Gärtners Goldwasser –  über die nachhaltige Nutzung von Urin

Prof. Dr. Hans-Willi Kling – © Sebastian Jarych

Wissenschaft und Forschung entdecken bis heute immer neue Vorteile der humanoiden Körperflüssigkeit. Autor Uwe Blass hat sich im Rahmen der beliebten Uni-Reihe „Transfergeschichten“ mit dem Chemiker Prof. Dr. Hans-Willi Kling über den ganz besonderen Dünger Urin unterhalten.

An der Bergischen Universität kennt sich der Chemiker Prof. Dr. Hans-Willi Kling, der die Fachgruppe Management chemischer Prozesse in der Industrie und Analytische Chemie leitet, mit den Vor- aber auch Nachteilen der menschlichen Ausscheidung aus.

Unbestritten ist der potentielle Nutzen des Urins, denn „was wir ausscheiden, ist im Prinzip Nährstoff für den Rest, d.h. wir gehen in eine Art Kreislauf hinein“, sagt der Wissenschaftler. „Das, was wir vornehmlich mit dem Urin ausscheiden ist der Harnstoff, Kohlensäurediamid kann man das auch bezeichnen, und das ist etwas, was über Bakterien abgebaut werden kann.

© Bergische Universität

Diese Bakterien sind im Boden drin. Sie setzen Ammoniumstickstoff frei, und die Pflanze kann den Ammoniumstickstoff wieder aufnehmen, kann die Proteine daraus synthetisieren. Damit ist der Kreislauf wieder geschlossen.“ Die daraus entstehende hochwertige Nahrung könne verzehrt oder als Viehfutter gereicht werden. Fleischerzeugnisse so gefütterter Nutztiere stünden dann wieder dem Menschen zur Verfügung.

Des Gärtners Goldwasser ist nicht immer zu gebrauchen

Urin kam in früheren Zeiten häufig zum Einsatz. Man nutzte ihn zum Düngen, zum Gerben von Leder, zum Herstellen von Schießpulver oder zum Gurgeln bei Halsschmerzen. Er ist in Salben enthalten und auch Mitbestandteil von Klebstoffen. Gärtner sprechen gar vom „Goldwasser“.

Damit ist Urin der prädestinierte Nachhaltigkeitsstoff. „Der Harnstoff ist das eigentliche, was wir ausscheiden“, erklärt Kling, „ein solcher Urin ist sicherlich nachhaltig zu verwenden. Gegurgelt hat man früher gerne mal, weil, wenn ich gesund bin, ist der Urin eigentlich keimfrei.“ In der Wundbehandlung verwand man ihn, um Keime herauszuwaschen, denn er war gesellschaftlich nicht so tabuisiert.

„Heute nutzt man das, was als Harnstoff bezeichnet wird, und das finden wir bei Kosmetika unter dem lateinischen Begriff Urea. Es beruhigt die Haut.“ Doch unser eigener Körpersaft kann auch Nachteile mit sich führen, denn die Ausscheidung von Harnstoff bedeutet auch die Ausscheidung von möglichen Giftstoffen, die nicht metabolisiert, also vom eigenen Körper abgebaut werden und so ungefiltert den Körper verlassen, erklärt der Chemiker.

Eine herkömmliche Kläranlage – © Pixabay

Zu diesen Stoffen zählen vor allem Medikamente. „Das ist in dem Moment ein Problem, wenn Personen relativ viele Medikamente zu sich nehmen müssen, oder dauermedikamentiert werden. Wir finden in deren Ausscheidungen dann auch diese Medikamente als solche wieder, und die gehören eigentlich nicht in die Natur, besonders dann nicht, wenn sie nicht gut abbaubar sind, weil sie den natürlichen Kreislauf stören.“ 

Urin wird intensiv in der Landwirtschaft genutzt. Gülle oder Mist, auch als biologischer Dünger bezeichnet, verhilft zu guten Ernten, wenn man es richtigmacht. „Das, was man natürlich beachten muss, ist, dass solche großen Stickstoffmengen z.B. nicht durch Regen direkt in die nächsten Gewässer gewaschen werden“, erklärt Kling. „Früher wurde der Mist einfach direkt auf dem Boden verteilt, heute wird dieser Urin durch Schlitzdüsen landwirtschaftlicher Maschinen direkt in den Boden eingebracht.

Düngen ja … aber dann richtig

Damit wird er beim nächsten Platzregen nicht ins Oberflächengewässer abgeführt, denn dort macht er genau das Gleiche, was er auf dem Acker macht, er düngt.“ Diese ungewollte Wasserstickstoffzufuhr führe unweigerlich zur Eutrophierung (Anreicherung von Nährstoffen in einem Ökosystem, Anm. d. Red.), der Teich wachse zu, der Sauerstoff reduziere sich und das Gewässer kippe um. Diese Erfahrungen habe man in den 60er und 70er Jahren des letzten Jahrhunderts gemacht.

Der Vorteil dieses natürlichen Düngers liegt für Kling auf der Hand: „Er ist biologischer Dünger. Ich greife keine anderen Ressourcen an, sondern ich führe das wieder konzentriert in den Kreislauf zurück, was da auch wieder reingehört.“

Auf der Insel Gotland in Schweden, die große Abwasserprobleme hat, gibt es ein interessantes Projekt, dass in der touristisch boomenden Haupturlaubszeit über drei Jahre hinweg bis zu 70.000 Liter Urin aus Urinalen sammelt und mit einem speziellen Verfahren daraus getrocknete Pellets als Dünger herstellen will.

Den Vorteil dieses Projektes sieht der Wissenschaftler vor allem in der Konsistenz des Düngers. „Diese Pellets sind wesentlich einfacher handhabbar als große Mengen von Urinlösung. Wenn ich so etwas trockne, dann unterliegt es nicht der Fäulnis. Ich kann es besser lagern und ausbringen.“

Neue Kläranlagen braucht das Land …

Ein Abwassertrennverfahren von Urin wird in einigen Ländern bereits durchgeführt. In den Niederlanden gibt es wasserlose Urinale, die mit der Kläranlage im Keller verbunden sind und in einem Pariser Ökoviertel hat man bereits Trenntoiletten installiert. Biologen heben die Bedeutung unserer Ausscheidungen in Bezug auf Nährstoffreichtum und industrielle Nutzbarkeit immer wieder hervor und schätzen gar, dass Menschen genügend Urin produzieren, um ein Viertel der derzeitigen Stickstoff- und Phosphordünger weltweit zu ersetzen.

Natur- und Kunstdünger sind in der Landwirtwirtschaft Usus – © Pixabay

Und doch greift trotz eines so eindeutigen Nachhaltigkeitsarguments keiner so richtig zu. Kling weiß warum: „Das würde eine komplette Umkonstruktion unser Abwasseranlagen bedeuten. Hier in Wuppertal, mit dem Barmer Trennsystem sind wir ja schon relativ weit, wir verarbeiten Regen- und Abwasser getrennt“, erläutert er. „Das Regenwasser wird dann den Oberflächengewässern zugeführt und nur mein Abwasser wird entsprechend biologisch in der Kläranlage behandelt und gereinigt.“

Eine weitere Trennung unserer Ausscheidungen müsse dann direkt beim Verbraucher durch eine dritte Leitung installiert werden. „Das ist ein enormer Aufwand und würde bedeuten, dass alles, was wir jetzt als Infrastruktur haben, entsprechend umgebaut werden müsste, weil der Eintrag in die Kläranlage sich nun einfach komplett verändert. Und das wiederum wäre eine Investition von etwas größerem Aufwand, um es einmal ganz, ganz vorsichtig zu sagen.“

Wie vermarktet man ein Tabuthema?

Unsere Ausscheidungen sind ein gesellschaftliches Tabuthema, oft auch mit Ekel verbunden. Um Urin aber tatsächlich auch nutzen zu können, bedarf es eines Umdenkens bezüglich der menschlichen Hygiene, fordern Biologen, denn wenn der Verbraucher das Produkt nicht akzeptiert, kann man es nicht vermarkten.

„Ich glaube, das hängt einfach nur mit dem Kopf zusammen“, sagt Kling spontan, „wir akzeptieren es, dass ich Stallmist und Gülle als Biodünger aufbringe. Doch wo ist der große Unterschied zwischen dem Urin einer Kuh und humanoidem Urin? Aus meiner Sicht als Chemiker ist das marginal. Es ist einfach ein ethisches Kopfproblem. Man akzeptiert, dass die Pflanze mit Biodünger gedüngt worden ist und bezahlt sogar noch mehr dafür. Aber in dem Moment, wo da auch menschliche Ausscheidungen dazu kommen, fängt es an ekelig oder anrüchig zu werden, und der Appetit lässt dann doch nach.“

Urin-Express in Zeiten des Klimawandels?

Die Methoden des Urin-Recyclings sind wichtig, weil weltweite Ressourcen zur Neige gehen. Das Mineral Phosphor dabei ist Bestandteil von Dünger, wird vom Menschen mit der Nahrung aufgenommen und ausgeschieden. Hiesige Kläranlagen arbeiten mit einem hohen Einsatz an Wasser. In der Schweiz wurde der sogenannte Urin-Express entwickelt, eine Urin-Aufbereitungsanlage auf Rädern.

Wenn es um den Ertrag geht, greifen viele Landwirte der Natur mit Dünger unter die Arme – © Pixabay

Im Urin-Express produziert ein biologisches Verfahren den Dünger für Rasen, Gärten, Parks oder Gemüse. Dünger aus Pipi leistet damit einen wertvollen Beitrag für die Umwelt und könnte im Zuge des Klimawandels eine Alternative für eine nachhaltig arbeitende Industrie sein. „Da spielt jetzt neben dem Element Stickstoff ein anderes Element eine wichtige Rolle, nämlich Phosphor“, erklärt Kling. „Stickstoff steht eigentlich in fast unbegrenzter Menge für uns zur Verfügung. Das sieht beim Phosphor ganz anders aus.“

Die Landwirtschaft arbeite augenblicklich gerne mit Kunstdüngern, deren wesentlicher Bestandteil neben dem Stickstoff das Element Phosphor ist, den der Mensch dringend brauche. „Unsere Knochen und Zähne brauchen Phosphate, aber leider sind die natürlich vorkommenden Ressourcen sehr, sehr endlich.“ Das habe auch die Politik bereits auf den Plan gerufen und es werde an Themen wie Phosphorrecycling aus Kläranlagen bereits rege geforscht. Phosphor befinde sich im Klärschlamm und es bedürfe nun Verfahren, die ihn wieder daraus extrahieren und biologisch wieder zur Verfügung stellen könnten, weiß der Chemiker.

Klärschlamm immer noch Abfallprodukt

„Das ist noch schwierig, denn Klärschlamm wird immer noch als Abfallprodukt bei der Reinigung des Wassers behandelt und meist verbrannt. Der Phosphor ist zwar in der Schlacke drin, aber nicht in einer Form, die ihn für die Pflanze verfügbar macht. Somit ziehe ich Phosphor aus diesem Kreislauf heraus.“ Es stelle sich also die Frage, wie die großen Mengen an Phosphor aus dem Klärschlamm wieder herauszubekommen seien? 

Prof. Kling weiß von Kläranlagen, die bereits ihren Klärschlamm einlagerten, weil deren Phosphatgehalt dermaßen hoch ist, dass eine Verbrennung einer Vernichtung von dringend nötigen Rohstoffen gleichkäme. „Es gibt da Verfahren“, erklärt er, „und auch wir sind mit einem externen Partner daran beteiligt. Das ist alles nicht so einfach, der Teufel steckt auch bei diesen Forschungen im Detail. Es sind neue Technologien, die muss man entwickeln, erproben und dann auch Willens sein, solche Technologien einzuführen!“

Die weltweite Nahrungsmittelproduktion hängt unmittelbar von Phosphor ab. Doch dieser wichtige Pflanzennährstoff geht zunehmend aus den Böden verloren. Hauptursache ist die Bodenerosion. Afrika, Osteuropa und Südamerika können diesen Verlust mit mineralischer Düngung nicht ersetzen.

Rinder sorgen für einen natürlichen Düngstoff – © Pixabay

„Die meisten unserer Abwässer werden geklärt und damit hätte ich dann über den Klärschlamm die Möglichkeit Phosphor wieder einzubringen. Ich glaube, der Schlüssel liegt darin, dass man das, was im Moment als Abfall anfällt, zukünftig als wertvolle Ressource betrachtet und sich Gedanken macht, wie man aus diesem Abfall wieder Wertstoffe generiert, um diese Kreisläufe komplett zu schließen.“

Düngemittelverordnung verbietet Nutzung menschlicher Ausscheidungen

In Deutschland ist vieles per Gesetz geregelt. Daher gibt es auch eine sogenannte Düngemittelverordnung (DüMV), welche vorschreibt, wie auf deutschen Feldern gedüngt wird. Menschlicher Kot und Urin sind dort verboten, auch in kompostierbarer Form. Was dem Einsatz von Düngemitteln menschlichen Ursprungs im Weg steht, ist das Problem, dass sich im Kot auch Keime, Krankheitserreger, Arzneimittelrückstände und Hormone befinden, und die dürfen nicht in den Boden gelangen.

Zwar gebe es bereits eine Risikoanalyse des Deutschen Instituts für Normung, weiß Kling, nach der es technisch ausgereifte Verfahren gebe, die mögliche Erreger beseitigten, aber der Weg bis zur Umsetzung werde ein langer sein. Das ökologische Potential ist jedenfalls hoch. Eine Kompostierung, die eher den Stoffkreislauf wieder schließt, scheint heute effektiver zu sein als der Weg über die Kläranlage. Ein auf drei Jahre angelegter Feldversuch des Brandenburger Unternehmens finizio legt in diesem Jahr erste Ergebnisse vor.

Schließen von Stoffkreisläufen ist das A und O

„Wir sind als reiches Industrieland sicherlich in der Lage, mit entsprechenden Kunstdüngern zu arbeiten. Wir können es uns leisten“, konstatiert Kling und weist gleichzeitig darauf hin, dass diese Strategie aber endlich sei. „Das, was wir uns auf lange Sicht nicht leisten können, ist die Art und Weise, wie wir es machen. Wir müssen nachhaltiger werden und Gedanken, wie das Schließen von Stoffkreisläufen intensiver aufarbeiten.“

Es werde immer alles nur unter einem wirtschaftlichen Aspekt betrachtet, aber dem Gedanken der Nachhaltigkeit müsse mehr Gewicht zukommen. „Wenn man heute auf die Böden bei uns oder auch in Europa blickt, sehen wir, dass wir natürlich bei der Intensivlandwirtschaft düngen müssen. Die Anzahl der Personen, die ernährt werden müssen, wächst stetig, aber unsere Fläche nimmt nicht zu. Daher muss ich pro Hektar mehr generieren.“

Der Klimawandel tue sein Übriges und das erlebten wir am eigenen Leibe. Trockene Sommer, das Waldsterben und unsere Wasserressourcen seien auch hier im Bergischen nicht endlos. „Wir haben zwar überall unsere Bäche, das war ja auch die Quelle der Bergischen Industrie, aber das wird in Zukunft nicht permanent so bleiben. Es gibt große Landstriche, die dann erodieren und Probleme bekommen.“

1622 wurde der Dramatiker Jean-Baptiste Poquelin alias Molière in Paris geboren, der in seinen Werken die Schwächen und Laster der Menschen stets humorvoll und kritisch beschrieb. Einer seine Kommentare hat auch in Zeiten des Klimawandels und der damit verbundenen Nachhaltigkeitsdebatte nichts an Aktualität verloren: „Wir sind nicht nur verantwortlich für das, was wir tun, sondern auch für das, was wir nicht tun.“ Daran hat sich auch nach 400 Jahren nichts geändert.

Uwe Blass

Prof. Dr. Hans-Willi Kling – © Sebastian Jarych

Über Prof. Dr. Hans-Willi Kling

Prof. Dr. Hans-Willi Kling studierte an der Ruhr Universität Bochum und promovierte an der Bergischen Universität. Er bekleidete verschiedene Positionen in der freien Wirtschaft, er lehrte ab 2003 an die Bergische Universität parallel zu seiner Industrietätigkeit und folgte 2010 dem Ruf auf den Lehrstuhl „Management chemischer Prozesse in der Industrie“. 2012 folgte die Zusammenlegung mit der „Analytischen Chemie“ unter seiner Leitung.