Sachverhalt:
A. Das Bezirksgericht Arbon sprach X._ am 6. Oktober 2008 vom Vorwurf der Widerhandlung gegen das Umweltschutz- (USG) und das Gewässerschutzgesetz (GSchG) frei.
Auf Berufung der Staatsanwaltschaft des Kantons Thurgau büsste das Obergericht des Kantons Thurgau X._ am 10. September 2009 wegen fahrlässiger Widerhandlung gegen das USG mit Fr. 600.--. Zudem verpflichtete es ihn, die Kosten der Strafuntersuchung von Fr. 800.-- und eine Verfahrensgebühr von Fr. 1'500.-- zu zahlen.
B. Das Bundesgericht hiess eine Beschwerde von X._ am 9. Juli 2010 teilweise gut. Es hob den angefochtenen Entscheid auf, weil die Vorinstanz die Verfahrensgebühr mangelhaft begründet hatte (Verletzung von <ref-law>).
In seinem neuen Entscheid vom 16. August 2010 auferlegte das Obergericht X._ erneut eine Gerichtsgebühr von Fr. 1'500.--.
C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen und beantragt, der angefochtene Entscheid sei aufzuheben und die Sache zur Festsetzung einer angemessenen, tieferen Verfahrensgebühr an die Vorinstanz zurückzuweisen.

Erwägungen:
1. Der Beschwerdeführer beanstandet, die Vorinstanz habe den Freispruch im Hauptpunkt (Strafantrag: 20 Tagessätze Geldstrafe zu Fr. 50.--) bei der Festsetzung der Verfahrensgebühr nicht gehörig berücksichtigt. Sie habe die Verurteilung wegen der Übertretung als erheblicher eingestuft, obwohl diese im Vergleich zum Freispruch von einem Vergehen vernachlässigbar sei. Dies lasse darauf schliessen, dass die Vorinstanz den Beschwerdeführer trotz des Freispruchs habe bestrafen wollen und ihm deshalb willkürlich die vollständige Verfahrensgebühr auferlegt habe, wie bei einem vollständigen Schuldspruch. Damit verstosse die Vorinstanz gegen § 57 und 60 StPO/TG und die Unschuldsvermutung (<ref-law> und Art. 6 Ziff. 2 EMRK).
2. Der Beschwerdeführer stützt seine Argumentation auf die Erwägung der Vorinstanz, der Freispruch betreffend das GSchG könne nur in geringem Ausmass berücksichtigt werden, da eine zusätzliche Verurteilung wegen Widerhandlung gegen das GSchG nur eine relativ geringfügige Erhöhung der Strafe zur Folge gehabt hätte.
Isoliert betrachtet, ist diese Erwägung fragwürdig, zumal die Staatsanwaltschaft für die Gewässerverschmutzung eine Geldstrafe von 20 Tagessätzen beantragt hatte. Im gleichen Zusammenhang berücksichtigte die Vorinstanz den Freispruch zudem nur in geringem Ausmass, weil es um denselben Sachverhaltskomplex ging. Dies ist nicht zu beanstanden. Dass sie dem Beschwerdeführer die vollständige Verfahrensgebühr auferlegt hat, trifft jedoch nicht zu:
Für eine erstinstanzliche Verurteilung vor Obergericht inklusive Augenschein sieht die Vorinstanz einen Gebührenrahmen von Fr. 1'600.-- bis Fr. 2'100.-- vor und im konkreten Fall einen solchen von Fr. 1'300.-- bis Fr. 1'700.--. Die teilweise Entschädigung beziffert sie auf höchstens Fr. 100.--. Der Schuldspruch wegen fahrlässiger statt vorsätzlicher Begehung war "kaum von Belang" und wurde von den Parteien gar nicht verhandelt (angefochtener Entscheid S. 5 f. lit. g). Diese Punkte ficht der Beschwerdeführer nicht an.
Die auferlegte Verfahrensgebühr von Fr. 1'500.-- entspricht dem konkreten Mittelwert. Der Mittelwert der vollen Gebühr beträgt Fr. 1'850.--. Subtrahiert man davon Fr. 100.-- für die teilweise Entschädigung und allenfalls noch Fr. 50.-- für die fahrlässige Begehung, resultiert für den konkreten Fall eine volle Gebühr von Fr. 1'700.--. Da die Vorinstanz vom Beschwerdeführer eine tiefere Gebühr erhob, hat sie den Freispruch bei der Kostenauflage mitberücksichtigt. Damit erweist sich der Vorwurf als unbegründet, sie habe willkürlich die volle Verfahrensgebühr verfügt bzw. die Unschuldsvermutung verletzt.
3. Die Beschwerde ist unbegründet.
Weil die vorinstanzliche Begründung (siehe E. 2 am Anfang) den Beschwerdeführer veranlasste, das Rechtsmittel einzureichen, ist von einer Kostenauflage abzusehen (<ref-law>). Damit ist das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege gegenstandslos.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Es werden keine Kosten erhoben.
3. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Thurgau schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 10. Februar 2011
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Favre Borner