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Passivhaus »Wohnen & Arbeiten«

Walter-Gropius-Strasse 22 • D-79100 Freiburg
Vox: (0761) 4568330 • Fax: (0761) 45683437
Email: post(at)passivhaus-vauban.de • Web: www.passivhaus-vauban.de
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Warum ein alternatives Sanitärkonzept?

  Vakuumtoilette
  Vakuumtoilette
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  Biogasreaktor
  Biogasreaktor
   
  Vakuumpumpe
  Vakuumpumpe
   
  Gasherd mit Biogas
  Gasherd mit Biogas

Heute weiß jeder halbwegs gebildete Bürger der Erde, daß es ein Energieproblem gibt, das alle Menschen gemeinsam lösen müssen, da die vorhandenen fossilen Energieressourcen - allen voran Erdöl - bald aufgebraucht sein werden. Wenigen Menschen ist jedoch klar, daß hinter der Energieproblematik eine noch viel größere Problematik sichtbar wird: Die der endenden anderen Ressourcen. Ein Mehrfaches der benötigten Energie selbst für unseren zu aufwändigen Lebensstil kann leicht von der Sonne gedeckt werden. Wie steht es aber mit anderen Materialien wie zum Beispiel Phosphor oder Trinkwasser?

Nehmen wir nur das Beispiel Phosphor, das meist nicht als reines Element, sondern als Phosphorverbindungen, den Phosphaten, in der Natur auftritt. Alle Pflanzen benötigen Phosphate zum Wachstum. Wir Menschen essen dann die Pflanzen oder die Tiere, bauen einen kleinen Teil des Phosphor in unser Knochengerüst ein, scheiden aber das meiste aus. Die Phosphate landen dann entweder in hoher Verdünnung im Meer (wo sie zur Überdüngung der Meere und Flüsse beitragen) oder müssen mit hohem Aufwand in den Kläranlagen wieder ausgefiltert, genauer gesagt mit aufwendigen chemischen Verfahren ausgefällt werden. In beiden Fällen ist der Phosphor nicht mehr für den Menschen (wirtschaftlich) verfügbar: Im Meer ist die Verdünnung zu hoch und die Abfälle aus der Kläranlage sind mit Schwermetallen wie Blei und anderen Materialien verseucht. Solange dies so ist, brauchen wir für unsere Landwirtschaft Kunstdünger.

Phosphor ist kein seltenes Material wie Gold oder Platin; Phosphor zur Produktion von Kunstdünger wird in Bergwerken abgebaut. Die weltweit verfügbaren Phosphorreserven kommen zu 80% mit Cadmium vermischt vor. Cadmium ist stark giftig; also können nur die verbleibenden 20% vom Menschen genutzt werden. Vorausgesetzt, der Welt-Phosphorverbrauch bleibt in den nächsten 100 Jahren konstant, reichen unsere Phosphorvorräte noch für 60 bis 160 Jahre, je nachdem, welchen Spezialisten Sie fragen. Das bedeutet: Wenn wir weitermachen wie bisher, haben wir weltweit in spätestens 200 Jahren nichts mehr zu essen.

Wir wissen heute alle, daß es ein Energieproblem gibt, aber wenn wir ehrlich sind, kennen wie auch die wichtigste Lösung: Die Sonne scheint sicher noch länger als 200 Jahre. Bei den Ressourcen sieht es ganz anders aus: Wenn wir allen Phosphor "verbraucht" haben, ist er zwar nicht von der Erde verschwunden sondern fein in Meeren und Sondermülldeponien verteilt, für den Menschen also nicht mehr wirtschaftlich nutzbar. Unser "westliches" Kanalsystem mit Kläranlagen war damals ein guter Fortschritt, ist aber nun ca. 100 Jahre alt, verschlingt erhebliche Kosten für Betrieb und Instandhaltung und uns bleiben nochmal ca. 100 Jahre, um das System durch ein Kreislaufsystem zu ersetzen. Unsere Anlage ist eine der wenigen Möglichkeiten der technischen Lösung dieses Problems.

Unsere Forschungsanlage von heute ist zu teuer, um sie einfach in anderen Häusern wirtschaftlich nachzubauen. Aber: Wenn die Anlage eingeschaltet wäre, wären wir ein abwasserfreies Haus: Das Schwarzwasser (Toiletten) ginge über die Biogasanlage wieder auf die Felder und trüge zur Düngung bei, das Grauwasser (verbleibende Abwässer) würde vor Ort in einem Membranfilter geklärt und könnte zur Toilettenspülung und fürs Garten gießen im Sommer verwendet werden. Dann stehen auf der einen Seite die Kosten unserer aufwändigen Anlage, auf der anderen nicht nur die Kosten eines kompletten Abwasser-Kanalnetzes (das wir ja nicht benötigen würden!). Es spricht manches dafür, daß man unsere Anlage noch kostengünstiger produzieren kann und die beiden Varianten dann gleich teuer sind.

Somit ist unser "KombiVak"- System ein guteer Lösung der Abwasserproblematik, zumindest in Städten.


Das bei "Wohnen und Arbeiten" realisierte Sanitärkonzept besteht im wesentlichen aus drei Teilen:

  1. Die Vakuumtoiletten sorgen dafür, daß beim Spülen nicht 5 bis 9 Liter Wasser pro Spülgang verbraucht wird, sondern nur etwa 1 Liter. Fäkalien und Urin werden in einem getrennten, unter Unterdruck stehenden Rohrsystem abgesaugt, vergleichbare Technik findet sich schon seit langer Zeit in Zügen (ICE), Flugzeugen und Schiffen.

  2. Die Biogasanlage vergärt die angelieferten Fäkalien (das sogenannte Schwarzwasser) in einem Reaktor und bei konstanten 37° C in Biogas. Biogas besteht zu 40% aus Methan, zu 60% aus Kohlendioxid. Das Kohlendioxid verhält sich bei der Verbrennung passiv, es sorgt nur dafür, daß das Methan nicht ganz so explosiv ist wie in seiner reinen Form als Erdgas. Mit dem Biogas kann man zum Beispiel heizen oder kochen. Wir haben uns fürs Kochen entschieden, da das Biogas das ganze Jahr anfällt und nicht in so großer Menge, daß es einen sinnvollen Beitrag zum Heizen leisten könnte, selbst in einem Passivhaus.

    Leider ist aufgrund von finanziellen Problemen eines ehemaligen Partners ist der Biogas-Anlagenteil nie in Betrieb gegangen. Es liegen jedoch aus anderen Anlagen (z.B. in Lübeck) Mess- und Betriebsergebnisse vor. Es ist also nicht mehr nötig, die Anlage in Freiburg zu starten.

  3. Mit dem Grauwasserfilter ist es auf relativ einfache Weise möglich, das im Haus gebrauchte Wasser gleich wieder zu reinigen: Da im Spülwasser aus Dusche, Küche und Waschmaschinen (dem sogenannten Grauwasser) weder Fäkalien noch Urin vorhanden sind, besteht keine akute Infektionsgefahr. Durch eine Schilfkläranalge, einen belüfteten Sandfilter oder in unserem Fall einen Membranfilter kann das Wasser soweit geklärt werden, daß es zwar noch kein Trinkwasser ist, aber leicht zur Toilettenspülung und zur Gartenbewässerung verwendet werden kann.
    Der Membranfilter war bis etwa 2007 in Betrieb und hat gut gearbeitet.

    Wir haben uns jedoch entschieden, ihn abzuschalten da bei der Grauwasseraufbereitung mehr Strom für den Filter verwendet wird als unser Wasserversorger pro Kubikmeter aufwenden muss. - zudem ist Wasser in Freiburg nicht knapp.

Alle drei Teile haben einen verschiedenen Nutzen:

  1. Die Vakuumtoiletten sparen Wasser. Bei einem Wasserpreis von in Freiburg über 3 € pro Kubikmeter also auch Geld. Andererseits wäre die Einsparung leider noch nicht ausreichend, um die teuren Vakuumtoilettentechnik zu finanzieren.
    Bei bis zu 8 € Trink- und Abwasserkosten in den östlichen Bundesländern dürften Vakuumtoiletten bereits für sich genommen rentabel sein.

  2. Das entstehende Biogas ist eine Form von Energie. Die Anlage erwirtschaftet zwar mehr Energie (in Form von Biogas), als man durch Pumpenergie, Heizenergie (um den Reaktor auf 37° Celsius zu halten) investieren muß, der Gesamtaufwand wäre allerdings für die in dieser Anlage recht geringe Energiemenge nicht als Begründung ausreichend. Der wahre Grund liegt in der Schließung des Nahrungskreislaufes, wie oben beschrieben

  3. Der Grauwasserfilter versorgt uns nicht nur mit kostenlosem Spülwasser für Toiletten und Wasser zur Gartenbewässerung, er sorgt auch mit der Biogasanlage zusammen dafür, daß unser Haus abwasserfrei ist. Wenn man also die Gesamtkosten der Systeme Kläranlage und dezentrale Biogas- Anlagen vergleicht, kommen die Biogasanlagen natürlich teurer als die Kläranlagen, auf der anderen Seite benötigen sie kein Kanalnetz mehr: Grauwasser und Regenwasser wird vor Ort verwendet und geklärt, das geklärte Schwarzwasser kommt wieder als Dünger auf die Felder.

    Oft bekommen wir die Frage gestellt, ob wir auch Regenwasser nutzen. Für unser Haus lautet die Antwort nein, denn Regenwassernutzung macht in Freiburg jedenfalls ökologisch keinen Sinn: Das Wasser des Schwarzwaldes kommt zum Glück mit seinem eigenen Druck in die Leitungen der Stadt; der lokale Wasserversorger badenova benötigt nur noch 0,1 kWh Pumpenergie pro Kubikmeter Wasser, um es in die Häuser zu bringen. Regenwassernutzung bedeutet jedoch in der Regel eine kWh / m3, also zehnmal mehr! Hinzu kommen die ökologischen Investitionen in Regenwasserbehältern (oft aus Beton), denn es kostet auch eine Menge Energie, die Behälter herzustellen und zu montieren.

Zweiter Text:

(technisch detaillierter und knapper formuliert)

Warum ein ökologisches Sanitärkonzept?

Das heute in städtischen Gebieten von Industrieländern fast ausschließlich eingesetzte Sanitärkonzept ist die Spültoilette in Verbindung mit einer Schwemmkanalisation und zentraler Kläranlage.

Moderne Kläranlagen sind eine klassische "end-of-pipe"-Technologie und stehen am Ende einer historisch gewachsenen Kette von Problemlösungen.

Das bisherige Konzept stellt aus folgenden Gründen keine dauerhafte Lösung dar:

  1. Begrenzte Nährstoffressourcen:
    Die abbauwürdigen Phosphorvorräte der Erde werden - bei gleichbleibendem Verbrauch - in hundert bis hundertfünfzig Jahren verbraucht sein. Die dann noch übrigen Vorräte sind zu stark mit Cadmium belastet, um als Phosphordünger eingesetzt zu werden.
  2. Wasserverschwendung:
    Anstelle eines schonenden und sparsamen Umgangs mit sauberem Wasser wird der Wasserkreislauf in vielen Gebieten übernutzt und ständig mit Nährstoffen belastet. Dieses führt zur Überdüngung in Gewässern, die bereits jetzt gefährliche Ausmaße angenommen hat (vgl. z.B. Berichte über Wattenmeer).
  3. Problem der Mischwasserentlastungen:
    In herkömmlichen Kanalnetzen im Mischsystem gelangt bei starkem Regen noch Rohabwasser ins Gewässer.
  4. Die Abwasserreinigung ist sehr energieintensiv:
    Für die Bereitstellung der Kanalisation, den Abbau organischer Inhaltsstoffe, die Bereitstellung der Nährstoffe und das Zurückhalten von Phosphor und Stickstoff in der Kläranlage wird sehr viel Energie aufgewendet (ca. 130 kWh/ Person und Jahr). Zusätzlich wird an anderer Stelle bei der Herstellung von Handelsdünger viel Energie verbraucht, um Stickstoff aus der Luft zu gewinnen.
  5. Nährstoffverluste:
    Die Nährstoffe Kalium und Schwefel werden derzeit kaum in den Kläranlagen zurückgehalten. Wie der Phosphor sind sie - sobald sie in Fluß oder Meer gespült sind - nicht mehr rückholbar.
  6. Teurer und belasteter Klärschlamm:
    Durch die vorwiegend aerobe Behandlung der Abwässer und der immer selteneren Verwendung von Klärschlamm in der Landwirtschaft geht ein großer Teil der organischen Stoffe dem Nahrungskreislauf verloren. Anstelle der Gewinnung von Dünger, der die Rückführung der Nährstoffe in den Nahrungskreislauf erlauben würde, entsteht ein Abfallprodukt namens Klärschlamm, dessen Entsorgung immer teurer wird.

Was ist ein ökologisches Sanitärkonzept ?

  Schematische Darstellung der Stoffströme
in einem ökologischen Sanitärkonzept
  Stoffkreislauf im KombiVak-System

Im industriellen Bereich wird inzwischen verstärkt auf die Behandlung von Teilströmen und die Rückgewinnung von Wertstoffen gesetzt. Die Anwendung dieser Prinzipien sollte auch im kommunalen Bereich zum Einsatz kommen, wenn man an der Lösung der oben genannten Probleme und der Entwicklung dauerhaft einsetzbarer Technologien interessiert ist.

Grundlage des Konzeptes ist die Unterscheidung zwischen Schwarzwasser (Urin und Fäkalien) sowie dem Grauwasser (Abwässer aus Küche, Dusche etc.). Die Trennung dieser beiden Abwasserarten (Teilströme) ist so wichtig, weil Schwarzwasser ca. 90 % der Nährstoffe (vor allem Stickstoff, Phosphor, Kalium und Schwefel) enthält und weil 2/3 der Kosten in einer modernen konventionellen Kläranlage allein für die Eliminierung von Stickstoff und Phosphor aufgewendet werden.

Urin und Fäkalien werden bei dem für die Schlierbergsiedlung geplanten Konzept zusammen über eine Vakuumtoilette mit Luft und ca. 1 l Wasser pro Spülung zu einer Biogasanlage geleitet. Die Technologie ist bereits aus dem Schiffsbau oder auch von Flugzeugen und Zügen (ICE) bekannt.

Dort sollen Urin und Fäkalien zusammen mit den organischen Haushaltsabfällen zu Biogas (Methan, CO2) vergärt werden. In der Biogasanlage entsteht ein Flüssigdünger der landwirtschaftlich verwertet wird.

Vorteile des ökologischen Sanitärkonzeptes:

  1. Nährstoffrecycling in die Landwirtschaft (vor allem Phosphor, Kalium und Schwefel). Das fäkalienfreie Abwasser (Grauwasser) hat keinen Nährstoffüberschuß (Stickstoff und Phosphor) und ist damit einfach und mit geringem Energieaufwand zu reinigen (Kostenersparnis).
  2. Trinkwassereinsparung zwischen 20 - 40% (ca. 12-15 m3/Jahr und Person).
  3. Energieeinsparung gegenüber der konventionellen Entwässerung.
    Bei der Anaerobbehandlung wird nutzbare Energie (Methan) frei (CO2-neutral). Bei Verwendung in einem Blockheizkraftwerk wird für die Schlierbergsiedlung erwartet:
    • nutzbare Wärme, ca. 98.000 kWh /Jahr (= ~ 136 kWh/E*J )
    • nutzbare elektrische Energie, ca. 50.000 kWh/Jahr (= ~ 71 kWh/E*J)
  4. Geringerer CO2-Ausstoß. Der Globalerwärmung wird durch C-Anreicherung im Oberboden entgegengewirkt. Die Humusschicht der landwirtschaftlichen Flächen kann durch Rückführung organischer Stoffe kontinuierlich verbessert werden (Emissionsminderung ca. 0,2 Tonnen CO2 pro Person und Jahr).
  5. Verwertung von etwa 30-50 Gewichts-% des Hausmülls (heutige Zusammensetzung).
  6. Kleinere Nennweiten der Rohre (DN 50) bei der Hausinstallation und Grundstücksentwässerung (Kostenersparnis).
  7. Weitgehender Gewässerschutz ohne extreme Kosten. Bei einer flächendeckenden Umsetzung ökologischer Sanitärkonzepte wäre das Baden in den Fließgewässern wieder möglich (lokale Lebensqualität), da auch die Belastung mit pathogenen oder fäkalen Bakterien vermieden wird.

Zu diesem Thema gibt es ein  Buch von Jörg Lange, günstig erhältlich nur über  Mall-Beton


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