Wasserstoff aus Kläranlagen:
Durchbruch macht Abwasser zum Rohstoff

Aus Abwasser wird Wasserstoff: Ein Forschungsteam aus Princeton zeigt, dass selbst gereinigtes Schmutzwasser ein stabiler Rohstoff für grüne Energie werden kann - mit weniger Aufwand, weniger Kosten und ohne zusätzliches Trinkwasser.

Günstigerer Wasserstoff? Klärwerk machts möglich

Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger für Industrie und Verkehr, doch die Herstellung hat bislang einen Haken: Für die sogenannte Elektrolyse wird extrem sauberes Wasser gebraucht. Das wird in mehreren Stufen gefiltert und entsalzt - ein teurer Prozess, der vielerorts auch Trinkwasser verbraucht.

Das Team um Z. Jason Ren an der Princeton University wollte wissen, ob es auch anders geht. Gemeinsam mit der Doktorandin Lin Du testeten die Forschenden ein System, das nicht Reinstwasser, sondern aufbereitetes Abwasser aus Kläranlagen nutzt. In der Anlage, einem sogenannten Protonenmembran-Elektrolyseur (PEM), wird Strom durch das Wasser geleitet. Dabei spalten sich die Moleküle: Einerseits entsteht Wasserstoff, andererseits Sauerstoff.


Frühere Versuche mit Klärwerkswasser scheiterten, weil die Anlage schon nach kurzer Zeit verstopfte - ähnlich wie sich Kalk im Wasserkocher ansammelt. Calcium- und Magnesiumionen lagern sich auf der hauchdünnen Membran ab, durch die die geladenen Teilchen eigentlich wandern sollen. Das blockiert den Stromfluss und bremst die Produktion.

Der entscheidende Trick des Teams: Das Wasser wird leicht angesäuert, also mit einer winzigen Menge Schwefelsäure versetzt. Diese liefert einen Überschuss an Protonen, winzigen positiv geladenen Teilchen. Sie besetzen die Membran und verhindern, dass sich Kalkionen festsetzen. Die Säure zirkuliert im geschlossenen Kreislauf - sie wird also nicht verbraucht und gelangt nicht in die Umwelt.

Studie im Überblick

"Man muss das Wasser nur leicht ansäuern - und die Anlage läuft über 300 Stunden stabil, ohne erkennbare Probleme", erklärt Ren. Im Versuch hielt das System also mehr als zehnmal so lange durch wie frühere Ansätze. Gleichzeitig entfällt der aufwendige Entsalzungsprozess: Laut der im Fachjournal Water Research veröffentlichten Studie sinken die Aufbereitungskosten um rund 47 Prozent, der Energiebedarf um etwa 62 Prozent.

Direkter Anschluss ans Schmutzwasser

Ren und sein Team sehen darin einen Weg, Wasserstoffanlagen künftig direkt an Kläranlagen anzuschließen. Jedes Abwasserwerk könnte damit zugleich ein kleiner Energieproduzent werden - ein realistischer Baustein für eine grüne Wasserstoffwirtschaft, die Stahl- und Düngemittelproduktion oder Schwerlastverkehr klimafreundlicher macht.

Doch die Princeton-Studie ist nicht allein: Auch anderswo wird an der Nutzung von Abwasser für Energie gearbeitet. Ein Team der Nanyang Technological University (Singapur) hat in Nature Water (wir hatten berichtet) gezeigt, dass sich Klärschlamm mithilfe von Sonnenlicht und speziellen Katalysatoren in Wasserstoffgas und proteinreiche Biomasse umwandeln lässt - also Energie und Nährstoffe zugleich liefert.

Gemeinsam zeigen beide Ansätze, dass sich Abwässer von einem Problemstoff zu einer Ressource für Energie und Rohstoffe wandeln könnten - technisch anspruchsvoll, aber mit wachsender Bedeutung für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft.


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