Was hat eine Bergbau-Mine oder ein Bauernhof in der Stadt zu suchen? Dort wo Häuser dicht an dicht stehen und um jeden Quadrat gekämpft wird, kommt es kaum in den Sinn, tief in den Boden zu graben oder ein hektargrosses Maisfeld anzulegen. Aber das müssen wir auch nicht! Denn "Urban Mining" und "Urban Farming" haben sehr wenig mit unseren konventionellen Vorstellungen von Bergbau-Minen und Bauernhöfen zu tun. Die Gebäude selber sind unsere Bergbau-Minen und Bauernhöfe der Zukunft.
Gebäude sind eine wahre Fundgrube voller wertvoller Ressourcen. Wir müssen sie nur richtig planen und wissen wie man die Ressourcen zurückgewinnen kann. Dabei sprechen wir von Ressourcen wie Baumaterialien, welche korrekt verbaut, am Lebensende wiederverwendet werden können. Wichtig ist, von Anfang an, alle Elemente so zu planen, dass die einzelnen Baustoffe am Lebensende wieder getrennt und recycelt werden können. Dieser Ansatz entspricht dem sogenannten Cradle-to-Cradle Ansatz, welcher zum Ziel hat, eine konsequenten Kreislaufwirtschaft ohne Abfälle zu erschaffen. Das Prinzip teilt die Stoffe in einen biologischen oder technischen Kreislauf ein. Dabei ist besonders darauf zu achten, dass Komponenten mit unterschiedlichen Funktionen und Lebensdauern gut voreinander trennbar sind, sowie Stoffe der beiden Kreisläufe nicht vermischt werden. Im Baubereich bedeutet dies, dass nichts verleimt, sondern besser verschraubt oder ohne jegliche Hilfsmittel zusammengesetzt wird.
Das gleiche Prinzip kann auch auf das Abwasser im Gebäude erweitert werden. Nährstoffe im Abwasser treten heute den Wenigsten als wertvolle Ressource in Erscheinung. Doch sie sind Teil des biologischen Kreislaufes im Gebäude. Nährstoffe, wie Phosphor oder Kalium, sind genauso endlich wie Erdöl oder Lithium. Über unsere Nahrung und Ausscheidungen gelangen sie in das Abwasser und in die Kläranlage. Da in der konventionellen Kläranlage alle Abwässer aus Haushalt und Industrie zusammenfliessen, werden die Nährstoffe im Haushaltabwasser mit den Schwermetallen im Industrieabwasser vermischt. Nährstoffe und Schwermetalle landen dann zusammen im Klärschlamm. In der Schweiz ist es nicht erlaubt den Klärschlamm in der Landwirtschaft auszubringen, da die Schwermetalle die Böden kontaminieren würden. Deswegen wird der Klärschlamm in der Regel entsorgt und mit ihm die Nährstoffe. Durch dieses "End of Pipe" Vorgehen müssen Nährstoffe für Düngemittel ständig neu aus Bergbau-Minen gewonnen werden, dies oft unter menschenunwürdigen Bedingungen in Entwicklungsländern.
Das Prinzip der Trennung und des Recyclings kennen wir eigentlich sehr gut vom Recycling im Haushalt. Wir sind es gewohnt Glas, Metall, organische Abfälle etc. zu trennen und diese anschliessend zum Recycling zu bringen. Das gleiche können wir auch mit den Abwasserströmen im Gebäude machen. Am besten wäre es nämlich, wenn wir die Fäkalien gar nicht erst mit Wasser vermischen. Denn die Fäkalien enthalten wertvolle Nährstoffe, welche, wie beim Abfall, am besten recycelt werden können, wenn sie getrennt gesammelt werden. Eine sogenannte Stoffstromtrennung an der Quelle, wo die Fäkalien nicht mit Wasser vermischt werden und die Fäzes und der Urin separat gesammelt werden, ist die beste Grundlage für einen geschlossenen Wasser- und Nährstoffkreislauf. Entscheidend ist dabei die Art der Toilette. Mit einer sogenannten Trocken-Trenn-Toilette kann wertvolles Trinkwasser eingespart werden und die Voraussetzung für die Nährstoffrückgewinnung geschaffen werden. Denn in der Schweiz werden rund dreissig Prozent des täglichen Trinkwasserverbrauchs für die Toilette eingesetzt, das entspricht 41 Liter pro Tag. Eine wasserlose Toilette, die Urin und Fäkalien separat sammelt, ist eine technische Herausforderung, doch es gibt sie in verschiedenen Varianten. Ein besonders interessantes Modell, welches mit einem Förderband betrieben wird, steht beispielsweise auf dem Campus Grüental der ZHAW Wädenswil im Versuchswagen "MODO". Während das Toilettenwasser, sogenanntes Schwarzwasser, sehr stark verschmutzt ist, ist das Abwasser aus Bad und Küche, sogenanntes Grauwasser, nur leicht verschmutzt. Daher macht es Sinn, das Grauwasser bereits im Gebäude zu trennen und separat zu behandeln. Das separat gesammelte Grauwasser kann mit verschiedenen dezentralen Systemen vor Ort gereinigt und wiederverwendet werden. Indem das gereinigte Wasser beispielsweise für die Toilettenspülung oder die Gartenbewässerung wiederverwendet wird, kann das teure Infrastrukturnetz entlastet und Frischwasser eingespart werden.
Nun können wir nicht nur die Ressourcen direkt vor Ort zurückgewinnen, sogenanntes "Urban Mining" sondern sie auch gleich wieder nutzen, beispielsweise mit "Urban Farming". Urban Farming verfolgt das Ziel, Nahrungsmittel in der Stadt anzupflanzen. Sei es auf dem Dach, auf dem Balkon, im Gebäude selbst oder gar an der Fassade. Pflanzen benötigen bekanntlich Wasser und Nährstoffe (Dünger) zum Wachsen. Diese können direkt aus dem Gebäude wiederverwendet werden. Beispielsweise produziert die Firma Vuna, ein Spin-off der EAWAG, den "Aurin"-Dünger aus menschlichem Urin. Ein spezielles Aufbereitungsverfahren stellt sicher, dass der Urindünger ohne Bedenken im Garten eingesetzt werden kann. Mit Anbaumethoden wie Hydroponic oder Aeroponic braucht es zudem keine Erde. Die Nährstoffe werden über das Wasser oder feine Tröpfchen der Pflanze zugeführt. Die bodenunabhängige Kultivierung eröffnet die Möglichkeit an unkonventionellen Orten, wie auf dem Dach oder im Gebäude Nahrungsmittel anzubauen (Abb. 3). In der Stadt tragen diese dezentralen Anbaumethoden zur Kürzung der langen Transportwegen für Nahrungsmittel vom Land in die Stadt bei. Gleichzeitig erhöht sich die Qualität der Lebensmittel, da sie zeitnah und während der vollen Reife geerntet werden. Diese neuen Anbaumethoden werden in Zukunft immer wichtiger: Die Urbanisierung führt zu steigenden Einwohnerzahlen in Städten und dadurch einem gesteigerten Bedarf an Nahrungsmitteln und Ressourcen wie Energie, Wasser usw. Gleichzeitig führt der Klimawandel zu einer Verknappung des verfügbaren Wassers, sowie zu zunehmenden Schwankungen des Niederschlags. Wir erinnern uns an den Sommer 2018, als sogar in der Schweiz die Wiesen gelb wurden. Bewässern mit Frischwasser war unsinnig, Regenwasser leider keines vorhanden. Ist der Garten aber in das Gebäude integriert, kann aufbereitetes Grauwasser, ein über das Jahr konstanter Wasserstrom, für die Bewässerung genutzt werden. Das Grün und die Verdunstung kühlen zudem das Stadtklima - ein weiterer wichtiger Aspekt in der Anpassung an den Klimawandel.
Doch ist das alles nur eine grüne Utopie? Nein. Bereits heute ist Urban Farming ein ernst zu nehmender Trend in Megacities wie New York (Abb. 1). Auch Singapur, Milano und Paris zeigen, dass Grün am Gebäude, sei es an der Fassade oder auf dem Dach, einfach zum guten Ton, oder besser gesagt, zur guten Bauweise, gehört. Auch in der Schweiz können wir bereits heute den Grundstein legen, damit "Urban Mining" und "Urban Farming" in Zukunft zum Standard werden. Der Planer kann Gemeinschaftsgärten in der Siedlung anlegen, wodurch gleichzeitig die sozialen Strukturen gefördert werden, wenn der Stadtgarten beispielsweise durch eine Genossenschaft oder Verein verwaltet wird. Dabei kann generationenübergreifend zusammengearbeitet und der soziale Austausch zwischen Nachbarn gefördert werden.
Hinsichtlich des Urban Minings spielt die Gebäudeplanung eine entscheidende Rolle. Idealerweise werden Grau- und Schwarzwasser in separaten Leitungen geführt. Je besser die Trennung, desto leichter lassen sich Nährstoffe zurückgewinnen und das Wasser reinigen und wiederverwenden.
Nun macht es die Schweizer Gesetzgebung, vor allem im Bereich des Abwassers, nicht leicht, diese Prinzipien umzusetzen. Ein Abwasseranschluss ist in den meisten Fällen zwingend, wie auch die Bezahlung der Abwassergebühren, selbst wenn kein Abwasser eingeleitet wird. Die konventionelle Vorstellung der zentralen Kläranlage, die unseren "Abfall" im Wasser beseitigt, lässt wenig Spielraum für innovative, dezentrale Lösungen, welche unser Abwasser als wertvolle Ressource betrachten. Doch Pioniere wie die Genfer Coopérative Équillibre (Abb. 4) zeigen, dass solche Projekte in Kooperation mit innovationsoffenen Behörden durchaus realisierbar sind. Die Genossenschaft verbaut und erprobt verschiedene Arten von wasserlosen und wasserarmen Toiletten, sowie Verfahren zur Rückgewinnung der Nährstoffe und Aufbereitung und Wiedernutzung des Abwassers.
Die Bedenken seitens der Gesetzgebung sind nicht unbegründet. Schliesslich wollen wir nicht zurück in eine Zeit vor Kanalisation und Kläranlagen, wo die Gefahr bestand, dass jedes "Geschäft" das Grundwasser verschmutzen könnte oder Krankheiten ausbrechen. Deshalb ist es umso wichtiger, dass diese neuen Lösungen absolut hygienisch unbedenklich sind. Dies ist daher auch zentraler Bestandteil in der Forschung zu neuen Sanitärtechnologien. Die Box "Ein Blick in die Forschung" zeigt, woran an der ZHAW in Wädenswil zu diesen Themen geforscht wird.
An der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) am Zentrum Ecological Engineering in Wädenswil werden Technologien entwickelt und erforscht mit dem Ziel lokale Nährstoff- und Wasserkreisläufe zu schliessen. Lesen Sie hier mehr dazu:
Bodenunabhängige Anbaumethoden ermöglichen es, Nahrungsmittel an unkonventionellen Orten wie Dächern, Fassaden oder im Gebäude anzupflanzen. Eine vielversprechende Methode ist die sogenannte Aquaponic, welche Fischzucht und den Anbau von Gemüse in einem Kreislaufsystem kombiniert. Die Ausscheidungen der Fische werden mittels biologischer Prozesse zu Dünger für die Pflanzen aufbereitet. Gleichzeitig wird das Wasser gereinigt und im Kreislauf wiederverwendet. Dadurch wird der Wasserverbrauch und Düngemitteleinsatz für die Fisch- und Nahrungsmittelproduktion erheblich reduziert. Die Herausforderung ist, dass dies ein sehr komplexes System ist, da zwei unterschiedliche Lebewesen (Fische und Pflanzen), und ihre Bedürfnisse aufeinander abgestimmt werden müssen. Einfacher ist es, nur die Pflanzen im Kreislaufsystem zu kultivieren, in einer sogenannten Hydroponic. Damit in der Hydroponic nicht konventionelle Dünger verwendet werden müssen, wird in der Forschung nun der Einsatz von organischen Düngern, wie Urindünger oder flüssigem Gärrest der Biogasproduktion, getestet.
Die dezentrale Aufbereitung und Wiedernutzung von Grauwasser (Abwasser aus Bad, Küche und Waschmaschine) ermöglicht lokale Wasserkreisläufe zu schliessen. An der ZHAW wurde ein Low-Tech-Aufbereitungssystem, basierend auf biologischen Prozessen, entwickelt, um Waschmaschinenabwasser lokal aufzubereiten und für das Waschen wieder zu nutzen. Die Anlage ist zudem solarbetrieben und dadurch nahezu energie- und wasserautark. Das Prinzip dieses autarken Waschsalons soll in Südafrika weiterentwickelt und auf den Markt gebracht werden. Für die Schweiz ist besonders interessant, das gesamte Grauwasser im Gebäude zu reinigen und für die Bewässerung und Toilettenspülung wiederzuverwenden. Hierfür werden platzsparende grüne Wände für die Gebäudefassade entwickelt. Diese reinigen das Wasser, leisten einen ästhetischen Mehrwert und steigern das Wohlbefinden.
Nährstoffrückgewinnung im WC. Unsere Ausscheidungen enthalten wertvolle Nährstoffe, doch die sichere Sammlung und Aufbereitung der Fäzes ist eine Herausforderung. Die Fäzes können zwar kompostiert werden, doch es braucht sehr lange, bis alle gesundheitsschädlichen Organismen entfernt sind. Deshalb wird an der ZHAW geforscht, wie die Fäzes mittels Pyrolyse zu Biokohle aufbereitet werden können. Dabei werden bei Temperaturen von mehr als 300°C alle möglichen Krankheitserreger komplett abgetötet. Anschliessend wird untersucht, wie die Biokohle am besten wieder in der Landwirtschaft oder im urbanen Umfeld als Bodenverbesserer eingesetzt werden kann.
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