Wie lassen sich kommunale Kläranlagen zu ressourcenorientierten Systemen für den chinesischen Markt transformieren? Damit haben sich 13 chinesische und deutsche Partnern aus Forschung und Wirtschaft gemeinsam im interdisziplinären Projekt „Energetische Prozessoptimierung und Implementierung von Ressourceneffizienten Abwassertechnologien auf kommunalen Kläranlagen“ (PIRAT-Systems) von 2018 bis 2022 beschäftigt. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Vorhaben wurde an der Technischen Universität Kaiserslautern koordiniert. Insgesamt hat sich gezeigt, dass es auch bei chinesischen Kläranlagen möglich ist, ressourcenschonende Technologien zu verwenden. Aber auch der Einsatz eines neuen Recycling-Düngers war Gegenstand der Forschung.
Für das Projekt wurden zunächst geeignete Kläranlagen in China gesucht. Anhand derer erarbeiteten die Beteiligten Konzepte, um die Energieeffizienz zu steigern, die Ablaufqualität zu verbessern und Phosphor aus Abwasser zurückzugewinnen. Weiterhin sah das Projekt vor, im Rahmen persönlicher Interviews in China mit unterschiedlichen Akteuren zu ermitteln, wie es um die Akzeptanz neuer Technologien und die Bereitschaft der Bevölkerung bestellt ist, finanziell zu deren praktischer Implementierung beizutragen. Auch mögliche Umsetzungshemmnisse sollten aufgespürt werden.
Aufgrund der Corona-Pandemie konnte das Projekt nicht so umgesetzt werden wie zunächst geplant. Ein Teil der Arbeiten wurde unter anderem nach Deutschland verlagert und Befragungen wurden online durchgeführt.
Die Forscherinnen und Forscher haben mittels dynamischer Simulation gezeigt, dass ein energieeffizienter Betrieb von Kläranlagen unter chinesischen Bedingungen auch mit anaerober Schlammfaulung zur Biogas- und Stromproduktion sogar mit einer Verbesserung der Ablaufwerte einhergehen kann. Durch den Einsatz der im Projekt getesteten Co-Substrate, die speziell aufgrund der Verfügbarkeit in China ausgewählt wurden, ließe sich die Biogasausbeute sogar noch deutlich erhöhen.
Bei Interviews zu den Gründen für den geringen Einsatz von Schlammfaulung auf chinesischen Kläranlagen hat sich gezeigt, dass die jüngere chinesische Generation offen für den Einsatz dieser Technologie ist und auch weiß, wie diese ausgelegt und betrieben werden muss. Nicht immer klare Zuständigkeiten bei den Behörden führen aber zu einem erschwerten Bewilligungsprozess und Betrieb von Schlammfaulungsanlagen. Um hier Hilfestellungen zu geben, wurden im Projekt Entscheidungshilfen für den Pfad der energetischen Nutzung des Biogases sowie für die Abschätzung betrieblichen Auswirkung einer Umstellung von aerober auf anaerobe Klärschlammstabilisierung erarbeitet. Werden die Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz noch mit Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm zur Herstellung eines Recycling-Düngers kombiniert, kann der Weg zur ressourcenorientierten Kläranlage weiter geebnet werden.
Darüber hinaus haben die Projektbeteiligten Recycling-Dünger in den Blick genommen. Sie haben ihn in China und Deutschland in Feldversuchen eingesetzt und seine Wirksamkeit gegenüber traditionellen synthetischen Düngern bestätigt. In weiteren Tests haben sie aufgezeigt, dass sich der Dünger auch mit den in China hauptsächlich genutzten Maschinen weiterverarbeiten und auf die Felder ausbringen lässt.
Der Vorteil eines solchen Düngers gegenüber synthetischen Varianten ist, dass er zum einen den Boden und Feldfrüchte nur gering belastet, etwa mit Schwermetallen, und zum anderen eine geringere Wasserlöslichkeit aufweist. Dies wirkt wiederum einer Eutrophierung entgegen, also der Anreicherung von Nährstoffen in Gewässern, was ihn somit umweltfreundlicher macht.
Im Rahmen einer Online-Umfrage mit Bürgern Shanghais hat sich zudem gezeigt, dass der Einsatz eines solchen Düngers auch von der Bevölkerung begrüßt würde. Sie wäre sogar bereit, etwa in Form höherer Wassergebühren, finanziell zur Umsetzung eines Programms zum Ersatz konventionellen Düngers durch Recycling-Dünger beizutragen, wenn dadurch die Verschmutzung der Umwelt mit Schwermetallen vermindert und die Produktion weniger belasteter Lebensmittel ermöglicht würde.
Die Forscherinnen und Forscher haben im Rahmen des Projektes auch Lösungsstrategien entwickelt, die auf eine ganzheitliche sektorübergreifende Betrachtung der Kläranlage hinzielen, um gewonnene Ressourcen in der Landwirtschaft einzusetzen, Energie im Betrieb einzusparen und erzeugtes Biogas und die daraus resultierende Energie innerhalb wie außerhalb der Kläranlage zu nutzen.
Im Juni 2022 kamen alle Projektbeteiligten bei einer hybriden Abschlusskonferenz in Magdeburg zusammen. Ende August endete das durch das BMBF in der Fördermaßnahme Client II unterstützte Projekt. Client II ist Teil der BMBF-Strategie „Forschung für Nachhaltigkeit (FONA)“. Die Vorträge der Abschlusskonferenz, Projektergebnisse wie Entscheidungshilfen für Kläranlagenbetreiber zur Integration ressourcenorientierter Technologien und andere nützliche Informationen werden sukzessive auf der Website https://www.bauing.uni-kl.de/pirat-systems im Download-Bereich frei verfügbar sein.