Europas Städte stoßen enorme Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre aus. Zwei essenzielle städtische Dienstleistungen – Müllverbrennung und Abwasserbehandlung – gehören zu den größten Verursachern kommunaler CO₂-Emissionen in der EU.
Diese Systeme sind für die öffentliche Gesundheit und das städtische Leben unerlässlich, produzieren aber Emissionen, die sich nur schwer vollständig eliminieren lassen. Doch was wäre, wenn dieses CO2 nicht verschwendet werden müsste?
Für eine internationale Forschergruppe stellt die städtische Kohlenstoffverschmutzung eine Chance dar. Im Rahmen der EU-finanzierten Initiative WaterProof entwickeln sie gemeinsam ein Verfahren zur Abscheidung von CO₂ aus diesen Prozessen und dessen Umwandlung in Ameisensäure: eine einfache, äußerst vielseitige Chemikalie, die in zahlreichen Industriezweigen Anwendung findet.
Dies könnte es ermöglichen, Emissionen aus Müllverbrennungsanlagen und Abwasser in Reinigungsmittel unter unserer Spüle oder sogar in das Leder unserer Schuhe umzuwandeln.
Ein Problem in eine Ressource verwandeln
Die Bemühungen zur Bekämpfung des Klimawandels konzentrieren sich größtenteils auf erneuerbare Energien, Elektrifizierung und Effizienzsteigerung. Einige Quellen lassen sich jedoch weiterhin nur schwer beseitigen.
„Manche Emissionen lassen sich nur schwer stoppen“, sagte Annelie Jongerius, Elektrochemikerin und Programmmanagerin beim niederländischen Chemieunternehmen Avantium, das die Forschung koordiniert.
Eine Möglichkeit besteht darin, das CO2 abzuscheiden und unterirdisch zu speichern. Das WaterProof-Team erforscht jedoch eine kreislauforientiertere Alternative: Kohlenstoff im Kreislauf zu halten, anstatt ihn zu binden.
„Es wäre schöner, wenn wir es nutzen könnten“, sagte Jongerius. „Gleichzeitig brauchen wir Alternativen zu fossilen Rohstoffen für die Herstellung von Chemikalien.“
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Wenn man CO2 aus dem Abwasser gewinnt, es in ein Produkt umwandelt und dieses Produkt dann zur Reinigung der Toilette verwendet, sodass es wieder in das Abwassersystem zurückfließt, schafft man einen geschlossenen Kreislauf.
Diese Herausforderung wird besonders deutlich bei Anlagen wie denen des niederländischen Abfallwirtschaftsunternehmens HVC, das zwei große Müllverbrennungsanlagen in den Niederlanden betreibt.
„Wir müssen alle Abfälle aufnehmen, die die Gesellschaft produziert“, sagte Jan Peter Born, Innovationsmanager für Abfallverwertung bei HVC. „Wir haben keine Möglichkeit, die CO2-Emissionen zu regulieren, außer die Menschen zu ermutigen, weniger zu konsumieren und mehr zu recyceln.“
HVC fängt bereits CO2 ab und verkauft es an Gewächshausbetreiber, die es zur Ertragssteigerung von Nutzpflanzen wie Tomaten und Gurken einsetzen. Dies ist jedoch nur eine Teillösung.
„Der größte Teil des den Pflanzen zugeführten CO2 wird über das Gewächshausdach wieder freigesetzt“, erklärte Born. „Aus rechtlicher Sicht handelt es sich um eine verzögerte Emission. Der Landwirt erzielt die Emissionsreduzierung, da er auf die Verbrennung von Gas zur CO2-Produktion verzichtet.“
Die Forscher von WaterProof wollen noch einen Schritt weiter gehen und den aufgefangenen Kohlenstoff in nützliche Produkte umwandeln, die ihn länger aus der Atmosphäre fernhalten.
Von CO2 bis hin zu Reinigungsprodukten
Kernstück der WaterProof-Innovation ist ein elektrochemischer Prozess, der aufgefangenes CO2 mithilfe von erneuerbarem Strom in Ameisensäure umwandelt.
„Das ist eine der einfachsten Umrechnungen, die man vornehmen kann“, sagte Jongerius.
Ein elektrischer Strom treibt die Reaktion in einer Spezialzelle an und reduziert CO₂ zu Ameisensäure. Da das System mit erneuerbarem Strom betrieben wird und aus Abfällen gewonnenen Kohlenstoff nutzt, verringert es die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen.
Das Verfahren bietet möglicherweise weitere Vorteile. In einer elektrochemischen Zelle laufen zwei Reaktionen gleichzeitig ab, eine an jeder Elektrode. Während sich das WaterProof-Team auf die Umwandlung von CO₂ in Ameisensäure konzentriert, hat es auch die Kombination dieser Reaktion mit einer zweiten Reaktion untersucht, die Wasserstoffperoxid und verwandte Verbindungen erzeugt.
Diese Substanzen können helfen, hartnäckige Schadstoffe im Abwasser abzubauen, darunter Rückstände von Arzneimitteln und Pestiziden. Dieser Verfahrensschritt befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium und wird im aktuellen Demonstrationssystem nicht angewendet.
Das Team testet seine aus CO2 gewonnene Ameisensäure in umweltfreundlichen Reinigungsprodukten wie Toiletten- und Oberflächenreinigern.
„Es verhält sich genau wie herkömmlich hergestellte Ameisensäure“, sagte Jongerius. „Es ist dasselbe Molekül.“
Neben der Reinigung erforscht das Projekt den Einsatz von aus CO₂ gewonnener Ameisensäure bei der Ledergerbung. Obwohl die Säure für alle Lederarten geeignet ist, arbeitet das Team derzeit mit dem isländischen Unternehmen Nordic Fish Leather zusammen, um umweltfreundliches Fischleder – eine nachhaltigere Alternative zu herkömmlichem Rindsleder – auf den Markt zu bringen.
Skalierung für reale Auswirkungen
Die chemische Zusammensetzung ist zwar vielversprechend, die nächste Herausforderung liegt jedoch in der Skalierung.
Aufbauend auf früheren, von der EU geförderten Forschungsarbeiten arbeitet das Team nun an einer großtechnischen Pilotanlage, in der mehrere elektrochemische Zellen übereinander gestapelt sind, um das verarbeitbare CO₂-Volumen zu erhöhen. Bei Erfolg ebnet dies den Weg für Anlagen im kommerziellen Maßstab.
Dank des modularen Designs lässt sich das System an verschiedene Standorte anpassen, von Kläranlagen bis hin zu Müllverbrennungsanlagen. Ziel ist es, das WaterProof-Verfahren im Sommer 2026 zu demonstrieren und damit zu zeigen, dass eine fossilfreie Produktionskette unter realen Bedingungen funktionieren kann.
Solche Systeme könnten letztendlich in die städtische Infrastruktur integriert werden, wodurch Städte zu Zentren für die Kreislaufwirtschaft in der chemischen Produktion anstatt zu Emissionsquellen würden.
Rückgewinnung wertvoller Materialien aus Abfällen
Das Potenzial der laufenden Arbeiten reicht über die Kohlenstoffwiederverwertung hinaus. Die Forscher untersuchen auch, wie Ameisensäure zur Rückgewinnung wertvoller Materialien aus Abfallströmen eingesetzt werden kann.
Durch die Kombination mit anderen Verbindungen entwickeln sie tiefe eutektische Lösungsmittel – Flüssigkeiten mit geringer Toxizität, die in der Lage sind, Metalle in Abfällen zu lösen und zu binden, sodass die Metalle extrahiert werden können.
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Wir haben keine Möglichkeit, die CO2-Emissionen zu regulieren, außer die Menschen dazu zu ermutigen, weniger zu kaufen und mehr zu recyceln.
Viele wertvolle Materialien landen in der Müllverbrennungsasche und im Klärschlamm, darunter Kupfer, Lithium, Kobalt und sogar geringe Mengen Gold – allesamt entscheidend für moderne Technologien und die Energiewende.
HVC nutzt bereits mechanische Verfahren zur Metallgewinnung, bei denen schwerere Partikel ähnlich wie beim Goldwaschen von der Asche getrennt werden. Dabei entstehen jedoch weniger wertvolle Metallgemische. Die neuen Lösungsmittel könnten eine präzisere Trennung ermöglichen.
„Diese eutektischen Lösungsmittel können so angepasst werden, dass sie gezielt bestimmte Metalle extrahieren“, sagte Born. „Das bedeutet, dass man einzelne Materialien anstatt Gemische zurückgewinnen kann, was ihren Wert erhöht.“
Die wirtschaftlichen Gegebenheiten stellen jedoch weiterhin ein Hindernis dar. Gold ist das einzige wiedergewonnene Metall, das einen angemessenen Preis erzielt, erklärte Born. Bei vielen anderen Metallen, darunter Seltene Erden, ist der Marktpreis noch zu niedrig, um die Kosten zu rechtfertigen.
Dies wirft weitergehende Fragen hinsichtlich der Politik und der Prioritäten auf, insbesondere da die Nachfrage nach kritischen Rohstoffen weiter wächst: In welchem Maße sind die Gesellschaften bereit, die Wiederverwertung von Abfällen zu subventionieren, und sollte der strategische Wert gegenüber rein marktorientierten Entscheidungen Vorrang haben?
Den Kreis schließen
Dieses „Abfall-zu-Ressource“-Denken gewinnt in ganz Europa an Bedeutung. Neue EU-Vorschriften, die für 2026 geplant sind, zielen darauf ab, recycelte Materialien breiter verfügbar zu machen und ihre Verwendung zu fördern.
Im Erfolgsfall könnten sie dazu beitragen, Kreislaufwirtschaftsideen wie die hinter WaterProof in den Alltag zu übertragen und Europas Bestreben zu unterstützen, bis 2030 weltweit führend in der Kreislaufproduktion zu werden.
Durch die Verknüpfung von Kohlenstoffabscheidung, chemischer Produktion, Wasseraufbereitung und Materialrückgewinnung bringen die Forscher mehrere Elemente dieser Vision in einem einzigen System zusammen.
Für Jongerius ist das Konzept sowohl praktisch als auch symbolisch.
„Wenn man CO2 aus Abwasser gewinnt, es in ein Produkt umwandelt und dieses Produkt dann zur Toilettenreinigung verwendet, sodass es wieder in den Abwasserkreislauf zurückfließt, entsteht ein geschlossener Kreislauf“, sagte sie. „Das ist das Paradebeispiel für Kreislaufwirtschaft.“
Die Recherche für diesen Artikel wurde durch das Horizon-Programm der EU gefördert. Die Ansichten der Interviewpartner spiegeln nicht unbedingt die der Europäischen Kommission wider. Wenn Ihnen dieser Artikel gefallen hat, teilen Sie ihn bitte in den sozialen Medien.
