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Ein stilles Örtchen ohne Abwasser

Ein internationales Forschungsteam arbeitet an einer Toilette, die Urin und Fäkalien in ungefährliche Komponenten aufteilt. Ziel ist es, Menschen in Gegenden ohne Abwasserleitungen eine hygienische Toilette zur Verfügung stellen zu können.

autarky_DSC4079_content.jpgSamuel Solin (links) und Markus Roth arbeiten an der Fäkalienverwertung der Blue Diversion Autarky-Toilet (Foto: Sandro Nydegger)

Ein kleines Labor im Paul Scherrer Institut PSI in Villigen: Markus Roth und Samuel Solin geben eine Probe von Fäkalien in einen Trichter. Ihr Ziel: Die menschlichen Exkremente sollen in einem Reaktor in unschädliches Wasser, Gas und Salze umgewandelt werden. Die beiden Forscher sind Teil eines Teams der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW, das an der sogenannten Blue Diversion Autarky Toilet arbeitet.

Die Toilette neu erfinden

Blue Diversion Autarky ist ein Projekt der Eawag, des Wasserforschungsinstituts des ETH-Bereichs. Finanziert wird es von der Bill & Melinda Gates Foundation, die vor sieben Jahren die «Reinvent the Toilet Challenge» ausschrieb. Das Ziel des Wettbewerbs: Menschen mit sanitären Einrichtungen zu versorgen, die keinen Zugang zu einem Abwassernetz haben. Eines der unterstützten Projekte ist die Blue Diversion Autarky Toilet unter der Leitung der Eawag. Am Projekt arbeiten internationale Forschende aus verschiedenen Institutionen. Ein Team des Instituts für Biomasse und Ressourceneffizienz FHNW ist unter der Führung von Prof. Dr. Frédéric Vogel für die Fäkalienbehandlung zuständig.

Hydrothermale Oxidation

Im Gegensatz zur Urinbehandlung, die mittels Gravitation, Filter und einfacher Chemie funktioniert, kommt bei der Verarbeitung von Fäkalien mehr Technik zum Einsatz. Die Herausforderung besteht darin, die Exkremente so schnell wie möglich zu neutralisieren, um die Verbreitung von Krankheitserregern und Geruchsemissionen zu verhindern. «Die Trocknung wäre zu langsam, verursacht Geruchsemissionen und braucht einen zu grossen Energieeinsatz», erklärt Markus Roth. Das Forschungsteam wendet darum das Prinzip der hydrothermalen Oxidation – einer Art «nasser Verbrennung» - an: Dabei werden die Fäkalien unter Beigabe von Luft bei hohem Druck auf eine Temperatur von über 374°C – dem kritischen Punkt von Wasser - gebracht. Resultat: Das Material zersetzt sich in seine ungefährlichen Komponenten Wasser, Mineralien und Gas. «Noch muss die Nutzung der einzelnen Komponenten geklärt werden», sagt Markus Roth, «wünschenswert wäre es aber, die resultierenden Mineralien als Dünger wiederverwerten zu können».

Experimente mit dem echten Material

Die Forschenden experimentieren mit dem Druck, der Temperatur und dem richtigen Sauerstoffverhältnis für eine optimale Oxidation. «Dabei benutzen wir echte menschliche Exkremente», sagt Markus Roth und zeigt auf einen weissen Behälter. Das «Material» wird in einer speziellen Toilette in der Eawag gesammelt und gefroren. Dass ihr Prinzip funktioniert, kann das Team am Funktionsmodell im PSI beweisen. Grundsätzlich muss aber der Energieaufwand - beispielsweise mit einer verbesserten Isolation des Reaktors - reduziert werden. Nur so können die Forschenden das vorgegebene Ziel eines energie-autarken Systems erreichen. Bis Ende 2019 soll ein funktionierendes Modell in einer realistischen Umgebung getestet werden. Auch in der Schweiz wäre der Einsatz solcher Autarky-Toiletten denkbar, zum Beispiel in Berghütten. In anderen Gegenden ohne Zugang zum Abwassernetz sieht das Geschäftsmodell vor, dass dereinst eine Autarky-Toilette von Privatpersonen geleast wird. Bis dahin beschäftigt sich das Team von Frédéric Vogel mit der Verarbeitung des grossen Geschäfts auf der Toilette.

Das Autarky-Team: Erich De Boni, Tobias Hübner, Thomas Lehmann, Fabienne Mangold, Till Roth, Markus Roth Samuel Solin, Pascal Unverricht, Frédéric Vogel

Ein Team – zwei Institutionen

Das Institut für Biomasse und Ressourceneffizienz wird gemeinsam von der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW und dem Paul Scherrer Institut PSI getragen. Das interdisziplinäre Team arbeitet in Windisch und Villigen an der energetischen Nutzung von Biomasse und der Optimierung von Material- und Energieflüssen. In der Ausbildung engagiert sich das Institut in den Bachelorstudiengängen Energie- und Umwelttechnik und Maschinenbau sowie im Studiengang Master of Science in Engineering MSE der FHNW.

Institut für Biomasse und Ressourceneffizienz FHNW
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