Grundlagenforschung an elektrochemisch aktiven Mikroorganismen in Greifswald, © Uwe Schröder
Es gibt wohl kaum einen Stoff, dem wir weniger Beachtung schenken als unserem Abwasser. Neue mikrobielle Technologien zeigen jedoch: Daraus lassen sich nicht nur sauberes Wasser, sondern auch Strom und wertvolle Nährstoffe gewinnen, während die Umwelt geschont wird. Unter der Federführung von Prof. Dr. Uwe Schröder vom Institut für Biochemie der Universität Greifswald beleuchtet ein kürzlich in Frontiers in Science erschienenes internationales Forschungsreview das enorme Potenzial mikrobieller elektrochemischer Technologien (METs) bei der Abwasseraufbereitung.
Jährlich produzieren wir weltweit rund 359 Milliarden Kubikmeter Abwasser – viermal so viel wie der Genfersee fasst. „Darin stecken über 800.000 GWh chemische Energie, vergleichbar mit der Jahresproduktion von 100 Kernkraftwerken“, erklärt Studienleiter Prof. Dr. Uwe Schröder von der Universität Greifswald. „Abwasser enthält reichlich Nährstoffe, die wir bislang verkommen lassen.“
Während die Hälfte des weltweiten Abwassers derzeit direkt in Flüsse, Seen, Böden oder Meere gelangt und der Rest energieintensiv aufbereitet wird, macht das Review eines klar: Hier schlummert ein riesiges, ungenutztes Potenzial.
Mit den richtigen Mikroben: Strom mit Abwasser erzeugen
Mikrobielle elektrochemische Technologien (METs) ermöglichen es, Abwasser sowohl zu reinigen als auch gleichzeitig Strom zu erzeugen. Spezielle Mikroorganismen – sogenannte elektrogene Bakterien – spielen hier die Hauptrolle: Sie geben Elektronen an ihre Umgebung ab und erzeugen Strom, sobald sie an Elektroden einer Brennstoffzelle angeschlossen sind. Im Labor haben METs bereits bis zu 35 Prozent der im Abwasser gebundenen chemischen Energie in Elektrizität umgewandelt. Langfristig könnte dieser Strom sogar den Energiehunger des Wassersektors stillen, der weltweit rund 4 Prozent des Gesamtverbrauchs ausmacht.
Dass METs auch in der Praxis funktionieren, beweist der Pilotversuch mit Pee Power®: 2015 versorgte die urinbetriebene Anlage auf dem Glastonbury Festival – einem der größten Musikfestivals weltweit – die Toilettenbeleuchtung mit selbst erzeugtem Strom. In Langzeitstudien in Uganda, Kenia und Südafrika hat sich die Technologie als zuverlässig erwiesen: Sie bereitet größere Wassermengen auf, erleuchtet oft karge Sanitäranlagen und mindert so Sicherheitsrisiken in der Dunkelheit.
Nährstoffe aus Abwasser extrahieren
METs können außerdem wertvolle Nährstoffe aus dem Abwasser zurückgewinnen. Wie genau erklärt Prof. Dr. Uwe Schröder am Beispiel von Stickstoff und Phosphor: „Obwohl unser Abwasser reichlich davon enthält, werden diese Stoffe andernorts extrem energieintensiv und wenig nachhaltig hergestellt. Phosphorvorkommen sind endlich, die Preise steigen – während das Abwasser einfach entsorgt wird.“ Dabei ist eigentlich alles da. „Wir müssen es im Sinne einer Kreislaufwirtschaft nur sinnvoll nutzen“, meint Prof. Dr. Uwe Schröder. „So könnten wir etwa 11 Prozent des globalen Ammoniumstickstoffs und rund 7 Prozent des Phosphatbedarfs aus Abwasser decken.“
Ein weiterer Pluspunkt: Die gründliche Entfernung dieser Stoffe reduziert die Umweltbelastung. Nährstoffreiches Abwasser führt sonst zu Algenblüten in Gewässern, die Fischen Sauerstoffmangel und ganzen Ökosystemen Schaden zufügen.
Weltweit Sanitärversorgung verbessern
Rund 3,5 Milliarden Menschen haben weltweit keinen Zugang zu angemessenen sanitären Einrichtungen. Co-Autor Prof. Ioannis Ieropoulos von der Universität Southampton untermauert: „In dem Ausbau der Abwasserbehandlung besteht die Chance, die Lebensbedingungen vieler der ärmsten Menschen deutlich zu verbessern und zugleich Umweltschäden zu verringern. Mikrobielle elektrochemische Technologien könnten hier eine lokal einsetzbare Lösung bieten, indem sie schädliches Abwasser in eine wertvolle Ressource verwandeln.“
Die Autor*innen des Reviews sind sich einig, dass METs einen vielversprechenden Beitrag zur Erreichung des sechsten UN-Nachhaltigkeitsziels leisten können: die Sicherung der Verfügbarkeit und nachhaltigen Bewirtschaftung von Wasser und Sanitärversorgung für alle.
Vom Labor in die Skalierung
Der nächste Schritt liegt in der Skalierung und Optimierung der mikrobiellen elektrochemischen Technologien: „Elektronenübertragung und Reaktoren müssen preiswert, robust und energieeffizient ausgebaut werden, damit sie für Unternehmen ökonomisch attraktiv sind“, sagt Prof. Dr. Uwe Schröder. Er forscht daher in Greifswald mit seinem Team an den biochemischen und elektrochemischen Grundlagen, um diese Stellschrauben weiter zu verfeinern.
Gleichzeitig braucht es strukturelle Veränderungen, so Schröder: „Die ausgereifte Abwasserbranche in Mitteleuropa muss überzeugt werden, in potenziell risikobehaftete Neuheiten zu investieren – etwa durch Förderprogramme, Pilotanlagen und klare ökonomische Anreize. Denn für Unternehmen muss es sich natürlich rechnen.“
Über all das hinaus ist ein Umdenken gefragt: „Wir sollten die Stoffe, die wir ausstoßen, zurückgewinnen – statt immer weiter Neues auszubeuten“, gibt Schröder zu bedenken. „Wenn wir die Mikroben richtig einsetzen, ist Abwasser kein Abfall, sondern ein Rohstoff. Das ist der Schlüssel zu nachhaltiger Kreislaufwirtschaft.“ Ein Grund mehr, unserem Abwasser ein wenig mehr Beachtung zu schenken – nicht nur dann, wenn der Abfluss mal wieder streikt.
Die internationale Studie „Waste to value: microbial electrochemical technologies forsustainable water, material and energy cycles”, veröffentlicht als Leitartikel in Frontiers in Science, wurde von Prof. Dr. Uwe Schröder von der Universität Greifswald geleitet. Mitautor*innen sind: Falk Harnisch, Elizabeth Heidrich, Ioannis A. Ieropoulos, Bruce E. Logan, Dibyojyoty Nath, Deepak Pant, Sunil A. Patil, Sebastia Puig, Jason Ren, Ruggero Rossi, Amelia-Elena Rotaru, Annemiek ter Heijne
Es ist laut Autor*innen der erste international systematische Beitrag, der die Möglichkeiten von METs unter globalen Gesichtspunkten aufzeigt.
Weitere Informationen:
Schröder, U., Harnisch F., Heidrich E., Ieropoulos I. A., Logan, B.E., Nath, D., Pant D., Patil, S.A., Puig S., Ren J., Rossi R., Rotaru A.-E., ter Heijne, A (2026). Waste to value: microbial electrochemical technologies for sustainable water, material and energy cycles. Frontiers in Science. https://doi.org/10.3389/fsci.2026.1688727.
Bildnachweise:
Die Bilder 2, 3 und 4 stammen von Schröder et al., Frontiers in Science.
Text: Fiona Schmidt, 14.04.2026
