Urine2Fertilizer@home - Entwicklung einer Urinaufbereitungsanlage für die Integration in bestehende Gebäudetechnik zur Rückgewinnung von Nährstoffen und Düngemittelherstellung

Kurzbeschreibung

Das Projekt zur Entwicklung einer Urinaufbereitungsanlage auf Hausbasis leistet einen wichtigen Beitrag zur Bewältigung globaler Herausforderungen in den Bereichen Abwasserbewirtschaftung und Ressourcennutzung. Ziel ist es, neue Wege zur Rückgewinnung wertvoller Nährstoffe zu erschließen und so ökologische wie soziale Aspekte der Nachhaltigkeit zu fördern.

Ein zentraler Beweggrund des Projekts ist die ökologische Nachhaltigkeit: Durch die Rückgewinnung von Nährstoffen aus Urin kann der Einsatz mineralischer Düngemittel reduziert und damit die Umweltbelastung verringert werden. Gleichzeitig adressiert das Projekt die zunehmende Knappheit von Nährstoffen als globale Herausforderung und zeigt innovative Lösungsansätze auf, wie Abwasser künftig als Ressource genutzt werden kann.

Während herkömmliche Abwassersysteme Potenziale wie die Rückgewinnung von Nährstoffen oder die Nutzung von Abwärme aus Grauwasser bislang ungenutzt lassen, setzt das Projekt genau hier an. Es leistet damit einen direkten Beitrag zu den Sustainable Development Goals (SDG) – insbesondere zu SDG 6: Sauberes Wasser und Sanitäreinrichtungen sowie SDG 11: Nachhaltige Städte und Gemeinden.

Das übergeordnete Ziel besteht in der Evaluierung und praktischen Erprobung des Verfahrens zur Urinaufbereitung unter realen Bedingungen. Die geplante Demonstrationsanlage soll zeigen, dass das System alltagstauglich ist und die angestrebten Ziele in Bezug auf Ressourcenschonung und Umweltschutz tatsächlich erreicht werden können.

Ziele und Vorgaben

Ziel des Projekts Urine2Fertilizer ist die Entwicklung eines dezentralen, energieeffizienten Systems zur Rückgewinnung von Nährstoffen aus Urin im Gebäudekontext. Aufbauend auf bisherigen Forschungsergebnissen aus Schweden und der Schweiz soll die bestehende Technologie der Evaporationseinheit für Anwendungen in klimatisch kälteren Regionen weiterentwickelt werden.

Dabei steht die Integration in bestehende Gebäudesysteme im Fokus, um eine praxisnahe und nachhaltige Lösung für die dezentrale Sanitärtechnik zu schaffen. Langfristig soll das Verfahren einen Beitrag zur Schließung urbaner Nährstoffkreisläufe, zur Ressourcenschonung und zur lokalen Düngemittelproduktion leisten.

Innovationsansatz

Der technologische Ansatz basiert auf einem Evaporationsreaktor mit Verdunstungsflächen, der bislang vor allem für freistehende Toiletten in warmen Klimazonen konzipiert wurde. Bei Umgebungstemperaturen von 20–30 °C und 40–80 % relativer Luftfeuchte konnten Evaporationsraten von 660 g/h bei einem Energieeinsatz von nur 63 kWh pro Jahr (für einen 5-Personen-Haushalt) erzielt werden. Dabei werden 95 % des Stickstoffs sowie 100 % von Phosphor und Kalium zurückgewonnen, sofern eine ausreichende Ca(OH)₂-Dosierung gegeben ist.

Die Innovation des Projekts liegt in der Anpassung und Systemintegration dieser Technologie in den europäischen Gebäudekontext. Durch die Nutzung vorhandener Heizsysteme, automatisierte Betriebsabläufe und optimierte Luftführung soll die Verdunstungsleistung auch bei niedrigeren Umgebungstemperaturen gewährleistet werden.

Aufgabenfelder

Zur Erreichung der Projektziele werden folgende Arbeitsschwerpunkte verfolgt:

Integration in Gebäudesysteme: Analyse technischer Anforderungen an Leitungsführung, Speicherung, Zu- und Abluft sowie Geruchsmanagement.
Energieversorgung: Entwicklung von Konzepten zur thermischen Anbindung an Heizsysteme und Effizienzsteigerung im Winterbetrieb.
Betrieb und Wartung: Minimierung der Betriebsaufwände durch Automatisierung, sichere Substratentnahme und wartungsarme Komponenten.
Produktcharakterisierung: Untersuchung von Mikroschadstoffen, Bewertung der Umwelt- und Pflanzenverträglichkeit sowie Vorbereitung von Zulassungsverfahren für den Einsatz als Düngemittel.

Wissenschaftlicher Beitrag

Das Projekt Urine2Fertilizer leistet einen bedeutenden Beitrag zur Weiterentwicklung nachhaltiger Sanitärsysteme im europäischen Raum. Es verbindet stoffliche Ressourcennutzung, Energieeffizienz und Gebäudetechnik zu einem integrierten Gesamtkonzept. Neben der technischen Weiterentwicklung werden wissenschaftliche Erkenntnisse zu folgenden Aspekten erwartet:

Verhalten und Verbleib von Mikroschadstoffen während der Evaporation,
Optimierung der Nährstoffrückgewinnung unter wechselnden Klimabedingungen,
Bewertung der Langzeitstabilität und Qualität der erzeugten Düngemittelprodukte,
sowie Grundlagen zur rechtlichen und ökologischen Einordnung der Verfahren im Kontext der europäischen Düngemittelgesetzgebung.

Damit trägt das Projekt zur wissenschaftlichen Fundierung zirkulärer Sanitärtechnologien und zur Förderung dezentraler Ressourcenwirtschaft in der gebauten Umwelt bei.