Aus Abwasser wird Brauwasser: Innovative Wege der Wasserwiederverwendung
Wasser, ein so einfaches und doch unverzichtbares Molekül, ist heute einer noch nie dagewesenen Herausforderung ausgesetzt. Weltweit werden die Süßwasserressourcen durch extreme Wetterereignisse, Bevölkerungswachstum und steigenden stätischen Bedarf belastet. Bis 2030 wird erwartet, dass die globale Wassernachfrage das verfügbare Angebot um 40 % übersteigen wird.[1] Die Wasserknappheit ist bereits heute weltweit spürbar: Jede vierte Stadt ist mit dem Thema Wasserversorgungsunsicherheit konfrontiert.[2] Selbst wasserreiche Länder wie Deutschland haben in den vergangenen Jahren Engpässe erlebt.[3] Angesichts der weiter steigenden Nachfrage nach Wasser weltweit ist der Bedarf an intelligenten, resilienten Wassersystemen und lokal verfügbaren Wasserressourcen dringender denn je.
Die Wiederverwendung von aufbereitetem Abwasser ist eine vielversprechende Lösung und wird bereits auf innovative Weise umgesetzt. Ein Beispiel dafür ist ReUSE BREW: Bei dem Projekt wird recyceltes Wasser zu hochwertigem Brauwasser aufbereitet. Es zeigt eindrucksvoll, dass fortschrittliche Technologien zur Wasserwiederverwendung nicht nur technisch umsetzbar, sondern auch praktikabel und sicher sind – selbst für Anwendungen, die traditionell höchste Trinkwasserqualität erfordern.
Warum Wiederverwendung wichtig ist und das gerade jetzt
Die Wiederverwendung von Wasser ist kein futuristisches Konzept. Schon in der Vergangenheit haben Regionen und Gemeinden Wasser in verschiedenen Formen für die Landwirtschaft, die Industrie oder auch indirekt für die Trinkwasserversorgung wiederverwertet. Bemerkenswerte Beispiele sind das Groundwater Replenishment System in Orange County (Kalifornien) oder die Goreangab Water Reclamation Plant in Windhoek (Namibia), die aufbereitetes Abwasser seit Jahrzehnten ohne Folgen für die öffentliche Gesundheit in die kommunale Trinkwasserversorgung einspeisen.
Heute wird die Bedeutung der Wasserwiederverwendung durch klare ökologische und gesellschaftliche Entwicklungen verstärkt. Süßwasserquellen werden schneller erschöpft, als sie sich wieder regenerieren können. Der Klimawandel erhöht die Häufigkeit von Dürren und Hitzewellen, während die Urbanisierung die Nachfrage in Regionen konzentriert, die ohnehin schon unter begrenzten Wasserressourcen leiden.[4] In Europa treiben insbesondere südliche Länder wie Spanien und Griechenland die Wiederverwendung von Wasser für die landwirtschaftliche Bewässerung voran. Aber auch in Deutschland, Frankreich und weiteren Ländern entstehen zunehmend Projekte.
Abwasser ist dabei eine besonders vielversprechende Ressource, da es kontinuierlich und unabhängig von Dürren oder Trockenzeiten anfällt. Die Aufbereitung von Abwasser zur Wiederverwendung ist häufig nachhaltiger und kostengünstiger als Alternativen, etwa der Transport von Wasser über große Entfernungen aus Stauseen. Ein eindrucksvolles Beispiel liefert Singapur: Dort deckt aufbereitetes Abwasser inzwischen rund 40 % des nationalen Wasserbedarfs – Tendenz steigend.[5] Dennoch werden weltweit bislang nur etwa 11 % des Abwassers wiederverwendet.[6] Das liegt weniger an mangelndem Potenzial als vielmehr daran, dass vielerorts die notwendige Infrastruktur, regulatorische Rahmenbedingungen und Investitionen in moderne Aufbereitungstechnologien fehlen.
ReUSE BREW nutzt dieses bislang kaum ausgeschöpfte Potenzial und das nicht nur zur Herstellung eines Getränks. Das Projekt soll auch eine wichtige Debatte über die zentrale Rolle der Wasserwiederverwendung beim Aufbau zuverlässigerer und widerstandsfähigerer Wassersysteme der Zukunft anstoßen.
Eine nachhaltige Revolution im Bierglas
ReUSE BREW entstand als Zusammenarbeit zwischen Xylem, einem globalen Anbieter von Wasserlösungen, und der Technischen Universität München. Ziel ist es, die Leistungsfähigkeit und Einsatzreife fortschrittlicher Wasseraufbereitungstechnologien sichtbar zu machen. Das Projekt hat sowohl eine symbolische als auch eine praktische Mission: Es zeigt, dass Abwasser so weit aufbereitet werden kann, dass ein sicherer Brauprozess ermöglicht wird. Ein Bereich, in dem Verbraucher höchste Reinheit und besten Geschmack erwarten. Jeder Aufbereitungsschritt ist darauf ausgelegt, den Reinheitsgrad des Abwassers stufenweise zu erhöhen, bis es die für Brauwasser erforderliche Trinkwasserqualität erreicht oder übertrifft.
Für das diesjährige ReUSE BREW arbeitet Xylem mit Partnern aus dem Projekt Nutzwasser[7] zusammen, darunter die kommunale Kläranlage in Schweinfurt, Deutschland. Im Rahmen dieses Nutzwasser-Projekts untersuchen Forscher und Fachleute, wie hochentwickelte Wiederaufbereitungsverfahren unter realen Betriebsbedingungen und in unterschiedlichen Größenordnungen genutzt werden können. Etwa zur Bewässerung in der Landwirtschaft, für städtische Grünflächen oder andere Anwendungen im Rahmen von regionalen Wasserstrategien.
Das Projekt Nutzwasser befindet sich derzeit in der Demonstrationsphase an der Kläranlage Schweinfurt und behandelt Abwasser mit einer Kombination verschiedener Aufbereitungsschritte. Dazu gehören Filtration, Ozonung, biologische Aktivkohle (BAK), granulierte Aktivkohlefiltration (GAK) sowie UV-Desinfektion. Für das ReUSE BREW wird das Wasser nach der UV-Desinfektion entnommen und anschließend zusätzlich mittels Nanofiltration und UV-basierter erweiterter Oxidation (UV-AOP) behandelt. Mehrere aufeinander aufbauende Aufbereitungsschritte stellen sicher, dass verbleibende Schadstoffe entfernt werden und das Wasser die hohen Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen für den menschlichen Verzehr erfüllt.
So wird das Wasser für ReUSE BREW aufbereitet
Der Aufbereitungsprozess beginnt in der Wasseraufbereitungsanlage in Schweinfurt. Anschließend wird das Wasser am Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft der Technischen Universität München weiter aufbereitet, so dass es die Anforderungen für Brauwasser erfüllt. Schließlich gelangt es in die Forschungsbrauerei der Technischen Universität München, wo das Wasser zu einem bayerischen Hellen gebraut wird.
1. Konventionelle Abwasserbehandlung
Im Klärwerk Schweinfurt durchläuft das Rohabwasser mechanische Behandlungs- und biologische Nährstoffentfernungsprozesse. In dieser Phase werden Feststoffe entfernt und gängige Schadstoffe wie organische Substanzen, Phosphor und Stickstoff reduziert. Das behandelte Abwasser aus dieser Phase ist für die Einleitung in Flüsse geeignet, enthält jedoch weiterhin Spuren organischer Mikroverunreinigungen, etwa Arzneimittelrückstände oder Inhaltstoffe aus Pflegeprodukten, sowie pathogene Mikroorganismen, die durch die konventionelle Abwasserbehandlung nicht vollständig beseitigt werden.
2. Ozonung
Im nächsten Schritt erfolgt nach einer Filtration die Ozonbehandlung mit der WEDECO GSO Ozonanlage von Xylem. Ozon, eine hochreaktive Sauerstoffform, spaltet komplexe organische Moleküle, die schwer abbaubar sind. In der Anlage in Schweinfurt werden dadurch mehr als 80 % der Indikatorsubstanzen entfernt, die in der kürzlich überarbeiteten EU-Richtlinie zur kommunalen Abwasserbehandlung definiert sind. Zudem inaktiviert der Prozess über 99 % der Bakterien und Viren und schafft dadurch bereits früh in der Behandlungskette eine robuste Sicherheitsstufe.
3. Biologisch aktive Aktivkohlefiltration (BAK)
Nach der Ozonbehandlung durchläuft das Wasser Filter mit Aktivkohle, auf denen ein Biofilm mit spezialisierten Mikroorganismen aufgewachsen ist. Diese Mikroorganismen bauen die durch Ozon oxidierten Nebenprodukte biologisch ab, während die Aktivkohle verbleibende organische Mikroverunreinigungen adsorbiert. Dieser zweigleisige Ansatz senkt die Konzentration der verbleibenden Schadstoffe weiter.
4. Nanofiltration
Die Nanofiltration erfolgt unter Verwendung einer Hochdruckmembran (DOW-Filmtec NF 4040). Dabei werden gelöste Salze, eine Vielzahl von Mikroschadstoffen und Mikroorganismen entfernt. Im Gegensatz zur Umkehrosmose, die in Anlagen zur Wasserwiederverwendung zwar üblich, aber energieintensiv und aufgrund der notwendigen Entsorgung des Konzentrats mit Herausforderungen verbunden ist, bietet die Nanofiltration ein günstiges Verhältnis zwischen Reinigungsleistung und Energieeffizienz. Dadurch eignet sich der Schritt ideal für das ReUSE BREW Projekt.
5. Erweiterte Oxidation
Die letzte Sicherheitsstufe ist ein erweitertes Oxidationsverfahren, das durch den MiPro Advanced Oxidation Process von Xylem umgesetzt wird. Dabei werden Wasserstoffperoxid und UV-Strahlung kombiniert, um hochreaktive Hydroxylradikale zu erzeugen und verbleibende Schadstoffe zu entfernen. Im ReUSE BREW Prozess gewährleisten eine Wasserstoffperoxid-Konzentration von 1 mg/L und eine UV-Dosis von etwa 3000 mJ/cm² eine weitere Entfernung von 90 % der verbleibenden Chemikalien und eine Inaktivierung von 99,9999 % der Krankheitserreger (6-Log-Entfernung).
Mehr als nur Bier: Die weitreichende Bedeutung der Wasserwiederverwendung
Im Verlauf des ReUSE BREW Projekts werden rund 6.000 Liter Abwasser behandelt, um etwa 4.000 Liter hochreines Wasser zu erzeugen und daraus 1.500 bis 1.800 Liter Bier zu brauen. ReUSE BREW ist aber weit mehr als eine wissenschaftliche Demonstration und ein außergewöhnliches Getränk. Das Projekt macht Wasserwiederverwendung greifbar und verständlich.
Angesichts zunehmender Wasserknappheit wird die Wiederverwendung von Wasser künftig eine zentrale Rolle für das Wasserressourcenmanagement einnehmen. Erprobte Technologien wie die aus dem ReUSE BREW Projekt lassen sich auf Anwendungen wie Bewässerung, industrielle Nutzung sowie die Trinkwasseraufbereitung übertragen und können dazu beitragen, Grund- und Oberflächenwasserressourcen zu entlasten.
Ein Glas auf die Zukunft
Das ReUSE BREW Projekt zeigt eindrucksvoll, dass Abwasser kein Abfall ist. Es ist eine wertvolle Ressource, die darauf wartet, in außergewöhnlich reines, sicheres Trinkwasser umgewandelt zu werden. Mit modernster Technik, wissenschaftlicher Präzision und kreativer Kommunikation trägt die Initiative dazu bei, die Wahrnehmung zu verändern und den Weg für eine breitere Nutzung von Technologien zur Wasserwiederverwendung zu ebnen.
In einer Welt, in der Wasserknappheit längst Realität ist, zeigen Projekte wie ReUSE BREW, wie hochwertig aufbereitetes Wasser neue Wege eröffnen kann, um die Wassersicherheit für kommende Generationen zu stärken.
Dr. Uwe Hübner, Senior Sales & Process Engineer, Water Reuse & AOP, Xylem Water Solutions
Prof. Dr. Jörg E. Drewes, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft, Technische Universität München
Prof. Dr. Thomas Becker, Lehrstuhl für Brau- und Getränketechnologie, Technische Universität München