Wie Umweltpreisträger Klaus Vossenkaul die Abwasserreinigung revolutioniert
Membranfiltration gilt seit Jahren als die technisch überlegene Methode der Abwasserreinigung. Trotzdem wird sie in den meisten Kläranlagen nicht eingesetzt: Sie war bislang zu teuer und verbrauchte zu viel Energie. Klaus Vossenkaul hat dieses Problem mit seiner Firma Membion GmbH gelöst und erhält dafür den Deutschen Umweltpreis 2026 der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU). Seine neu entwickelte Membrantechnologie senkt den Energieverbrauch um bis zu 90 Prozent, reduziert den Flächenbedarf auf ein Viertel und liefert deutlich saubereres Wasser. Der erste Großauftrag aus Wolfsburg zeigt: Die Innovation ist bereit für den breiten Einsatz und könnte zukünftig Arbeitsplätze schaffen.
In Deutschland fallen jährlich mehr als 8 Milliarden Kubikmeter Abwasser an, die in Kläranlagen gereinigt werden. Mehr als die Hälfte davon stammt aus Haushalten und Betrieben, knapp die Hälfte ist Niederschlagswasser aus der Regenwasserkanalisation. Dieses Abwasser stellt gerade in Zeiten des Klimawandels mit großen Trockenperioden eine wertvolle Ressource dar.
Die Abwasserreinigung erfolgt meist in den folgenden Stufen: Zunächst werden grobe Verschmutzungen und Fette abgeschieden. Dann kommt eine biologische Stufe, in der Bakterien alle biologisch abbaubaren Stoffe, wie Kot oder Urin, zu Kohlendioxid und Stickstoff abbauen. Dabei entsteht eine große Menge an Schlamm, der in Absetzbecken langsam zu Boden sinkt. Das saubere Wasser im oberen Teil der Absetzbecken wird dann in Flüsse oder Bäche eingeleitet.
„Abwasser ist eine wichtige Ressource “ – Klaus Vossenkaul im Video
In wenigen Fällen gibt es statt des Absetzbeckens auch heute schon Membrananlagen. Die Membranen sind Kunststofffolien mit sehr vielen kleinen Poren. Sie funktionieren wie ein Sieb, das so kleine Poren hat, dass sogar Bakterien oder Mikroplastik zurückgehalten werden. Mit der Membranklärung wird das Wasser deutlich sauberer als mit den üblichen Absetzbecken. Die Membranklärung kommt daher vor allem dort zum Einsatz, wo eine besonders hohe Wasserqualität gefordert ist – etwa, wenn die Kläranlage in einem Trinkwassereinzugsgebiet liegt.
So auch bei der Kläranlage in Konzen, ganz in der Nähe der Firma Membion: Dort wird das geklärte Wasser in einen Bach eingeleitet, dessen Wasser in einem Stausee für die Trinkwassergewinnung mündet. Die Membranklärung würde überall in Deutschland die Wasserqualität deutlich erhöhen. Eine flächendeckende Einführung scheiterte bislang jedoch an den hohen Kosten und insbesondere dem hohen Energieverbrauch der Membrantechnik.
Hier setzt die innovative Technologie von Klaus Vossenkaul mit der Firma Membion an. Er hat die Membrantechnologie so optimiert, dass sie nun auch bei großen Kläranlagen in Deutschland breit einsetzbar ist. Einen ersten Großauftrag hat Membion aus Wolfsburg erhalten, wo eine Kläranlage ausgerüstet wird, die für die Abwasserbelastung von 220.000 Einwohnern ausgelegt ist.
Die Probleme der Membrantechnologie entstanden insbesondere dadurch, dass die Membranfilter durch den Schlamm der Kläranlagen verstopfen. Die Membranen müssen deshalb gespült werden. Dies geschieht durch Luftblasen, die an den Membranen vorbeiströmen und dabei den Schlamm mitreißen.
Die Lösung: Jetsplash® – eine neue Spültechnik der Membranen
Klaus Vossenkaul hat die Spültechnik der Membranen neu konzipiert. Die Membranen bei Membion – wie auch bei anderen führenden Membranherstellern – sind keine flachen Folien, sondern liegen auf der Außenseite von wenigen Millimeter dünnen Röhrchen, die aussehen wie Spaghetti, aber hohl sind wie Makkaroni. Auf dem porösen Trägermaterial dieser Miniröhrchen sitzt außen eine hauchdünne Filtermembran, die Schlamm, Bakterien und Mikroplastik zuverlässig vom sauberen Wasser trennt.
Diese Miniröhrchen (Ultrafiltrations-Hohlfasermembranen) sind zu großen Bündeln zusammengefasst. Unten sind die Röhrchen fest verbunden, dort wird auch das saubere Wasser aus dem Inneren abgeführt. Am oberen Ende sind die Röhrchen jeweils einzeln verschlossen. In rund 20 × 20 cm großen Rechteckrohren mit ca. 1,80 m Länge sind mehr als 1 600 dieser Miniröhrchen gebündelt. In einem Modul sind auf diese Weise 18 Quadratmeter Membranfläche untergebracht.
„Röhrchen, die aussehen wie Spaghetti“ – Klaus Vossenkaul erklärt die Membrantechnologie
Der Schlamm bewegt sich auf der Außenseite der Miniröhrchen. Auch hier erfolgt die Spülung der Membranen prinzipiell durch Lufteintrag – allerdings nicht kontinuierlich, sondern über ein Geysir-Element: Dort sammelt sich die eingetragene Luft und wird dann in regelmäßigen Abständen als intensiver Schwall freigegeben. Dieser Schwall, von Vossenkaul JetSplash® genannt, beschleunigt punktgenau den aufkonzentrierten Schlamm auf der Außenseite der Röhrchen durch einen kurzen kraftvollen Puls und entfernt ihn hochwirksam von der Membranoberfläche. Zudem sind die Miniröhrchen am oberen Ende frei beweglich – ähnlich wie Seegras. Da es dort keine Befestigungen gibt, können sich auch keine Fasern oder Haare verfangen, die die Membranbündel verstopfen könnten.
Auf der Kläranlage in Konzen wurde die neue, mehrfach patentierte Technologie erprobt
Auf der Kläranlage in Konzen wurde die neue, mehrfach patentierte Technologie direkt neben der bisher üblichen Membrantechnologie erprobt. Die Vorteile wurden deutlich: Der Energieverbrauch für die Spülung der Membranen wurde um mehr als 90 Prozent reduziert. Die Wasserqualität ist deutlich besser als bei der Klärung mit normalen Absetzbecken und der Flächenbedarf sinkt auf rund ein Viertel im Vergleich zur bisherigen Technologie.
Ein zentraler Punkt der Innovation ist zudem, dass die Membranen auf den Miniröhrchen und die Module vollautomatisiert produziert werden können. Hierzu wurde eine komplett neue Anlagentechnik entwickelt. Zu den Herausforderungen zählten die Entwicklung der Seegras-Bündelung der Miniröhrchen, das Verschließen von deren oberem Ende sowie die Entwicklung eines flexiblen Baukastenmoduls aus Geysir-Elementen und Membranbündeln. Das gesamte System muss zudem rund 10 Jahre im kontinuierlichen Betrieb zuverlässig funktionieren.
Sauberer, energiesparend und bezahlbar – Klaus Vossenkaul zur neuen Technologie im Praxistest
Mit dieser neuen Technologie kann die Membranfiltration nun so preisgünstig produziert werden, dass sie die bisher übliche Nachklärung mit Absetzbecken ersetzen kann. Auch der Energieverbrauch wurde so weit reduziert, dass er in ähnlichen Größenordnungen liegt wie beim Betrieb der Absetzbecken.
Zudem können mit dieser neuen Technologie viele neue Arbeitsplätze in Deutschland entstehen. Membion beschäftigt aktuell bereits 40 Mitarbeitende, bis Ende 2026 sollen es 60 sein. Geplant ist zudem bereits die Produktion in deutlich größerem Maßstab: Die Membranbündel und Geysir-Elemente sollen künftig in großen Edelstahl-Containern zusammengefasst werden, die vollständig in der Fabrik vorgefertigt werden können. Diese Container lassen sich anschließend in sehr kurzer Zeit auf der Kläranlage aufstellen und anschließen. Der verwendete Stahl ist zudem – im Gegensatz zu dem sonst bei Kläranlagen üblichen Beton – gut recycelbar.
Vossenkauls Technologie macht eine überlegene Lösung für große Kläranlagen wirtschaftlich
Abwasser ist leider auch mit einigen Schadstoffen belastet. Diese stammen aus vielfältigen Quellen wie Arzneimitteln, Kosmetika, Chemikalieneinträgen oder aus Plastik, das sich zu Mikroplastik zersetzt. Die europäische Kommunalabwasserrichtlinie fordert daher eine Entfernung dieser Stoffe – dafür ist eigentlich eine zusätzliche vierte Reinigungsstufe notwendig. Häufig wird hierfür Aktivkohlegranulat eingesetzt, an das sich die Schadstoffe binden.
Die Membrantechnologie von Membion kann dies gleich mit erledigen: Mikroplastik wird ohnehin zurückgehalten, einige Schadstoffe werden zudem über den Schlamm ausgeschleust. Um auch die restlichen Schadstoffe deutlich zu reduzieren, kann dem Abwasser eine kleine Menge Pulveraktivkohle zugefügt werden, das diese bindet. Die feinverteilte Aktivkohle wird anschließend zusammen mit dem Schlamm durch die Membran abgeführt.
Die von Klaus Vossenkaul entwickelte Technologie macht eine technisch überlegene Lösung auch für große Kläranlagen wirtschaftlich – mit spürbaren Folgen für Wasserqualität, Flächenverbrauch und Energiebilanz. Das Ergebnis: deutlich saubereres Wasser, weniger Flächenbedarf, geringerer Energieverbrauch, eine spürbare Ressourcenschonung und viele zukunftssichere Arbeitsplätze in Deutschland.