Fachhochschule Erfurt
Fakultät Bauingenieurwesen und
Konservierung/Restaurierung
Professur Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik
Altonaer Str. 25
99085 Erfurt
Menschliche Ausscheidungen werden in der gegenwärtigen Siedlungswasserwirtschaft überwiegend als zu entsorgende Problemstoffe behandelt, obwohl sie insbesondere in Form von Urin eine hochkonzentrierte Quelle der für die Landwirtschaft zentralen Nährstoffe Stickstoff und Phosphor darstellen. Mit dem Projekt „Urine 2 Fertilizer@home – Düngemittelgewinnung aus Urin auf Hausbasis“ wird ein Ansatz verfolgt, diese bislang ungenutzten Potenziale im häuslichen Maßstab zu erschließen und gleichzeitig die Belastung zentraler Abwassersysteme zu verringern. Ausgangspunkt sind globale Herausforderungen wie der steigende Bedarf an mineralischen Düngemitteln, die energieintensive Herstellung synthetischer Stickstoffdünger und die geopolitisch angespannte Versorgung mit Rohphosphat, die eine stärkere Kreislauforientierung der Düngemittelproduktion erforderlich machen. Durch eine separate Erfassung und gezielte Behandlung von Urin können große Anteile der im kommunalen Abwasser enthaltenen Nährstofffracht zurückgewonnen, Transportaufwände reduziert und zugleich Einträge von Stickstoff in Gewässer verringert werden.
Das Vorhaben setzt an dieser Schnittstelle von Abwasserbewirtschaftung, Ressourcennutzung und Klimaschutz an und adressiert damit direkt die Sustainable Development Goals SDG 6 „Sauberes Wasser und Sanitäreinrichtungen“ sowie SDG 11 „Nachhaltige Städte und Gemeinden“. Im Zentrum steht die Adaption und Erprobung ¥einer kompakten Urinaufbereitungsanlage, die auf Hausbasis in bestehende Gebäude- und Heiztechnik integriert wird und getrennt gesammelten Urin durch alkalische Stabilisierung und energieeffiziente Verdunstung in ein mineralisches Düngemittelprodukt mit hoher Pflanzenverfügbarkeit überführt. Indem das System Wärmeüberschüsse aus Heizanlagen und vorhandene Abluftströme nutzt, soll eine erhebliche Volumenreduktion bei gleichzeitig hohem Rückgewinnungsgrad von Stickstoff und Phosphor erreicht werden, ohne zusätzliche Emissionen von Ammoniak oder Geruchsbelastungen zu verursachen. Die Innovation liegt dabei in der konsequent dezentralen, haushaltsnahen Umsetzung eines technologisch erprobten Evaporationsverfahrens, das bislang vor allem unter wärmeren klimatischen Bedingungen oder in Spezialanwendungen eingesetzt wurde, sowie in der Kombination mit einem belastbaren Konzept zur Evaluierung der Düngemittelqualität und zur späteren Markteinführung urinbasierter Recyclingdünger.
Kern des Projektes ist die Konzeption, der Bau und die Erprobung einer kompakten Urinaufbereitungsanlage, die in die hausinterne Infrastruktur eingebunden wird und getrennt erfassten Urin in ein lager- und transportfähiges Düngemittelprodukt überführt. Ausgehend von bestehenden Verdunstungs- und Stabilisierungskonzepten wird im ersten Projektabschnitt eine Behandlungseinheit entwickelt, die eine alkalische Stabilisierung mit energieeffizienter Evaporation kombiniert und dabei Wärme aus dem Heizsystem sowie vorhandene Abluftströme nutzt, um Volumen und Masse des Stoffstroms deutlich zu reduzieren. Parallel werden Anforderungen an Leitungsführung, Speicherbehälter, Zu- und Abluft, Geruchsschutz, Platzbedarf sowie die Einbindung in unterschiedliche häusliche Heizungssysteme analysiert und in ein modulares Anlagenkonzept überführt.
Im nächsten Schritt erfolgt der prototypische Anlagenbau in Kooperation von Hochschul- und Unternehmenspartnern. Daran schließt ein etwa elfmonatiger Feldversuch in einem Einfamilienhaus an, der Sommer- und Winterbetrieb umfasst und reale Nutzungsbedingungen abbildet, um Systemverhalten im Dauerbetrieb, potenzielle Störungen, Nutzungsakzeptanz und Wartungsroutinen zu bewerten. Begleitend werden Stoff-, Wärme- und Energiebilanzen erstellt, um Einsparpotenziale gegenüber der konventionellen Abwasserbehandlung zu quantifizieren, und die erzeugten Recyclingdünger werden hinsichtlich Nährstoffgehalten, Pflanzenverfügbarkeit, hygienischer Unbedenklichkeit sowie Schadstoff- und Spurenstoffbelastung analysiert.
Auf Basis standardisierter Pflanzversuche werden die agronomische Wirksamkeit und Anwendungsszenarien des Düngemittelprodukts untersucht, etwa als Einzelprodukt oder in Kombination mit anderen Recyclingdüngern, um tragfähige Verwertungspfade abzuleiten. Parallel werden die relevanten regulatorischen Rahmenbedingungen ausgewertet und Anforderungen für eine mittel- bis langfristige Zulassung urinbasierter Düngemittelprodukte sowie für einen rechtssicheren Betrieb der Hausanlage skizziert. Die technischen, ökologischen und ökonomischen Ergebnisse fließen in eine integrierte Nachhaltigkeitsbewertung ein, aus der ein Konzept für eine Demonstrationsanlage, ein skalierbares Produktdesign sowie ein Geschäftsmodell für die zukünftige Vermarktung der Technik und der dezentral erzeugten Düngemittel abgeleitet werden.