Bakterien unter Strom: Wie Greifswalder Forschende dem Abwasser Energie entlocken wollen

Was im Abfluss verschwindet, gilt gemeinhin als Problem. Für Uwe Schröder steckt darin auch eine Chance. Der Professor forscht an der Universität Greifswald an Bakterien, die beim Abbau von Schmutzstoffen Strom liefern. Gemeinsam mit einem internationalen Team hat er zusammengetragen, was diese Winzlinge in der Abwasserreinigung leisten können. Die Bilanz macht Hoffnung und räumt zugleich mit einer allzu schönen Vorstellung auf: Das Kraftwerk im Klärbecken wird es wohl nicht geben. Etwas anderes, womöglich Nützlicheres, dagegen vielleicht schon.

Ein Energievorrat im Abfluss Weltweit fallen jedes Jahr rund 359 Milliarden Kubikmeter Abwasser an, damit ließe sich der Genfersee etwa viermal füllen. Darin stecken nach der Rechnung der Forschenden mehr als 800.000 Gigawattstunden chemische Energie, gebunden in organischen Stoffen. Das entspricht laut den beteiligten Einrichtungen der Jahresproduktion von 100 Kernkraftwerken. Die Zahl beschreibt allerdings den gesamten Energiegehalt, nicht die Menge, die sich tatsächlich als Strom gewinnen ließe.

Bislang kostet Abwasser vor allem Energie. Kläranlagen verbrauchen je Kubikmeter gereinigtes Wasser etwa 0,5 bis 2 Kilowattstunden, und der Wassersektor insgesamt steht für rund 4 Prozent des weltweiten Energieverbrauchs. In Deutschland bezifferte das Umweltbundesamt den Bedarf der mehr als 10.000 kommunalen Kläranlagen im Jahr 2008 auf fast 4.400 Gigawattstunden Strom jährlich. Den größten Anteil daran hatte die Belüftung der Becken.

Bakterien mit Anschluss an den Stromkreis Die Hauptrolle spielen sogenannte elektrogene Bakterien. Sie sind in nahezu allen sauerstofffreien Umgebungen zu Hause, auch im Abwasser. Wenn sie organische Stoffe abbauen, werden Elektronen frei, und diese Bakterien können sie nach außen abgeben. Spezielle Proteine reichen die winzigen Ladungsträger dabei wie in einer Eimerkette durch die Zellmembran und den Bakterienfilm weiter, bis sie an einer Elektrode ankommen.

Von dort fließen die Elektronen über einen äußeren Stromkreis zu einer zweiten Elektrode. Das Ergebnis ist eine mikrobielle Brennstoffzelle: Die Bakterien reinigen das Wasser und erzeugen nebenbei Strom. Sie gehört zu einer ganzen Familie verwandter Verfahren, die Fachleute mikrobielle elektrochemische Technologien nennen.

Im Labor stark, in der Praxis bescheidener Unter optimalen Bedingungen haben solche Systeme bis zu 35 Prozent der chemischen Energie in Strom umgewandelt. Das liegt über dem Richtwert von rund 28 Prozent, den die Fachleute für Strom aus der klassischen Vergärung nennen. Echtes Abwasser ist jedoch kein Laborversuch. In kontinuierlich betriebenen Reaktoren sank die Ausbeute teils unter 1 Prozent. Eine Schweizer Pilotanlage mit 64 Modulen, die ein Jahr lang in einer Kläranlage lief, erreichte 5,8 bis 12,1 Prozent.

Je größer die Anlage, desto schwieriger wird es. Als wahrscheinliche Ursache nennen die Fachleute den Widerstand der Elektroden, der mit ihrer Fläche wächst. Pilotanlagen ab 500 Litern kamen bisher nicht über eine Leistungsdichte von 0,1 Watt pro Quadratmeter hinaus. Auch der Preis bremst, denn Pilotanlagen kosteten 1.000 bis 36.000 US-Dollar je Kubikmeter Reaktorvolumen.

Entsprechend nüchtern fällt das Fazit der Übersichtsarbeit aus, die im Februar 2026 in der Fachzeitschrift „Frontiers in Science“ erschienen ist: Als Stromerzeuger im großen Stil kommen mikrobielle Brennstoffzellen demnach kaum infrage. Haushalte mit Abwasserstrom zu versorgen, hält auch Mitautor Falk Harnisch vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Leipzig für weit hergeholt.

Der eigentliche Gewinn: sparsamer reinigen, Rohstoffe zurückholen Spannend wird die Technik dort, wo sie vorhandene Klärverfahren ergänzt, statt sie zu ersetzen. Das Team sieht den realistischen Beitrag in einer energiesparenden Reinigung und in der Rückgewinnung von Rohstoffen aus Teilströmen des Abwassers. Solche Verfahren können energieintensive Schritte ablösen, allen voran die Schlammbehandlung mit Sauerstoff.

Hinzu kommt der Dünger im Abfluss. „Abwasser enthält außerdem reichlich Nährstoffe, die wir bislang verkommen lassen“, sagt Schröder. Rechnerisch ließen sich bis zu rund 11 Prozent des weltweiten Bedarfs an Ammoniumstickstoff und bis zu etwa 7 Prozent des Phosphatbedarfs aus Abwasser decken. Das sind Potenziale, keine erreichten Mengen. Gelänge es, die Nährstoffe herauszuholen, würden Gewässer zudem weniger überdüngt.

Am greifbarsten ist der Nutzen bisher dort, wo es an Infrastruktur fehlt. Rund 3,5 Milliarden Menschen haben keinen Zugang zu angemessenen sanitären Einrichtungen. Das urinbetriebene System „Pee Power“ versorgte 2015 beim Glastonbury-Festival die Toilettenbeleuchtung mit Strom. Später bewährte es sich in längeren Feldversuchen in Uganda, Kenia und Südafrika. Dort soll das Licht rund um die Toiletten Sicherheitsrisiken verringern, denn im Globalen Süden fehlt vielerorts die Grundversorgung mit Strom. Harnisch sieht besondere Vorteile bei stark belastetem Abwasser und überall dort, wo herkömmliche Aufbereitung zu teuer ist oder nicht alle Menschen erreicht.

Grundlagenarbeit an der Ostsee, Reaktorbau in Leipzig Schröders Arbeitsgruppe beschäftigt sich seit 2001 mit den Grundlagen mikrobieller Brennstoffzellen. Sie untersucht, wie Mikroorganismen und Elektroden zusammenspielen, entwickelt neue Elektrodenmaterialien und skalierbare Reaktoren. Zu den abgeschlossenen Projekten gehören sogar Elektroden auf Papierbasis. Auf der Projektliste steht zudem ein vom Bund gefördertes Teilprojekt, das eine bioelektrochemische Brennstoffzelle für die Abwasserreinigung demonstrieren soll. In Leipzig entwickelt die Gruppe um Harnisch neuartige Reaktoren und nimmt auch Abfallströme aus der Lebensmittelverarbeitung und der Papierherstellung in den Blick.

Bis zum Alltagseinsatz bleibt einiges zu tun. Die Technik muss zuverlässiger, sparsamer und billiger werden, und sie muss sich gegen herkömmliche Verfahren wirtschaftlich behaupten. Die etablierte Abwasserbranche in Mitteleuropa muss erst überzeugt werden, etwa mit Förderprogrammen, Pilotanlagen und wirtschaftlichen Anreizen. Die Vermarktung läuft bereits, wenn auch in gemächlichem Tempo. Das große Kraftwerk wird daraus wohl nicht, eine sparsamere Kläranlage aber vielleicht schon, und das wäre auch eine ziemlich gute Nachricht.