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Um den separat gesammelten Urin aufzubereiten und die Nährstoffe in geeigneter Form zurückzugewinnen, haben schon verschiedene Forschungslabors Verfahren entwickelt. Allerdings war die Nährstoffrückgewinnung aus Urin ausserhalb der Labors kaum bekannt, geschweige denn in grösserem Massstab erprobt. Ziel der Laborverfahren war bis anhin, gezielt einzelne Nährstoffe aus dem Urin zu gewinnen. Das Projekt in Durban gab den Anlass, auch für den im Eawag-Hauptgebäude gesammelten Urin eine Verwertung jenseits von Laborexperimenten zu suchen. Statt einzelne Nährstoffe aus dem Urin zurückzugewinnen, entwickelten wir ein neues Verfahren: das Wasser im Urin von den Nährstoffen zu trennen. Zurück bleiben alle Nährstoffe in einer konzentrierten Lösung.
Die Herstellung von Dünger funktioniert in zwei Schritten. Zuerst wandeln Bakterien die Hälfte des Stickstoffs, der im Urin als Ammonium vorliegt, in Nitrat um. Diesen Nitrifikation genannten Prozess wenden auch Abwasserreinigungsanlagen an. Im zweiten Schritt wird die Flüssigkeit verdampft, um alle Nährstoffe in einer Lösung einzudicken. Die teilweise Nitrifikation reicht, um den Stickstoff zu stabilisieren. Ohne diese würde sich der Stickstoff während der Zwischenlagerung und Verdampfung in Form von Ammoniakgas verflüchtigen. Auch verliert der Urin durch die Stabilisierung seinen penetranten Geruch [5].
Im Untergeschoss des Forums Chriesbach bereiten wir auf diese Weise den Urin der Eawag-Mitarbeitenden auf. Zwei transparente Kunststoffbehälter beherbergen dort die Bakterien, die für den Nitrifikationsprozess zuständig sind (Abb. 1). In den Behältern bieten schwebende Kunststoffteilchen den Bakterien ein Substrat, das sie besiedeln können. Druckluft versorgt die Bakterien mit Sauerstoff und durchmischt gleichzeitig den Urin im Behälter. Anschliessend fliesst der stabilisierte Urin in einen Verdampfer. Dieser trennt rund 97 Prozent des Urinvolumens als destilliertes Wasser ab, das wieder zurück in die Toilettenspülung fliesst. In den restlichen 3 Prozent Wasser sind alle Nährstoffe enthalten. Aus 1000 Litern Urin sind 30 Liter eines hochkonzentrierten Flüssigdüngers entstanden [6].
Erste Praxistests bestanden
In ersten Tests hat sich der Urindünger bereits bewährt. Im Vergleich zu synthetischen Produkten schnitt er sehr gut ab (Abb. 5a) [7]. Er enthält alle für das Pflanzenwachstum nötigen Substanzen: neben den wichtigsten Nährstoffen – Stickstoff, Phosphor und Kalium – zahlreiche Spurenelemente wie Eisen, Zink oder Bor, die wesentlich zum guten Gedeihen einer Pflanze beitragen (Abb. 5b). Schwermetalle kommen dagegen kaum vor. Im Urin vorkommende Bakterien werden während der Nitrifikation abgetötet [8]. Zudem wird das Vuna-Produkt während der Destillation pasteurisiert. Dadurch werden alle Viren abgetötet, welche die Nitrifikation überlebt haben.
Eine Herausforderung gilt es allerdings noch zu meistern: Arzneimittelrückstände. Je nach Herkunft des Urins und Verwendungszweck des Düngers wird es notwendig sein, einen weiteren Verfahrensschritt hinzuzufügen, um diese zu entfernen. Im Labor haben wir Arzneimittelrückstände bereits erfolgreich mit Aktivkohle entfernt. Nun werden wir das Verfahren auch noch in der Pilotanlage testen.