund um die Uhr blasen Pumpen Sauerstoff für fäkalienfressende Mikroorganismen in Becken, riesige Motoren treiben Rührwerke an.

Zur Erreichung der Pariser Klimaschutzziele wird also kaum ein Weg an energieeffizienteren Verfahren zur Behandlung von Abwasser vorbeiführen. In Jenfeld wird deshalb eine Idee getestet, bei der das Abwasser aus den Haushalten als Energiequelle dient. Das System des Hamburg Water Cycle funktioniert so:

Benutztes Wasser aus den Wohnungen der Jenfelder Au wird direkt beim Verbraucher aufgeteilt und fließt in zwei unterschiedliche Rohrleitungen. Etwa 70 Liter Wasser fallen in Deutschland im Schnitt pro Einwohner und Tag allein beim Baden, Duschen, Geschirrspülen oder Waschen mit der Waschmaschine an. Dieses sogenannte Grauwasser landet in Jenfeld in einem eigenen Rohrsystem. Das andere ist für das Schwarzwasser da und beginnt in der Toilette. Betätigt Frau Freier den Abzug wird etwas Wasser in die Schüssel gespült, dann öffnet sich ein Ventil zur Leitung. Hier herrscht ein Druck von minus 0,65 bar im Vergleich zu dem der Atmosphäre. Durch den Unterdruck werden die Fäkalien in die Leitung gesogen.

Im klassischen Abwassersystem würden sie irgendwann im zentralen Klärwerk im Hamburger Hafen ankommen. Auf dem Weg dorthin fließen sie durch mächtige Rohrleitungen, in denen ein Gefälle eingebaut ist. Doch die sogenannte Schwemmkanalisation braucht jede Menge Wasser. Und Energie: Manchmal sorgen auch Pumpstationen dafür, dass Fäkalien vorwärtskommen. Bei den Druckleitungen in Jenfeld funktioniert der Stofftransport einfacher. Verhältnismäßig kleine Pumpen zur Unterdruckerzeugung reichen aus, um das Fäkalien-Wasser-Gemisch zu bewegen. Ein weiterer Vorteil: Die Rohrleitungen sind sehr viel schlanker als im konventionellen System und müssen nicht so tief verlegt werden. Das spart Material, Baukosten und Energie.

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Und genau die wird aus dem Schwarzwasser wieder erzeugt. Dafür wird das an organischem Material reiche Abwasser mit Fettresten aus der Gastronomie angereichert und in einem Behälter gesammelt. Sie treiben Mikroorganismen an, die bei Temperaturen oberhalb von 35 Grad Celsius Gärprozesse in Gang setzen: Es entsteht methanhaltiges Biogas. Der Generator eines Blockheizkraftwerk setzt das Gas in Strom um, der ins Netz eingespeist wird.

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Gleichzeitig entsteht Wärme, die dazu beiträgt, die Wohnungen des Quartiers zu heizen. So arbeitet die gesamte Anlange nicht nur energieautark. Dank der Jenfelder Fäkalien produziert sie sogar noch Überschuss: Laut dem Betreiber Hamburg Wasser entstehen so rund 450.000 Kilowattstunden Strom und 690.000 Kilowattstunden Wärme pro Jahr – zumindest wenn irgendwann alle Nachbarn von Frau Freier eingezogen sind. Bezogen auf den Hamburger Durchschnitt von 1,8 Personen pro Haushalt deckt das den Strombedarf von 225 Haushalten und den Wärmebedarf von 70.

Biogas wird auch auf Kläranlagen gewonnen und für die Energieerzeugung eingesetzt. Aber der Aufwand dafür ist größer, da das Abwasser zuvor drei verschiedene Klärstufen durchläuft, bei denen viel Energie aufgewendet werden muss. In Jenfeld ist das nicht notwendig, das Schwarzwasser kann ungereinigt verwertet werden.

Das Dreistufenkonzept ist Jahrzehnte alt. Abgesehen von Diskussionen über eine weitere Reinigungsstufe zur Eindämmung von Schadstoffen (mehr dazu lesen Sie hier) aus Medikamenten hat sich die Reinigungstechnik seitdem nicht grundlegend verbessert. Abwasser wurde jahrzehntelang als Wegwerfprodukt unserer Konsumgesellschaft gesehen.

So funktioniert eine Kläranlage (Klicken Sie auf die Zahlen):

Das Abwasser passiert zunächst einen Rechen, der groben Unrat (Papier, Flaschen, Äste, Konservendosen usw.) zurückhält und mit einem automatischen Abstreifer entfernt.

Im Sandfang verbreitert sich der Abflusskanal, wodurch die Geschwindigkeit des weiter fließenden Abwassers abnimmt und grobe Stoffe wie Kies und Sand, die schwerer als Wasser sind, sich am Boden ablagern.

Im Vorklärbecken wird das Wasser etwa zwei Stunden zurückgehalten. In diesem großen, rechteckigen oder runden Becken können sich die feinen Schwebstoffe als Schlamm am Boden absetzen. Dieser Rohschlamm wird abgesaugt, eingedickt (10.) und in einen Faulraum befördert (11.). Sogenannte Leichtstoffe, die zur Wasseroberfläche aufgetrieben werden (Fette, Mineralöle usw.) werden in einen besonderen Behälter abgelassen.

Die ersten drei Stationen bilden zusammen die erste Reinigungsstufe. Da die Behandlung des Abwassers hier nur auf mechanische Weise erfolgt, spricht man von mechanischer Reinigung. Hier gelingt es, dem Abwasser etwa 30 Prozent der insgesamt der Anlage zugeführten Schmutzstoffe zu entziehen.

In der zweiten Reinigungsstufe, auch biologische Reinigung genannt, macht man sich einen durchaus natürlichen Vorgang zunutze, indem man in einem Belebtschlammbecken durch Sauerstoffzufuhr güngstige Lebensbedingungen für Kleinstlebewesen schafft, die in der Lage sind, gelöste organische Abwasserstoffe in Verbindung mit Luftsauerstoff als Nahrung aufzunehmen und in den eigenen Organismus einzubauen. Dabei werden auch Schadstoffe, wie zum Beispiel Schwermetalle, aufgenommen.

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Viele Kleinstorganismen bilden Kolonien, die als sichtbare Schlammflocken im folgenden Nachklärbecken zu Bodensinken und entweder noch einmal in das Belebungsbecken zurückgepumpt werden oder zwecks Schlammbeseitigung ins Vorklärbecken (3.) befördert werden.

Mit der Beseitigung des Klärschlammes aus dem Abwasser werden also die biologisch abbaubaren Schadstoffe entfernt. In kleineren Kläranlagen findet man häufig Tropfkörper, runde Betonkessel, locker angefüllt mit porösen Gesteinsbrocken. Hier ist die große Oberfläche wichtig, auf der sich Bakterien ansiedeln und einen “biologischen Rasen” (entsprechend den Schlammflocken beim Belebtschlammverfahren) bilden, wenn man Abwasser darüber verregnet. Nach Passieren der mechanischen und biologischen Reinigungsstufen ist das Abwasser jetzt zu etwa 90 Prozent gereinigt.

Von einer Fällmittel-Dosierstation wird hier dem Abwasser unter starker Durchmischung gleichzeitig eine Chemikalien-Lösung zugesetzt.

Als Beispiel in der Schautafel gelangt phosphatreiches Wasser aus dem Nachklärbecken Nummer 5 zunächst in ein Flockungsbecken

Dieses Fällmittel reagiert chemisch mit den Phosphaten zu einer wasserunlöslichen Verbindung. Der Restschmutz “flockt” aus und kann sich in einem Nachklärbecken als Schlamm absetzen, der – eingedickt – dem Faulturm zugeführt wird.

Das gereinigte Wasser kann nun in ein natürliches Gewässer eingeleitet werden.

Mit Hilfe von Eindickern wird dieser Gehalt auf

96 Prozent

Nun wird der Schlamm in einen Faulbehälter befördert, wo unter Luftabschluss Fäulnisbakterien in einem Gärprozess bei 35 Grad Celsius ein Faulgas erzeugen, das zu 2/3 aus Methan und zu 1/3 aus Kohlendioxid besteht.

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Dieses Gas wird in einem Behälter gespeichert und für Heizzwecke verwendet.

Nach etwa 4 Wochen ist der Schlamm ausgefault, geruchlos und kann in Trockenbeeten entwässert werden.

“Früher wussten wir zu wenig über die Ressourcen des Abwassers. Heute sind wir schlauer”, sagt Wolfgang Kuck von Hamburg Wasser über die alten Zeiten. Er steht auf dem Betriebshof in Jenfeld und deutet auf den Faulbehälter, in dem das Schwarzwasser vor sich hin gärt. “In Abwasser steckt mehr drin, als man denkt”, sagt der Leiter des Projekts.

In den vergangenen Jahren hat sich die Siedlungswasserwirtschaft verändert, der gesamte Kreislauf steht in Jenfeld auf dem Prüfstand. Abwasser, das übel riechende Gemisch aus Urin, Kot und manch anderen Stoffen, wird heute als wertvolle Ressource gehandelt. Es dient nicht nur als Energieträger sondern ist auch reich an Nährstoffen wie Kohlenstoff oder Stickstoff. Phosphor hilft Pflanzen beim Wachsen. Der Stoff wird nach Deutschland importiert und immer knapper. In Zukunft, so hoffen Kläranlagenbetreiber, kann er aus dem Klärschlamm gewonnen werden. Hamburg baut deshalb gerade die weltweit erste Phosphor-Recyclinganlage neben der Kläranlage im Hafen.

Auch in den Resten aus der Schwarzwasser-Gärung in Jenfeld ist Phosphor enthalten. Deshalb hofft Wolfgang Kuck, dass ihr Abfallprodukt irgendwann als Düngemittel eingesetzt wird. Bisher werden die Reste behandelt wie Klärschlamm und wandern in die Verbrennung.

Fraglich ist noch, wie das Grauwasser gereinigt werden soll. Es enthält beispielsweise Mikro- und Nanoplastikpartikel aus Textilen. Die klassische Reinigungstechnik ist für solche Problemstoffe nicht konzipiert. Noch geht das Grauwasser in die Kanalisation. Aber im kommenden Jahr testen Forscher neue Verfahren vor Ort. Dabei wird das Wasser durch winzige Filtermembrane gepresst, die auch Mikropartikel auffangen können. Allerdings ist diese Technik noch vergleichsweise teuer und energieintensiv.

Ähnliche Projekte wie das in Jenfeld gab es auch schon in Lübeck und anderen europäischen Städten. Die aufwendigen Doppelrohrsysteme stoßen aber an Grenzen und sind längst nicht rentabel – trotz Energieüberschuss. Das Netz lässt sich nicht beliebig groß ausbauen. Kläranlagen wird es also weiterhin geben.

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Aber Jenfeld ist ein Anfang. Und mit Blick auf den Klimawandel hat man sich noch Gedanken über einen weiteren Teilstrom des Abwassers gemacht, den Regen. Er stellt die Netz- und Kläranlagenbetreiber zunehmend vor Herausforderungen. Denn Aufgrund des Klimawandels prophezeien Forscher schon lange eine Zunahme von Starkregen. Gleichzeitig wachsen Deutschlands Städte, dadurch nimmt der Anteil an zubetonierten und asphaltierten Flächen zu.

Bei heftigen Regefällen führt das zu Problemen, weil Regenwasser aufgrund des versiegelten Bodens schlechter abfließen kann. Außerdem spült das Wasser Stoffe wie Reifenabrieb oder Chemikalien von den Straßen. Der verunreinigte Regen landet in der Kanalisation, doch die Netze sind für die immer größeren Wassermassen nicht überall ausgelegt. In Hamburg führt das zum Überlaufen der Gullis und zu Überschwemmungen. Auf diese Weise gelangt verunreinigtes Regenwasser in Bäche, Flüsse und Seen.

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Überflutungen will man in Jenfeld verhindern. Rückhaltebecken sollen selbst Regenfälle auffangen können, wie sie statistisch nur alle paar Jahre vorkommen. Das Wasser kann in Ruhe versickern, gleichzeitig wässert es Grünflächen und Verdunstung sorgt an heißen Tagen für etwas Kühlung. Und ganz nebenbei freut sich Frau Freier darüber, dass sie direkt auf einen Teich schaut, wenn sie ihre Haustür aufmacht.

Zusammengefasst: Ein Stadtbauprojekt in Hamburg-Jenfeld testet neue Verfahren der Abwasserbehandlung und trennt Schwarz-, Grau,- und Regenwasser. Für das Schwarzwasser, die Fäkalien der Bewohner, werden wassersparende Unterdrucktoiletten eingesetzt. Anschließend produziert eine Biogasanlage aus den Fäkalien Strom und Wärme.

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