CDR-Technologien auf Kläranlagen
Die Anwendung von CDR (Carbon Dioxide Removal)- Technologien gilt als vielversprechende Maßnahme zur Erzeugung „negativer Emissionen“. Dieser Beitrag zeigt, wie und an welchen Stellen einer Kläranlage dieses möglich ist.
Organische Abwasserinhaltsstoffe, die in einer kommunalen Kläranlage in der biologischen Reinigungsstufe von Bakterien unter Entstehung von CO2 abgebaut werden, stammen größtenteils aus natürlichen Quellen, nämlich aus Pflanzen, die über die Nahrungskette von Menschen und Tieren wieder ausgeschieden werden. Wenn das beim biologischen Abbau der organischen Abwasserfracht oder bei der Klärschlammverwertung prozessbedingt entstehende CO2 daran gehindert wird, in die Atmosphäre zu entweichen, und stattdessen dauerhaft gespeichert wird, spricht man von CDR.
CDR-Optionen bei der kommunalen Abwasserbehandlung
In der im April 2026 erschienenen Studie von Carbon Gap zu den Potenzialen von CDR in der Abwasser- und Abfallbehandlung werden vier verschiedenen Bereiche für Kläranlagen genannt:
- das Alkalinitätsmanagement für das Abwasser,
- die Konversion von Klärschlamm in die Produkte Bioöl, Biokohle oder Synthesegas,
- die CO2-Abscheidung aus dem Biogas, das bei der Schlammfaulung entsteht und
- die CO2-Abscheidung aus dem Abgas der Schlammverbrennung.
Für die Verfahren zur CO2-Abscheidung ist die anschließende Speicherung erforderlich, wenn die o.g. CDR-Anforderungen erfüllt sein sollen.
Diese Optionen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer technologischen Reifegrade und des für die Umsetzung zu betreibenden Aufwands für Anlagenkomponenten, Energie und Betriebsmittel.
Bei der Konversion von Klärschlamm in Bioöl oder Biokohle ist die Verbrennung dieser Produkte keine Option für ein CDR-Verfahren, denn dabei würde CO2 wieder in die Atmosphäre entlassen. Die Verbrennung ist also im besten Fall CO2-neutral, bewirkt aber keine negativen Emissionen.
Dagegen bieten Bioöl, Biokohle oder Synthesegas die Möglichkeit einer Wertschöpfung, beispielsweise für die Biokohle als Bodenverbesserer oder für Öl oder Synthesegas als Rohstoffe für die Chemie. Dadurch könnte der erhöhte Kapitaleinsatz für die Anlagentechnik, zum Beispiel für eine Pyrolyse, kompensiert werden.
Die Erzeugung von Biogas direkt auf der Kläranlage ist schon länger Stand der Technik. Je nach Größe der Kläranlage und ggfs. mit zusätzlichen Kapazitäten zur Stromerzeugung durch Photovoltaik auf dem eigenen Gelände sind manche Kläranlagen heute schon mindestens bilanziell energieneutral. Wird aus dem Biogas das enthaltene CO2 abgetrennt und langfristig gespeichert, entstehen auch an dieser Stelle negative Emissionen.
Eine Übersicht über alle in der Carbon-Gap genannten Branchen mit hohem CDR-Potenzial finden Sie hier.
CDR-Einsatzort Klärbecken: Alkalinitätsmanagement
Die Steuerung von Alkalinität und pH des Abwassers in der biologischen Reinigungsstufe ist keine neue Erfindung. Sie wird praktiziert, um starke pH-Schwankungen abzufangen und eine stabile Nitrifikationsleistung aufrechtzuerhalten. Letztere benötigt eine Alkalinität von mindestens 50 mg/l Kalziumkarbonat. Für die Einstellung der Alkalinität werden Puffersubstanzen wie Kalkmilch oder Kreidesuspension zudosiert.
Der Nebeneffekt der Dosierung von Kalk (Kalciumkarbonat) tritt nun in den Mittelpunkt: In Gegenwart von Wasser reagiert das Mineral mit CO2 zu Kalziumbicarbonat:
Das im Bicarbonat gebundene CO2 gelangt von der Kläranlage über Fließgewässer in das Meer, wo es über tausende von Jahren verbleibt.
Die Funktionsweise dieses CDR-Verfahrens ist dieselbe wie jene, die Prof. Helmuth Thomas, Leiter des Hereon-Instituts für Kohlenstoffkreisläufe, und seine Coautoren in der Zeitschrift Environmental Science&Technology Letters für die Behandlung alkalischer Industrieabwässer vorschlugen (s. auch hier).
Die Anwendung in Kläranlagen hat den Vorteil, dass die zusätzlichen Kosten für die Kalkdosierung im Rahmen der biologischen Abwasserreinigung unterhalb von 1 % der gesamten Abwasserreinigungskosten liegen, so die Studie von Carbon Gap. Das heißt, die Gebührenzahler würden dadurch gering belastet. Angesichts des vergleichsweise geringen apparativen Aufwands für das Alkalinitätsmanagement erscheint es verwunderlich, dass dieses CDR-Verfahren in der Carbon Gap-Studie mit einem TRL (Technology Readiness Level) von 6 – 7 angegeben wird.
CDR-Pioniere: Kläranlage Breisgauer Bucht
Auf der IFAT 2026 präsentierte Nicholas Nelson, Omya International, zusammen mit Anne Schulze vom Abwasserzweckverband Breisgauer Bucht Details zur Umsetzung von CDR durch Alkalinitätsmanagement auf der Kläranlage Breisgauer Bucht. Auf dieser Anlage wird das Abwasser für insgesamt etwa 381.000 Einwohner von Freiburg und der umliegenden Gemeinden gereinigt. Sie verfügt über insgesamt acht Straßen für die biologische Reinigung, von denen zwei davon erst 2022 ihren Betrieb aufgenommen haben. Diese beiden Straßen, die gleiche Durchflussraten haben, dienten als Versuchsbecken für das CDR-Verfahren. Dabei wurde in einer Straße die Alkalinität auf 200 mg/l eingestellt, während in der anderen Straße mit einer erhöhten Alkalinität gearbeitet wurde.
Unter anderem gewährte die Präsentation den Messebesucher:innen Einblicke in die Eigenschaften und Wirkungsweise des von Omya gelieferten, natürlichen Kalziumkarbonat-Produkts. Neben seiner zentralen Eigenschaft als pH-Puffer und Mittel zur langfristigen CO2-Bindung gemäß o.g. Reaktionsgleichung wirken sich die im Produkt enthaltenen Kalziumionen positiv auf die Klärschlammentwässerung aus. Denn sie erzeugen einen Klärschlamm mit größeren, dichteren Flocken. Diese setzen sich leichter ab, so dass weniger Polymere zur Entwässerung gebraucht werden.
Wieviel CO2 lässt sich nachweislich entfernen?
Auch wenn die Chemie der CO2-Bindung durch Bicarbonate bekannt ist, fehlte es bislang für den beschriebenen Einsatz von Kalziumkarbonat an einer vollständigen CO2-Bilanzierung. Das Protokoll für die Vorgehensweise bei der Überwachung, Berichterstattung und Verifizierung (MRV-Protokoll – monitoring, reporting and verification) der CO2-Entnahme sowie Empfehlungen zu deren Optimierung lieferte das Unternehmen isometric.
Entsprechend dieses Protokolls wurden die Versuche auf der Kläranlage Breisgauer Bucht analysiert und die erreichte CO2-Entnahme validiert. Anhand der bisher gewonnenen Daten aus einem Versuchszeitraum von etwa fünf Monaten (November 2024 bis März 2025) wurde eine CO2-Entfernung von brutto etwa 90 t ermittelt.
Mittlerweile wurden die Versuche auf die übrigen Belebungsbecken ausgeweitet. Die Datenbasis ist insgesamt zwar noch zu klein für eine umfassende Bewertung, aber für die Gesamtanlage mit den acht Straßen rechnet man aufgrund dieser ersten Ergebnisse mit einem CDR-Potenzial von über 1.000 Tonnen CO2 pro Jahr.
Quellen
Dieser Bericht entstand auf der Basis der Studie „No wasted opportunities – Embedding carbon removal in the management of wastewater, concrete and mine waste“, die von Carbon Gap in Kooperation mit Deloitte North and South Europe erstellt wurde. Die Informationen über die CDR-Versuche auf der Kläranlage Breisgauer Bucht entstammen der Präsentation von Nicholas Nelson, Vice Pres. Sales & Marketing Life Science by Omya International AG. Ihm gilt mein Dank für die Ermöglichung dieses Beitrags.
Beitragsbild: jhenning-beauty of nature / Pixabay
Dieses Photo zeigt eine unbekannte Kläranlage als Beispiel. Es handelt sich nicht um die im Beitrag erwähnte Kläranlage Breisgauer Bucht.
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