Dass im Urin Phosphor steckt, erkannte schon vor über 350 Jahren Hennig Brand, allerdings zufällig. Der Alchemist war auf der Suche nach dem "Stein der Weisen", also jenem Material, das jedes Metall in Gold verwandeln soll. Dazu kochte er 1669 tagelang große Mengen Urin in einem Topf. Am Ende erhielt er einen Rückstand, der geheimnisvoll glühte. Dieses Glühen bzw. kalte Feuer führte zum Namen „Phosphor“ (griechisch phosphorus = Lichtträger). Phosphor gilt auch als erstes chemisches Element, dessen Entdecker namentlich bekannt war (Abb. 1).

Auch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) beschäftigt sich seit Jahren mit der Thematik. „Die ersten Symposien über den Aufbau einer solchen Kreislauf-Wirtschaft gab es schon in den 1990er-Jahren. Das Thema wurde dann ab dem Jahr 2007 wichtiger, als die Preise für Phosphatgestein auf dem Weltmarkt plötzlich stark anstiegen“, erinnert sich Dr.-Ing. Christian Adam, Leiter Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung bei der BAM. 

Adam erkannte früh das Potenzial des Phosphorrecyclings, daher kann die BAM mit AshDec® jetzt ein patentiertes Verfahren anbieten [3]. Adams Team verwendet dafür die Asche, die bei der bisher üblichen Verbrennung von Klärschlämmen entsteht, und schickt sie zunächst noch einmal bei 1000 °C in einen Drehrohrofen. Diese Hitzebehandlung zerstört Rückstände von Haushaltschemikalien und Arzneimitteln und entfernt größtenteils giftige Schwermetalle wie Arsen, Cadmium, Quecksilber und Blei.

Für den entscheidenden Schritt auf dem Weg zum Düngemittel nutzen die BAM-Forscher eine seit Jahrhunderten bekannte chemische Reaktion. Sie geben Alkalien, unter anderem Soda, zur heißen Asche und erzeugen dadurch Calciumalkaliphosphate. „Das ist ein guter Ausgangsstoff für Düngemittel, denn er ist zu 100 Prozent pflanzenverfügbar, aber kaum wasserlöslich“, erklärt Christian Adam und verweist auf die hohe Effizienz des Verfahrens, an dem er und sein Team seit rund zehn Jahren forschen: "Wir gewinnen über 90 Prozent des Phosphors, der in die Kläranlage hineingeht, wieder zurück. Das recycelte Phosphat entlastet nicht nur die Umwelt, sondern könnte auch etwa ein Viertel des in Deutschland verwendeten Düngers ersetzen.“ 

Zudem sind die natürlichen Phosphatgesteine teilweise mit den giftigen Schwermetallen Cadmium, Uran und Thorium belastet, die durch den Einsatz des Düngers auch das Grundwasser erreichen können. Auch das ist mit dem recycelten Phosphordünger dann kein Thema mehr.

Auf den Spuren des oben erwähnten Hennig Brands, der aus Urin etwas Wertvolles herausholen wollte, wandelt gewissermaßen das Forscherteam „KaPURe – Phosphate Fertilizer from Urine“ vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) (Abb.5.). Das Team überzeugte die Jury des Studierenden-Wettbewerbs ChemPLANT der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC) mit einem Recycling-Konzept für Phosphor [6]. KaPURe (Karlsruher-Phosphat-aus-Urin-Recycling) will auf Basis der Sekundärquelle Urin eine unabhängige Versorgung Deutschlands mit Phosphatdünger ermöglichen. 

Beim KaPURe-Verfahren könnte – so die Idee – menschlicher Urin u.a. bei Großveranstaltungen wie Fußballspielen, Festivals oder in großen Büro- und öffentlichen Gebäuden gesammelt werden. Ergänzt mit Rinderurin könnte die Menge in dezentralen Anlagen vorbehandelt und anschließend an zwei zentralen Standorten zu Phosphatdünger weiterverarbeitet werden. Urin, der sonst als Abfallprodukt in Kläranlagen geschleust wird, könnte so nachhaltig und wertschöpfend direkt als Phosphatquelle genutzt werden. 

Eine ganz ähnliche Idee haben auch Schweizer Forscher, die mit einem Urin-Express als mobile Kläranlage bereits aus 1000 Liter Urin innerhalb von drei Tagen rund 70 Liter Phosphat-Düngern gewinnen können [7]. Der technischen Umsetzung für KaPURe stehen allerdings noch viele Hürden im Weg. Geringe Phosphatgehalte im Urin erfordern einen hohen Energie- und Kostenaufwand beim Aufkonzentrieren der anfallenden Urinmengen. Und die herkömmlichen sanitären Anlagen sind noch nicht auf das getrennte Auffangen von Urin ausgelegt. Es bleibt also noch viel zu tun, bis das Projekt "marktreif" ist.