Knack­iger Salat, bewässert und gedüngt mit auf­bere­it­etem Abwass­er – Ressourcen wie Nährstoffe, Wass­er und Flächen effizient nutzen: Das ist die Idee hin­ter dem ger­ade abgeschlosse­nen Pro­jekt HypoWave. Dass sie funk­tion­iert, hat die Pilotan­lage des Forschung­steams auf dem Gelände ein­er Kläran­lage bei Wolfs­burg bewiesen. Kern­stück der Anlage war ein soge­nan­ntes hydro­ponis­ches Sys­tem, bei dem Pflanzen ohne Erde in ein­er Nährlö­sung gezo­gen wer­den. Dr. Jörn Ger­mer, Agrarökologe an der Uni­ver­sität Hohen­heim in Stuttgart, hat es mit seinem Team für den Ein­satz kom­mu­naler Abwäss­er angepasst. Eine Idee mit Zukun­ft im Wis­senschaft­s­jahr 2020 Bioökonomie. Das Gesamt­pro­jekt unter Leitung der TU Braun­schweig wurde vom Bun­desmin­is­teri­um für Bil­dung und Forschung (BMBF) mit 2,1 Mio. Euro gefördert. An der Uni­ver­sität Hohen­heim zählt das Teil­pro­jekt mit ein­er Förder­summe über 386.448 Euro zu den Schw­ergewicht­en der Forschung.

Ein Gewächshaus mit Salatköpfen in Reih und Glied – doch die Pflanzen wach­sen nicht etwa auf dem Boden, son­dern in den Pflanzöff­nun­gen langer Kun­st­stof­frohre, in denen eine Nährlö­sung zirkuliert. Und auch diese weist eine Beson­der­heit auf: Es han­delt sich um Bewässerungswass­er auf Basis des Abwassers aus der Kläran­lage in Wolfs­burg-Hat­torf, auf deren Gelände das Gewächshaus steht.

Was gewöh­nungs­bedürftig klingt, ist ökonomisch und ökol­o­gisch sin­nvoll. „Kom­mu­nale Abwäss­er enthal­ten viel Stick­stoff, Phos­phor und alle anderen essen­tiellen Pflanzen­nährstoffe, die wir für den Gemüsean­bau nutzen kön­nen“, erk­lärt Dr. Jörn Ger­mer von der Uni­ver­sität Hohen­heim den Hin­ter­grund. „Mit der hydro­ponis­chen Pflanzen­pro­duk­tion kön­nen wir diese Nährstoffe opti­mal nutzen und zudem die immer knap­per wer­dende Ressource Wass­er schonen.“

Einige Nährstoffe müssen zudosiert werden

Die Hohen­heimer Forsch­er um Dr. Ger­mer mit Dr. Chris­t­ian Brandt, Paul Miehe und sieben Mas­ter- und Bach­e­lor-Studieren­den – unter der Fachge­bi­et­sleitung von PD Dr. Frank Rasche – set­zten für ihre hydro­ponis­chen Lin­ien Bewässerungswass­er ein, das die Pro­jek­t­part­ner zuvor auf ver­schiedene Weise aus Abwass­er des Klär­w­erks auf­bere­it­et hatten.

Im ersten Ver­such­s­jahr 2017 ver­glichen sie vier Vari­anten im Durch­fluss­be­trieb: Abwass­er aus kon­ven­tionellem Klär­w­erk mit und ohne Ozon­be­hand­lung sowie anaer­ob behan­deltes und nitri­fiziertes Abwass­er mit und ohne Kohle­filtra­tion mit ein­er kün­stlichen Nährstofflösung.

„Darin ließen wir jew­eils den Salat als Mod­ellpflanzen wach­sen“, berichtet Dr. Ger­mer. „Er gedieh vor allem in den anaer­ob-aer­ob behan­del­ten Vari­anten gut, denn dabei gast der wertvolle Stick­stoff nicht in die Luft aus. Bei der Nitri­fika­tion wird er durch Bak­te­rien von Ammo­ni­um in Nitrat umge­wan­delt, das die Pflanzen gut aufnehmen können.“

Doch nicht nur die Menge der Nährstoffe ist entschei­dend, son­dern auch deren Ver­hält­nis zueinan­der: „Abwass­er enthält rel­a­tiv viel Stick­stoff und Phos­phor, aber ver­gle­ich­sweise wenig Kali­um und Mikro­nährstoffe wie Zink und Eisen“, so der Experte. „Damit die Pflanzen möglichst effizient die Nährstoffe, ins­beson­dere Stick­stoff und Phos­phor, aus dem Wass­er aufnehmen kön­nen, müssen die ger­ing vor­liegen­den Nährstoffe zugedüngt werden.“

Hydroponisches System entfernt Nährstoffe aus behandeltem Abwasser

Im Fol­ge­jahr tüftel­ten die Wis­senschaftler weit­er an diesem Prob­lem. „Es ist nicht ein­fach, die Palette an Nährstof­fen aus­ge­wogen hinzubekom­men, denn die Ver­hält­nisse ver­schieben sich je nach Wach­s­tums­stand und Umweltparameter.“

Während im ersten Jahr noch ein per­ma­nen­ter Durch­fluss durch die Rohre erfol­gte, exper­i­men­tierte das Forschung­steam 2018 mit einem Kreis­lauf-Sys­tem. Nitrat-Sen­soren überwacht­en dabei kon­tinuier­lich den Stick­stoff-Gehalt, der im behan­del­ten Abwass­er zum weitaus größten Teil als Nitrat vor­liegt. Sank dieser auf weniger als 10 mg/l Nitrat­stick­stoff, wurde das Wass­er erneuert. Zum Ver­gle­ich: Laut Abwasserverord­nung gilt für Gesamt­stick­stoff ein Gren­zw­ert von 13–18 mg/l für kom­mu­nales Abwasser.

„Damit gelang uns nicht nur eine Pro­duk­tion auf hohem Niveau“, freut sich Dr. Ger­mer, „son­dern wir kon­nten auch das vor­be­han­delte Abwass­er an Nährstof­fen stark ver­ar­men zu lassen. Wir erre­ichen damit Werte, die es erlauben, das Abwass­er direkt in natür­liche Fließgewäss­er einzuleit­en. Stick­stoff und Phos­phor kon­nten wir viel weitre­ichen­der aus dem Abwass­er ent­fer­nen als ein kon­ven­tionelles Klär­w­erk – wir haben die Stick­stoff­fracht­en zum Teil bis unter die Nach­weis­gren­ze senken können.“

Guten Noten für Geschmack und Hygiene

Let­z­tendlich ist es jedoch das Ziel jed­er Nahrungsmit­tel­pro­duk­tion, dass die Pro­duk­te auf dem Teller lan­den – und hier drängt sich die Frage nach Qual­ität und Hygiene beim hydro­ponis­chen Anbau mit Abwass­er auf. „Das Julius Kühn-Insti­tut (JKI) hat den Salat daher unter anderem auf das Bak­teri­um Escherichia coli unter­sucht, einem Darm­bak­teri­um, das als Indika­tor für Verun­reini­gung durch Fäkalien dient.“

Die Pro­jek­t­part­ner kon­nten Ent­war­nung geben: Sie haben auf dem Salat nicht mehr E. coli als auf üblich­er Mark­t­ware gefun­den. Erbg­ut­analy­sen ergaben außer­dem, dass es Unter­schiede in den Pop­u­la­tio­nen auf dem Salat und im auf­bere­it­eten Abwass­er gab. Das Ergeb­nis: Eine direk­te Verun­reini­gung durch das Abwass­er war nicht festzustellen, aus hygien­is­ch­er Sicht scheint der Salat unbe­den­klich zu sein. Ein Aspekt, den es noch weit­er zu unter­suchen gilt, ist die Frage, wie die Über­tra­gung bzw. Entwick­lung von Antibi­otikare­sisten­z­ge­nen in den Bak­te­rien unter­bun­den wer­den kann.

Das Forschung­steam hat den Salat auch einem direk­ten Qual­ität­stest unter­zo­gen: Die Wis­senschaftler haben ihn selb­st pro­biert. „Geschmack­lich und in der Kon­sis­tenz hat der Salat überzeugt“, berichtet Dr. Ger­mer. Über die restlichen Salatköpfe habe sich eine Schafherde in Hat­torf gefreut.

Fallstudien zeigen hohes Potenzial des hydroponischen Systems auf

Um das Poten­zial des neuen Sys­tems auszu­loten, hat das Forschung­steam Fall­stu­di­en durchge­führt. Unter Leitung des ISOE — Insti­tuts für sozial-ökol­o­gis­che Forschung in Frank­furt am Main und des Fraun­hofer-Insti­tuts für Gren­zflächen- und Biover­fahren­stech­nik wurde beispiel­haft an drei Regio­nen gezeigt, wie die Auf­bere­itung und Wiederver­wen­dung von kom­mu­nalem Abwass­er gelin­gen kann. Im Land­kreis Gifhorn in Nieder­sach­sen unter­sucht­en sie das Poten­zial von Gemüsean­bau mit auf­bere­it­etem Abwass­er. In der Gemeinde Raeren in Bel­gien ging es um den hydro­ponis­chen Anbau von Schnit­tblu­men, und im Alen­te­jo Por­tu­gals um die hydro­ponis­che Auf­bere­itung von Abwass­er zur anschließen­den Nutzung für die Bewässerung von Oliv­en, Man­deln und Wein.

Dem­nach ist das Sys­tem kün­ftig z.B. auch für kleine Gemein­den inter­es­sant, die Prob­leme damit haben, bei der Auf­bere­itung des Abwassers die Gren­zw­erte einzuhal­ten. Hier liegen ökonomis­che Vorteile klar auf der Hand, wenn mögliche Strafen auf diese Weise umgan­gen wer­den. Auch die Wasser­ef­fizienz ist ein großer Plus­punkt in Regio­nen mit Wasserk­nap­pheit wie dem Süden Europas, wo die Ver­sorgungssicher­heit in Trocken­zeit­en von hoher Bedeu­tung ist.