Sanitär- und Nährstoffwende

Laut einer repräsentativen Studie haben etwa 1/4 der befragten Personen in ihrem Leben eine Trockentoilette benutzt und 3/4 würden gerne mehr Trockentoiletten im öffentlichen Raum haben. Was ist ihnen dabei wichtig? Etwa 4/5 erwarten hygienische Sauberkeit und möchten keine Geruchsbelästigung.

Das Ziel des Projektes zirkulierBAR ist es, die Forschungsfortschritte und Erkenntnisse anderen Kommunen zugänglich zu machen, um so weitere Reallabore zu ermöglichen. So entsteht ein Netzwerk von beobachtenden interessierten Kommunen, die untereinander im Austausch stehen und dazu Weiterbildungs- und Beratungsangebote zur Sanitär- und Nährstoffwende in Anspruch nehmen können.

Eine Umfrage von etwa 3700 Studierenden in 16 verschiedenen Ländern sagt aus, dass 59% der Befragten Lebensmittel, die mit Urin gedüngt wurden, verzehren würden. In Polen sind es 47% und in Frankreich 80%.

Verschiedene Akteure aus der Wirtschaft, Wissenschaft und Privatleben vernetzen sich im NetSan e.V, um die Sanitär- und Nährstoffwende gemeinsam voran zu bringen. Halbjährig finden Netzwerktreffen statt; manchmal auch mit Netzwerken in Frankreich ("reseau d´assainissement ecologique") und der Schweiz (VaLOO), die eine ähnliche Vision haben. So ist das Ziel, auch auf europäischer Ebene das Thema voran zu bringen.

Klärschlamm ist ein Nebenprodukt, das bei der Abwasserbearbeitung in Kläranlagen anfällt. Dieser wird auf verschiedenen Wegen entsorgt: Mehr als 79% wird verbrannt und für die Energieerzeugung benutzt. Dabei besteht die Frage, wie mit dem restlichen Phosphor in der Asche umgegangen wird (Phosphorrückgewinnung). 13% werden in der Landwirtschaft als Dünger verwendet (rückläufig; ab 2032 aus großen Kläranlagen verboten) und 5% zu Kompost verwertet.

Eine Rohrposttoilette funktioniert mit Stoffstromtrennung. Der Kot wird in einer trichterförmigen Papiertüte mit Hilfe der Schwerkraft ohne Wasser durch ein Rohr und der Urin durch ein anderes Rohr in den Keller geführt. Dort werden die Fäkalien direkt vor Ort bearbeitet oder in einem Sammelbehälter abtransportiert. Diese Toilettenart benötigt keinen Anschluss an das Sanitärsystem, muss aber in der Bauplanung frühzeitig mitgedacht werden.

Das Badezimmer besitzt aus Sicht von Architek*innen aufgrund der vielen Normierungen und Vorschriften wenig Spielraum in der Gestaltung. Beispielsweise gibt es in den meisten deutschen Kommunen ein Anschlusszwang an bestehende Kanalisationen. Einige Menschen innerhalb der Baubranche fordern eine Auflockerungen der Vorschriften, Innovationsklauseln in Bauverordnungen oder Beratungsprogramme für neuartige Sanitärsysteme.

Dünger hat das Ziel, die Pflanzen mit Nährstoffen zu bereichern. Häufig ist die Rede von NPK-Düngern. N steht für Stickstoff und gilt als Wachstumsmotor der Blätter. Das P steht für Phosphat und stellt den Energieträger dar, der wichtig für die Blüten- und Wurzelbildung ist. K steht für Kalium und hilft als Widerstandskraft gegen Schädlinge.

Es gibt verschiedene Arten von Dünger, die grob wie folgt unterschieden werden:
Organischer Dünger besteht aus Pflanzen oder Tierresten wie Kompost, Fäkalien oder Hornspäne und ist gut für die Humusbildung im Boden bzw. eine Langzeitwirkung. Mineralisch synthetischer Dünger (anorganisch) wird chemisch hergestellt und hat direkten Einfluss auf die Pflanze bzw. eine Kurzzeitwirkung.

Grauwasser ist das leicht verschmutzte Abwasser aus Duschen, Geschirrspüler etc. und hat keinen Kontakt zu Kot bzw. Schwarzwasser. Wird das Grauwasser gut aufbereitet, kann Frischwasser gespart und für die Toilettenspülung oder grüne Infrastruktur verwendet werden.

Das Abwasser aus der Toilette inklusive Urin, Kot, Toilettenpapier etc. wird Schwarzwasser genannt. Es enthält einerseits Nährstoffe, andererseits aber auch Krankheitserreger und zumeist Arzneimittelrückstände. Somit bedarf es sowohl bei einer zentralen (Kläranlage) als auch dezentralen Sammlung der Schwarzwasserinhalte einer Behandlung, um Mensch und Umwelt zu schützen.

Es gibt einige Siedlungen, die sich eine dezentrale Sammlung und Bearbeitung von menschlichen Fäkalien ohne zentrale kommunale Kläranlage zum Ziel gesetzt haben. Leuchturmprojekte sind unter anderem die ecovillage Hannover, Saint Vincent de Paul Paris, Sieben Linden oder das Ökohaus Rostock. Bei der Umsetzung und Nutzung der bearbeiteten Fäkalien unterscheiden sich die Projekte jedoch stark. Sondergenehmigungen brauchen sie jedoch alle.

Die Stoffstromtrennung in der Toilette ermöglicht es, Urin und Kot direkt vor Ort im Wohnhaus getrennt zu sammeln und zu bearbeiten. Somit braucht es für die Toilette keinen Anschluss an das Kanalisationssystem. Diese dezentrale Sammlung beispielsweise im Keller ermöglicht es, Recyclingdünger für den hauseigenen Garten zu produzieren. Das Verfahren ist sowohl möglich in großen Wohneinheiten als auch in Einfamilienhäusern.

In der Vergangenheit wurde häufiger festgestellt, dass innovative Technologien Zeit, Teamgeist und Räume benötigen, um eine Gesellschaft zu überzeugen. In Projekten wie ZirkulierBAR (Kreis Barnim) oder P2Green (EU) wird bereits auf kleiner Ebene geforscht und getestet, was später auf großer Ebene gelebt werden könnte. 2024 wird zudem ein Reallaborgesetz erwartet, dass erleichtern soll, innovative Ideen zu erproben.

2021 wurde die DIN SPEC 91421 veröffentlicht; der erste Produktstandard für Recyclingdünger aus menschlichen Fäkalien. Sie weißt bspw. Grenzwerte für Schadstoffe oder Mindestgehalte an Nährstoffen auf. So wird sichergestellt, dass das Produkt eine hohe Qualität hat und umweltverträglich ist. Diese Einordnung ist essentiell für die Kreation und Akzeptanz neuer Märkte und den Einfluss auf die Gesetzgebung.

Die Nutzung menschlicher Fäkalien für Düngezwecke ist keine neue Erfindung. Schon vor 8000 Jahren haben indigene Völker im nährstoffarmen Amazonasgebiet ihre organischen Abfälle aus Küche und Körper gemischt mit Holzkohle dem Boden hinzugefügt. So entstand durch einen Fermentations- und Kompostierungsprozess die sogenannte "terra preta" bzw. fruchtbare Schwarzerde.

Seit 2020 gab es bereits mehrere durch Sondergenehmigungen erlaubte Feldversuche mit Recyclingdünger aus menschlichen Fäkalien und weiteren Düngern wie organischem Rinderstallmist oder mineralischem Dünger. Dabei wurde ein positiver Düngeeffekt des Recyclingdüngers für die Pflanzen bewiesen und festgestellt, dass der Schadstoffgehalt im Boden die gesetzlichen Grenzwerte nicht überschreitet. Feldversuche über mehrere Jahrzehnte existieren nicht.

H.I.T. steht für Humusdünger aus Inhalten von Trockentoiletten. Um Krankheitserreger und Schadstoffe zu entfernen, werden die Fäkalien in einem Container auf etwa 75 Grad erhitzt. Im Anschluss wird die Masse mit Grünschnitt, Tonminerale, H.I.T.-Anstellgut und frischem Wiesenmahd vermischt und täglich gewendet. In den folgenden 6-8 Wochen entsteht so durch den Prozess der Kompostierung ein nach der DIN-Spec 91421 qualitätsgesicherter H.I.T.

Bei dem Kompostierungsprozess wird organisches Material durch Mikroorganismen abgebaut und es entsteht ein nährstoffreicher Humus. Dieser hat eine gute Wasseraufnahmefähigkeit, führt zu Durchlüftung des Bodens, Erosionsschutz und somit einem gesünderen Boden. Die Entstehung von Humus ist komplex, bedarf verschiedener Zutaten und ist auch mit Fäkalien möglich (siehe Karten "H.I.T." oder "Terra Preta").

Künstlicher Stickstoff-Dünger entsteht unter hohem Energieaufwand in Form von Erdgas durch die Umwandlung von Luftstickstoff in Ammoniak. Der zugrunde liegende chemische Prozess wurde von den Chemikern Fritz Haber und Carl Bosch Anfang des 20ten Jahrhunderts entwickelt. Für den industriellen Pflanzenbau war diese Erfindung essentiell, da seitdem günstig auf großen landwirtschaftlichen Flächen Stickstoff gedüngt werden kann.

In der Kläranlage wird aus dem Abwasser Stickstoff entfernt (Nitrifikationsprozess). Trotz dessen verbleibt einiges an Stickstoff im geklärten Abwasser, das in die Natur abgeleitet wird. Dort führt es häufig zu einem Stickstoffüberschuss in Gewässern und erhöht somit das Euthrophierungspotential. Das bedeutet, dass Gewässer durch menschlichen Einfluss überernährt werden, was sich negativ auf das Ökosystem auswirkt.

Nach der Behandlung in der Kläranlage ist das Wasser zwar klar aber nicht komplett sauber. Es bestehen weiterhin Spurenstoffe, die u.a. durch pharmazeutische Rückstände wie Antibiotika, Kosmetika, Hormone oder Haushalts- und Industriechemikalien entstehen. Das führt zu sogenannten Leckströmen inklusive Verschmutzung von Oberflächengewässern und bspw. Unfruchtbarkeit von Fischen.

In der Kläranlage wird das Abwasser gereinigt und die im Wasser enthaltenen Nährstoffe berarbeitet. So wird Phosphor zurückgewonnen und Stickstoff entfernt (Nitrifikationsprozess). Diese Prozesse führen dazu, dass im Abwasser weniger überschüssige Nährstoffe enthalten sind, die sich negativ auf die Umwelt auswirken könnten. Auf der anderen Seite wird dafür viel Energie benötigt, was wiederum einen erhöhten Treibhausgasausstoß zur Folge hat.

Urin entspricht 1% des kommunalen Abwassers. Er trägt jedoch den Großteil der Nährstoffe im Abwasser bei: 70-80 % des Stickstoffes und 45-60 % des Phosphors. Würden diese Nährstoffe benutzt werden, könnten mehr als 13% des Bedarfs an landwirtschaftlichem Dünger gedeckt und somit neben Treibhausgasemission auch eine Menge Geld gespart werden.

Trotz der drei Reinigungsstufen der Kläranlagen sind viele Oberflächengewässer verdreckt. Die vierte Reinigungsstufe hilft, Arzneimittelrückstände, Hormone, Mikroplastik oder Industriechemikalien aus dem Abwasser in der Kläranlage herauszufiltern. Aktivkohle führt zur Stoffbindung und Ozon zum Abbau der Spurenstoffe. Dieser Prozess ist aber so teuer und energieaufwändig, dass die meisten Kläranlagen auf die vierte Reinigungsstufe verzichten.

Wird die Sanitärwende noch ein Schritt weiter gedacht und mit dem Aufbau einer regionalen Kreislaufwirtschaft in der Landwirtschaft verknüpft, ist die Rede von der Nährstoffwende: Durch den Verzehr von landwirtschaftlichen Produkten entziehen wir Menschen dem Boden Nährstoffe. Die Ausscheidungen sollen in Recyclingdünger umgewandelt und dem Boden zurückgegeben werden; ein Kreislauf entsteht.

Es gibt verschiedene Arten, Phosphor aus dem Abwasser zurückzugewinnen. Einerseits besteht die direkte Rückgewinnung während des biologischen Abbauprozesses in der Kläranlage indem Struvit abgeschöpft wird. Andererseits kann Phophor nach der Verbrennung des Klärschlamms aus der Asche zurückgewonnen werden. Aufgrund der Klärschlammverordnung von 2017 und höheren Rückgewinnungsraten wird sich vorraussichtlich in Zukunft die Verbrennung durchsetzen.

Im Jahr 2017 wurde die sogenannte Klärschlammverordnung mit der Motivation überarbeitet, die Klärschlammausbringung zu Düngezwecken zu beenden und Nährstoffe zurück zu gewinnen. Das führte folgende zentrale Neuheit mit sich: Ab 2029 ist die Rückgewinnung von Phosphor in Kläranlagen verpflichtend, wenn mind. 20 Gramm Phosphor pro Kilo Trockenmasse Klärschlamm vorliegen.

Für den legalen Verkauf von Recyclingdünger aus menschlichen Fäkalien, müsste Kot und Urin in Tabelle 7 Anlage 2 der Düngemittelverordnung (DüMV) bzw. der sogenannten Positivliste gelistet sein. Das ist nach momentanem Stand der Dinge nicht der Fall. Deshalb wird sowohl auf deutscher als auch auf europäischer Ebene die Aufnahme von menschlichen Fäkalien in die DüMV gefordert.

Mit dem "Verfahren der gegenseitigen Anerkennung" bietet das EU-Recht ein Schlupfloch für das Verbot, Recyclingdünger aus menschlichen Fäkalien auf dem deutschen Markt zu verkaufen. So können Unternehmen aus dem Ausland bei der deutschen Düngemittelverkehrskontrolle eine Anerkennung des betrachteten Produktes wie bspw. Aurin beantragen. Bisher ist dieser Vorgang aber noch unerprobt.

Bisher unterstehen menschliche Fäkalien dem Abfallrecht. Es besteht jedoch die Forderung, dass Kot und Urin auch auf rechtlicher Ebene nicht mehr als Abfall sondern als Ausgangsstoffe für Düngeprodukte betrachetet werden (Positivliste DüMV) und somit das Kreislaufwirtschafts- und Düngerecht überarbeitet wird.

Das Ziel der Sanitärwende ist es, die momentane linear ausgerichtete Sanitärversorgung weiter zu entwickeln. Ein zukunftsfähiges Sanitärsystem würde demnach mit kreislauforientieren Technologien wie die Trockentoilette das jetzige System dort ergänzen, wo es sinnvoll und umsetzbar erscheint.

Die Datenbank sdg21 dokumentiert seit 1980 Projekte, die nachhaltiges Bauen und Wohnen umsetzen. So sind europaweit 234 Siedlungen, 49 Quartiere und 46 Gebäude mit Wohnungen gelistet. Diese Liste stellt eine Informationsquelle für Interessierte dar und soll helfen, in Austausch zu kommen.

Die Stoffe Kot und Urin werden getrennt aus dem Körper ausgeschieden und im Normalfall in der Toilette gemischt. Die Stoffstromtrennung hat jedoch zum Ziel, mit Hilfe von technischen Innovationen wie bspw. der "urin trap" die Stoffe direkt beim Entstehungsort zu trennen. Daraus resultieren verschiedene Vorteile: eine vereinfachte Bearbeitung von Kot und Urin, weniger Wasserverbrauch oder die Entlastung von Klärwerken.

In der Schweiz werden bereits Urin-Trenn-Toiletten aus Keramik hersgestellt, die mit einer Stoffstromtrennung direkt an der Quelle im Badezimmer einhergeht. Eine sogenannte "urin trap" trennt dabei den Urin vom Kot. Das ermöglicht die seperate Bearbeitung der beiden Ausscheidungsstoffen zu Recyclingdüngern wie H.I.T. oder Aurin.

Das Endprodukt der Urinaufbereitung und dem VUNA-Verfahren ist der Recyclingdünger Aurin. Er gilt als klassischer NPK-Flüssigdünger, ist seit 2018 in der Schweiz und seit 2022 in Österreich zugelassen und wird bereits in Gärten und Landwirtschaft benutzt. Der Dünger ist in verschiedenen Größen von 500ml bis 20l käuflich.

Das in der Schweiz entwickelte VUNA-Verfahren ermöglicht es, aus menschlichem Urin NPK-Recyclingdünger herzustellen (Aurin). Dafür ist zunächst die Stabilisierung des gesammelten Urins notwendig. Diese führt zum Geruchsverlust und Bindung der Nährstoffe. Im Anschluss werden durch einen Aktivkohlefilter Arzneimittelrückstände und Hormone aus dem Urin entfernt. Aurin ist in der Schweiz seit 2018 und in Österreich seit 2022 zugelassen.

Ein Drittel unseres täglichen Wasserverbrauchs verbrauchen wir durch unseren Gang zur Toilette. Im Jahr sind das etwa 15 000 bis 30 000 Liter Trinkwasser pro Person. Prognosen zeigen, dass besonders in Ostdeutschland die Wahrscheinlichkeit von Wasserknappheit steigen wird.

In Kläranlagen gibt es zumeist drei Reinigungsstufen:

1.mechanisch:
Entfernung grober Verunreinigungen durch Sedimentation von Sand/Verunreinigungen (Primärschlamm) und Fette an Abwasseroberfläche
2.biologisch:
Mikroorganismen ernähren sich aus dem sogenanntem Belebtschlamm (Sauerstoffzufuhr), reinigen so das Wasser, bilden Grüppchen und werden anschließend abgeschöpft
3.chemisch:
Entfernung Phosphor und Stickstoff

Um 1800 wurden als Antwort auf die Industrialisierung und das Wachsen der Städte die ersten großflächigen Kanalsysteme für städtisches Abwasser gebaut. Diese Innovation war eine enorme Errungenschaft, da so bspw. die Cholera-Epidemie effektiv bekämpft werden konnte. Die zentrale Sammlung führte zunehmend zur Frage, wie das Abwasser am besten gereinigt werden sollte. Mitte des 19ten Jahrhunderts entstanden so die ersten Kläranlagen.

Diese Art und Weise zu Wirtschaften lässt einen Kreislauf aus der Produktion und des Konsums eines Produktes entstehen. So werden Abfälle reduziert und/oder wieder verwendet. Am Ende geht es darum, den Lebenszyklus eines Produktes zu verlängern und so der "Wegwerfwirtschaft" entgegen zu stehen.

Mineraldünger enthält "einen oder mehrere Pflanzennährstoffe wie Stickstoff, Phophat, Kali, Kalk oder Magnesium aus mineralischen oder synthetischem Ursprung in anorganischer Bindung". Die Konzentration liegt darin, der Pflanze direkt Nährstoffe hinzuzufügen.

Wirtschaftsdünger sind "organische Substanzen, die in der Land- und Forstwirtschaft anfallen und zur Düngung eingesetzt werden". Die Konzentration liegt darin, dem Boden Nährstoffe hinzuzufügen.

Beim Recyclingdünger werden Abfallstoffe aufbereitet und zu organischen Dünger umgewandelt. Beispiele sind der Gartenkompost oder die Aufbereitung von menschlichen Fäkalien zu Humus aus Trockentoiletten (H.I.T.).

Es gibt verschiedene Arten von Innovationen.
Eine technische Innovation ist die Markteinführung eines neuen Produktes oder die Verbesserung eines bereits bestehenden Produktes. Ein Produkt kann auch ein Prozess sein.

Einige Unternehmen haben bereits all-gender Urinale entworfen und produziert. Nach dem Motto "form follows function" soll es so auch für Menschen mit Vulva möglich sein, in einer neu geformten Art von Pissoires im Stehen zu urinieren. Urinale sind praktisch, da sich der Urin nicht mit Kot oder anderen Stoffen vermischt und die Weiterverarbeitung vereinfacht.

Das Projekt ZirkulierBAR möchte in der Kommune Barnim einen klimagerechten und umweltfreundlichen Umgang mit menschlichen Fäkalien erforschen und dabei analysieren, inwiefern eine Kreislaufwirtschaft mit lokalen Landwirt*innen möglich ist. Bei diesem Vorhaben sind verschiedene Akteure wie Universitäten, Unternehmen und Institute involviert.