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© Dagmar Heene / WWF
19-12-5 oder warum Urin ein "Weltretter" ist


von Kathy3
29.03.2015
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Auch wenn der Titel es vielleicht nicht vermuten lässt: In diesem Artikel soll es um Klimaschutz gehen.

Um Ideen, die langfristig gesehen die Treibhausgasemissionen senken.

Unsere Ernährung sichern.

Und ganz nebenbei eines der größten Hygiene- und Umweltprobleme lösen.

Ich spreche von Recycling. Nicht von Plastik, Papier, Textilfasern oder alten Möbeln, sondern von einem völlig unterschätzten Stoff, der täglich unbeachtet im Untergrund verschwindet: Unserem Urin.

So verrückt es sich auch anhört: Der Abfallstoff unseres Körpers ist eine wahre Schatzkammer. Für uns alle.

 

Der Erfolg der modernen Landwirtschaft lässt sich heute in drei einfachen Zahlen ausdrücken: 19 - 12 - 5. Sie beschreiben den prozentualen Anteil von Stickstoff, Phosphor und Kalium wie wir ihn in den meisten Düngermischungen (Volldünger NPK) finden. Sie haben im letzten Jahrhundert zu einer enormen Ertragssteigerung geführt und sind aktuell die Basis für eine ausreichende Ernährung der Weltbevölkerung. Besonders jetzt, wo der Fleischkonsum in vielen asiatischen Ländern steigt, sind sie unverzichtbar geworden.

STOP wird jetzt der ein oder andere sagen: In der ökologischen Landwirtschaft (die wir uns in Zukunft erhoffen) sind mineralische Dünger gar nicht erlaubt und was hat das Ganze dann mit unserem Urin zu tun?!

Stimmt, da war ja was... auf Bio-Höfen darf so gut wie kein mineralischer Dünger (z.B. NPK) eingesetzt werden. Um einen Kohlenstoffkreislauf zu erreichen, wird auf organischen Dünger, wie Gülle und Mist, gesetzt. So kann der Einsatz von mineralischem Stickstoffdünger weitgehend umgangen werden. Doch die Sache hat einen Haken: Phosphor und Kalium gelangen so nicht ausreichend an die Pflanze. Auch in der leistungsfähigen ökologischen Landwirtschaft muss deshalb Phosphor und Kalium ausgebracht werden.

Aber warum braucht die Pflanze Phosphor?

Wer sich ein bisschen mit Biologie auskennt, wird dem Ganzen schnell auf die Spur kommen. In unserem Körper liegt Phosphor nämlich meistens als Phosphation vor. In dieser Form finden wir es fast überall: Angefangen bei den Phospholipiden der Zellmembranen, über die Phosphatrestgruppen in unserer DNA bis hin zum ATP (Adenosintriphosphat), dem Energieüberträgerstoff schlechthin. Ohne Phosphat könnte die Pflanze also keine neuen Zellen bilden, keine Fotosynthese betreiben und damit erst gar nicht existieren. Außerdem fördert Phosphor die Krümelbildung des Bodens und dient als Bodenstabilisator, da es "Brücken" zwischen den einzelnen Humusteilchen bildet.

Damit sind wir beim eigentlichen Problem angelangt: Dem Rohstoff Phosphor.

Klar ist uns inzwischen, dass er für die Landwirtschaft unverzichtbar ist, egal wie nachhaltig sie betrieben wird. Früher war das auch gar kein Problem, als alles noch irgendwie in Kreisläufen blieb. Doch schon lange ist dieses Gleichgewicht zerstört, da der Mensch seit dem letzten Jahrhundert Phosphor in Bergwerken abbaut. Es gelangt also viel mehr Phosphor in die Umwelt, wie bisher.

Jährlich werden 15 Mio. Tonnen Phosphordünger weltweit auf die Felder ausgetragen. Tendenz stark steigend.

Und jetzt kommt das große ABER: Phosphor ist ein endlicher Rohstoff.

Je nach Schätzung reichen die Reserven nur noch für wenige Jahrzehnte. Bereits in 20 Jahren könnte der "Peak Phosphor", die maximale globale Phosphorproduktionsrate erreicht werden. Und anders als beim Öl, gibt es keine Alternativstoffe!

Das macht sich bereits jetzt bemerkbar und hat auch politisch hohes Konfliktpotential, da nahezu alle Abbaugebiet in nur vier (!) Ländern liegen: In Südafrika, China, Marokko und den USA. Die Welternährung liegt somit in der Hand von sehr wenigen Staaten, was die Bauern u.a. in den letzten Jahren durch Preissteigerung um bis zu 800% erfahren mussten.

Aus diesem Grund haben die Umweltministerien von Deutschland und der Schweiz beschlossen, Phosphor aus Klärschlamm zu recyceln. Bisher wurde dies nur in geringen Mengen betrieben und dann auch nur mit gereinigtem Klärschlamm als direkten Dünger.

Doch das Potential ist riesig: In den Ausscheidungen der Deutschen befinden sich jährlich 200 000 Tonnen Phosphor. Das meiste davon sammelt sich an Staustufen in Flüssen oder landet im Meer mit fatalen Folgen für die Umwelt. Würde man einen Großteil des Phosphors also direkt recyceln, könnte man nicht nur den Düngerbedarf Deutschlands (140 000 t pro Jahr) decken und uns damit unabhängig machen, sondern gleichzeitig die Umwelt schützen.

Umweltproblem Phosphor-/Stickstoffdünger

1) Gewinnung: Stickstoff und Phosphor werden wie oben erwähnt bisher vor allem durch Bergbau gewonnen. Da sie dort als Verbindungen vorliegen, ist eine chemische Veränderung notwendig, die sehr energieaufwendig ist. Allein für die Stickstoffdüngerproduktion mit dem Haber-Bosch-Verfahren wird jährlich weltweit die Energiemenge von 200 Mio. Tonnen Erdöl benötigt.

2) Direkte Treibhausgasemissionen: Durch falsche Düngerausbringung, schlechter Einarbeitung und Überdüngung reagiert Stickstoffdünger an der Luft zu Ammoniak, CO2, Methan und Lachgas.

3) Eutrophierung: Durch den großen Eintrag von Düngemittel in die Gewässer können sich Wasserpflanzen (besonders Algen und Cyanobakterien) stark vermehren. Abgestorbene Teile sinken auf den Gewässerboden und verwesen. Die Bakterien, die an diesem Vorgang beteiligt sind, entziehen dem Wasser große Mengen Sauerstoff. Dadurch entstehen regelrechte Todeszonen, v.a. in Küstengebieten. Viele Fische und natürlich Mikroorganismen sterben. Das Ökosystem gerät aus dem Gleichgewicht. (Beispiel Ostsee: Jährlich 1,4 Mio. t Stickstoff- und 600 000 t Phosphoreintrag)

4) Schwermetalle: Das Rohphosphat, dass durch den Bergbau gewonnen wird, enthält z.T. große Mengen Schwermetalle, wie Kadmium und Uran. Diese Verunreinigung kann nicht vollständig entfernt werden. Für Kadmium gibt es zwar Höchstgrenzen, für Uran allerdings nicht. So gelangen (radioaktive) Schwermetalle auf unsere Felder, reichern sich im Boden an und landen damit auch in unserer Nahrung und unserem Trinkwasser.

Den Phosphor aus dem Abwasser oder dem Klärschlamm zurückzugewinnen ist allerdings nicht so einfach und auch energieaufwendig. Deshalb liegt die Zukunft vermutlich alleine im Urin.

Wir sind also wieder bei der Schatzkammer angekommen ;) Einer Schatzkammer für die Zukunft in Sachen Düngerproduktion.

 

Neben verschiedenen Spurenelementen finden sich nämlich Kalzium, Magnesium, Kalium und vor allem Phosphor darin. Und genau um diesen Phosphor geht es den Wissenschaftlern vom Schweizer Wasserforschungsinstitut Eawag, die bereits Studien in der Schweiz und Durban betreiben. Denn den Phosphor direkt aus dem Urin zu recyceln hat viele Vorteile:

1) hohe Effizienz und wesentlich geringerer Energieaufwand, als die Produktion aus Gestein (und damit weniger Treibhausgasemissionen)

2) kostengünstiger Dünger auch in Entwicklungsländern (siehe auch Projekt "Peepoo"), Fäkalien haben Wert → verbesserte Hygienesituation u.a. durch lohnenswerten Bau von Trockentoiletten

3) Unabhängigkeit gegenüber den "Phosphorstaaten"

4) weniger Schwermetallbelastung, da die Konzentration in "Recyclingphosphor" viel geringer ist

5) es entsteht nährungsweise ein Phosphorkreislauf

6) weniger Phosphoreintrag in die Gewässer; die Umwelt wird geschont

Die Zukunft liegt demnach darin, auch in Industrieländern auf Trockentoiletten zu setzen, bzw. Urin und Kot getrennt voneinander zu sammeln. Gerade in großen öffentlichen Gebäuden, wie Flughäfen, Bahnhöfen oder Bürokomplexen ist dies anscheinend relativ leicht umzusetzen. Und auch entlegene Häuser, die nicht an die Kanalisation angeschlossen sind, könnten so Teil eines Phosphorkreislaufs werden.Zudem könnte auch tierisches Urin einbezogen werden.

Dieses Urinsammelnetz soll in den nächsten Jahren ausgebaut werden und könnte sich im Angesicht der Möglichkeiten durchaus auch finanziell lohnen. Aus "Urin der Abfallstoff" könnte "Urin, das flüssige Gold" werden.

 

 

Einen etwas anderen Ansatz verfolgt der spanische Chemiker Manuel Jiménez Aguilar: Er möchte aus Urin Stickstoffdünger herstellen. Dieser Dünger muss sehr energieaufwendig hergestellt werden (siehe oben) und ist deshalb auch nicht gerade ein Klimaheld. In der industriellen Landwirtschaft ist er wie Phosphor aber unverzichtbar, da er einen wichtigen Baustoff für die Pflanze darstellt, das Bodenleben fördert und das Pflanzenwachstum beschleunigt. Jährlich werden deshalb ca. 100 Mio. Tonnen Stickstoffdünger benötigt.

Moment mal wird der aufmerksame Leser jetzt vielleicht denken. Im Urin ist doch gar kein Stickstoff enthalten!

Richtig, aber Aguilar hat ein intelligentes Verfahren entwickelt, um mithilfe von Urin und den Abgasen von Kohlekraftwerken genau das zu bewerkstelligen. Im Urin befindet sich sogenannter Harnstoff (CH4N2O), eine organische Verbindung, die u.a. beim Abbau von Aminosäuren entsteht und im Urin ausgeschieden wird. Damit dieser Stoff nicht an der Luft zerfällt, wird im Verfahren 1-2 % Alpechin beigemengt, ein Abfallstoff, der bei der traditionellen Olivenölproduktion, aber auch bei der Rumherstellung oder der Bierbrauerei entsteht. Dieses Gemisch soll dann als wässrige Lösung zum Beispiel in Kühltürme von Kohlekraftwerken geleitet werden. Bei Temperaturen um die 35°C entsteht aus einem Molekül Harnstoff ein Molekül Ammoniumhydrogencarbonat (NH4HCO3) und ein Molekül Ammoniak. Dieses Molekül Ammoniak kann wiederum ein Molekül CO2 binden und reagiert ebenfalls zu Ammoniumhydrogencarbonat (NH4HCO3).

NH3 + CO2 + H2O -------->  NH4HCO3

Dieser Stoff kann als Stickstoffdünger verwendet werden und eignet sich besonders für basische, kalkhaltige Böden.

Aus den drei Abfallstoffen Urin, Kohlenstoffdioxid und Olivenölrestwasser entsteht ein perfekter Ammonium-Nitrat-Kalium-Dünger. Wenn das kein erfolgreiches Recycling ist.

Die Idee ist aktuell noch in der Forschungsphase; Optimierungen sollen die CO2-Aufnahme bis um das Zehnfache steigern. Experimentiert wird dabei mit Druck, aber zum Beispiel auch mit Hühnerkot. Der Düngerpreis würde sinken und wie beim Phosphor könnte auch hier Energie und damit Treibhausgase gespart werden und die Situation in Entwicklungsländern verbessert werden. Sogar Modelle zur Reduzierung von Fahrzeugemissionen stehen im Raum. Doch auch für dieses Projekt wäre ein anderes Abwassersystem, mit einer Trennung von Urin und Kot unverzichtbar.

 

Rückhalt aus der Bevölkerung ist dabei durchaus gegeben.

Auch wenn es erst einmal komisch klingt: Trockentoiletten sind die Klos der Zukunft -  nicht nur im Bezug auf die Recyclingideen - schließlich spülen wir täglich ein Drittel unseres Trinkwassers im wahrsten Sinne des Wortes das Klo hinunter.

 

 

Ich bin auf jeden Fall gespannt, was die Zukunft bringt. Diese grünen Innovationen haben meiner Meinung nach auf jeden Fall Potential. Und wie ihr alle wisst, müssen wir genau auf solche Ideen bauen, um das 2°C-Limit zu schaffen.

Dieses Ziel hat auch der 2°Campus, der heute in eine neue Runde startet!!!

Wie die letzten drei Jahre werden wieder zwanzig Jugendliche in den Bereichen Energie, Wohnen, Mobilität und Ernährung an Lösungen zur Senkung der Treibhausgasemissionen forschen. Also seid dabei! Die Gruppe wird Euch wieder mit tollen Artikeln und Bildern an ihren Erlebnissen teilhaben lassen.

Und den Teilnehmern des 2°Campus 2015 kann ich als Alumni (2014) nur eins mit auf den Weg geben: Seid offen für Neues, sammelt Erfahrungen und Wissen, nutzt die Chance zum Forschen und habt vor allem einfach nur Spaß! :D

 

Bildquellen:

Titelbild: ©via flickr_Carmen Eisbär

andere Bilder in Erscheinungsreihenfolge: ©via flickr_Isengardt, ©via flickr_Scoobay, ©via flickr_Andreas Zachmann, ©via flickr_Drakt Kranre, ©via flickr_Isengardt, ©via flickr_Glò, ©via flickr_Michael Hanscom, ©via flickr_dé.wé.

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Kommentare (9)
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10.04.2015
Ivonne hat geschrieben:
Danke für diesen toll geschriebenen und sehr interessanten Bericht. Dünger ist neben Boden und Wasser eines DER Zukunftsthemen. Ich finde, du hast zwei interessante Lösungsansätze gezeigt. Wahnsinn, was alles dabei herauskommt, wenn man Chemie versteht. :-)
09.04.2015
tricky_thuy hat geschrieben:
Danke für diesen tollen Bericht! Ich hoffe sehr, dass sich diese Technologien durchsetzen werden. Wenn man es schafft, Trockentoiletten in der Stadt zu verteilen, die nicht unhygienisch und nicht schlecht riechen (was erstmal unglaublich klingt), könnte man nicht nur das "Düngerproblem" lösen, sondern auch das typische Stadtbewohner-/Touristenproblem - der Mangel von öffentlichen Toiletten.
30.03.2015
Lunallly hat geschrieben:
Hätte ich nicht gedacht das Urin was derart nützliches an sich hat. Vor ein paar Jahren war ich mit meiner Schule in einer Kläranlage und meine mich entsinnen zu können, dass die dort meinten, dass man den Klärschlamm als Dünger benutzen könnte. Echt ein interessanter Bericht. ;)
30.03.2015
Puma hat geschrieben:
Meine Güte,hört sich das interessant an!Ich bin ja ganz begeistert :) Ok, zugegebenermaßen fand ich das beim ersten lesen irgendwie eklig, aber mit immer weiterem lesen konnte ich mich immer mehr für diese Idee begeistern! :) Auf jeden Fall vielen vielen Dank für den Bericht! :D
30.03.2015
Johannisbeere1502 hat geschrieben:
Danke für diesen interessanten Bericht! Spannend und vor allem super nachvollziehbar geschrieben :-) Es wird ja immer wieder von solchen grünen Innovationen berichtet, ich hoffe, dass einige auch wirklich nachhaltig umgesetzt werden!!!
30.03.2015
Alexina hat geschrieben:
Toller Bericht, danke! Ich bin vor zwei Jahren auf einer Wwoof-Farm gewesen, die dieses System schon umsetzten und den Urin tatsächlich als Dünger nutzen. Die Trockentoiletten sind auch weder unhygienisch noch riechen sie, da der Urin von den Exkrementen getrennt wird. Es wäre toll, wenn solche Klos auch in der Stadt ermöglicht werden.
Ich kann zu dem Thema noch die Seite http://www.humanurehandbook.com (ist auf Englisch) empfehlen.
30.03.2015
Franiz hat geschrieben:
Dein Bericht ist echt sehr gut gelungen! Ich konnte ihn auch ohne das nötige Wissen gut nachvollziehen. Mir war die Problematik von Phosphor bisher auch gar nicht bekannt. Bin aber auch gespannt wie sich diese Idee in der Zukunft durchsetzt. Trockentoiletten sind die Zukunft! ;)
30.03.2015
Cookie hat geschrieben:
Danke für den tollen Bericht! Du hast das auch für Leute mit weniger Ahnung von Naturwissenschaften (so wie mich ;) ) total verständlich erklärt und der Ansatz ist einfach super interessant. Wer hätte gedacht, dass etwas, was wir meistens als ekligen Abfall ansehen, so wertvoll sein kann? Ich bin auf jeden Fall gespannt, wie sich die Idee noch entwickelt.
29.03.2015
Jayfeather hat geschrieben:
Super Bericht!!
Die Phosphorproblematik war mir vorher gar nicht bewusst und auch nicht, dass man Urin für die Düngerproduktion verwenden kann.
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