Details zu unserer Kreislauf-Toilette

Wie funktioniert das System? Beim Spülvorgang werden die Toiletteninhalte zusammen mit der gewonnenen Spülflüssigkeit über eine Saugleitung abgesaugt. Das Vakuum zur Absaugung wird über eine elektrische oder handbetriebene Pumpe erzeugt. Die Stoffe werden dann über eine Leitung der weiteren Verwertung zugeführt (das heißt, in den Kanal gepumpt oder in einen Sammelbehälter).

In unserer innovativen Kreislauf-Toilette wird der Urin separat aufgefangen und abgeschieden. Der Urin wird dann mit biologischen Zuschlagsstoffen versehen, die ihn stabilisieren (das verhindert u.a. Entstehung von klimaschädlichen Gasen wie Lachgas/Ammoniak). Die Flüssigkeit wird kurzzeitig in einem kleinen Tank gesammelt und ersetzt beim Spülvorgang das wertvolle Trinkwasser. So lassen sich ganz leicht etwa 15.000 Liter Trinkwasser je Nutzer und Jahr einsparen! Das hilft der Umwelt und dem Geldbeutel.

Ein Vorteil im Vergleich zu anderen Öko-Toiletten ohne Spülwasser ist, dass die festen Ausscheidungen nicht in der Toilette gesammelt und zyklisch manuell entnommen werden müssen (wie das z.B. bei Trockentrenntoiletten, Campingklos und Kompostklos ist). Beim Spülvorgang nach dem “großen Geschäft” werden bei uns die Ausscheidungen gezielt mit dem gewonnenen Spülmittel (ehemals Urin) beaufschlagt und dann über die Saugleitung abtransportiert. Es gibt bei uns keine Vermischung mit Spülwasser (Trinkwasser) und somit bleiben die Rohstoffe unverdünnt erhalten. Dies ist im Hinblick auf eine effiziente Weiterverwertung der Stoffe und die Transport-Logistik ein entscheidender Vorteil.

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Unsere Kreislauf-Toilette bietet einige Alleinstellungsmerkmale im Toilettenmarkt. Von der Optik und Funktion halten wir uns an gängige Spültoiletten um eine breite Akzeptanz sicherzustellen. Allerdings verzichten wir zu 100% auf den Einsatz von Trinkwasser als Spülmittel. Über das Gesamt-Konzept haben wir eine deutlich positive Energie- und Ökobilanz und grenzen uns damit entscheidend von den Wettbewerbern ab. Aufgrund nur einer erforderlichen 40-50mm dicken Abwasser-Leitung kann die Technik leicht im Baubestand nachgerüstet werden.

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Wie auf dem obigen Schnitt zu sehen ist, ist der technische Aufbau einfach gehalten. Bei einer Sitztoilette fallen Urin und Fäzes anatomisch bedingt an unterschiedlichen Stellen an. Entsprechend kann der Urin sehr einfach über einen speziellen Ablauf vorne abgeschieden werden. Beim großen Geschäft fallen die Fäzes wie bei einer normalen Spültoiletten im hinteren Bereich in die Flüssigkeitsvorlage. Über Vakuum werden die Toiletteninhalte dann beim Spülvorgang aus der Toilette gesaugt. Über eine Pumpe wird das Spülmittel anschließend in die Kloschüssel gepumpt und füllt wieder den Geruchsverschluss.

Über Vakuum können die Toiletteninhalte sehr effizient und platzsparend gefördert werden. Aufgrund der Vorbehandlung des Urins in der Toilette wurde dieser so stabilisiert, dass z.B. der wichtige reaktive Stickstoff erhalten bleibt. Bei herkömmlichen WCs gehen wichtige Inhaltsstoffe in der Toilette oder auf dem Weg zum Klärwerk an die Umwelt verloren. Das liegt u.a. an den schnellen Umwandlungsprozessen des Harnstoffs und dies belastet die Umwelt sehr.

Ein weiterer Vorteil bei uns ist, dass auch keine Urinstein-Ablagerungen in der Leitung entstehen. Dies ist bei herkömmlichen WCs, aber auch bei Vakuum-Toiletten mit Wasserspülung durch die im Wasser enthaltenen Mineralien oft ein Problem und führt dann zu Verstopfungen und erhöhten Wartungskosten.



Wo ist der Unterschied zu bisherigen “Schwarzwasser-Konzepten”?

Schon seit einigen Jahrzehnten gibt es Konzepte zur getrennten Erfassung der unterschiedlichen Haushaltsabwässer. Insbesondere die Toiletteninhalte und der im Haushalt anfallende Bioabfall werden dabei getrennt erfasst und einer gezielten Verwertung zugeführt. Üblicherweise kommen dabei herkömmliche Vakuumtoiletten zum Einsatz. Quartiers-Lösungen mit ökologischem Energiekonzept nutzen bereits diese Lösung und umfassen meist mehrere Häuser die räumlich nahe beieinander liegen.

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Bei herkömmlichen Vakuum-Toiletten wird wie bei den altbekannten Spültoiletten (WC) Wasser als Spülmittel verwendet. Das heißt bei jedem Spülvorgang werden 1,5 bis 2 Liter Frischwasser benötigt. Somit werden die wertvollen Ausscheidungen auch hier stark verdünnt. Die Frachtrate, also das Verhältnis zwischen Fracht (Urin+Fäzes+Klopapier) und Spülmittel Frischwasser, beträgt etwa 10-15% (im Vergleich zu 5% bei herkömmlichen WCs). Das macht die Logistik/Transport und die weitere Verwertung schwierig. Ein weiteres Problem ist aber, dass der Urin mit den Mineralien aus dem Spülwasser reagiert (Urinstein). Dies führt hier zu Ablagerungen in den Rohren und Ventilen und erhöht die Betriebskosten.

Dadurch dass unsere Kreislauf-Toilette als Spülmittel den aufbereiteten Urin verwendet, können hartnäckige Ablagerungen in den Leitungen vermieden werden. Des Weiteren beträgt die Frachtrate 100% (!!). Das ist unschlagbar effizient und schafft große Vorteile bei Sammlung, Transport-Logistik und vor allem auch Aufbereitung der enthaltenen Ressourcen!

Zur Verdeutlichung: Würden die Toiletteninhalte unserer “wasserlosen Vakuum-Toilette” das ganze Jahr über in einem Behälter gesammelt, kämen je Nutzer nur etwa 0,5 m³ Material zusammen. Das wäre ein halber IBC-Tank. Bei einer regulären Vakuum-Toilette wären es im Jahr schon etwa 5 m³ (5 ganze IBC-Tanks) und bei einer “modernen” Spültoilette schon etwa 10m³ (10 IBC-Tanks). Dass Sammelbehälter entsprechend groß und Transportkosten entsprechend teuer würden wird daran sicher deutlich.



Was läuft bei zentralen Klärwerken heute noch falsch und wie lässt sich das ändern?

Zentrale Klärwerke arbeiten nach dem “End-of-Pipe-Prinzip”. Das heißt, Abwässer aus Kliniken, Industrie und Haushalt laufen im selben Kanalnetz zusammen. Die im Abwasser enthaltenen Inhaltsstoffe sind teils sehr gefährlich, aber eben stark verdünnt. Das macht die Arbeit im Klärwerk energie- und ressourcenintensiv. Im Klärschlamm sammeln sich ein Teil der gefährlichen Stoffe (z.B. Schwermetalle), aber auch viele wichtige Nähr- und Spurenstoffe sind enthalten. Die Nähr- und Spurenstoffe stammen aus den menschlichen Ausscheidungen und sollten eigentlich im “Kreislauf des Lebens” gehalten werden. Der Klärschlamm wird heute aber als Sondermüll vernichtet. Entsprechend sind die Bilanz bezüglich Energie- und Ressourcenverbrauch, die externen Umweltauswirkungen und die Kosten nicht nachhaltig (siehe Quadrate in folgendem Diagramm):

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Durch eine kleine Änderung können aus den “Quadraten” die positiven Effekte der “Kreise” werden. Es müssen nur die Toiletteninhalte getrennt von den anderen Abwässern gesammelt und separat verwertet werden. Die (vorhandenen) zentralen Klärwerke können in ihrer bisherigen Form bestehen bleiben, würden aber zukünftig deutlich ökologischer laufen.

Anhand von dem obigen Diagramm wird deutlich, dass unser “Neues Konzept” mit den Kreislauf-Toiletten deutliche Vorteile mit sich bringt. Insbesondere die Phosphor- und Stickstoffkreisläufe sind hier optimal geschlossen. Es gibt verschiedene Ansätze zur Hygienisierung und organischen Aufbereitung der Toiletteninhalte. Dies ist über die grünen Kreise ersichtlich. Je größer der Aufwand, der für die Aufbereitung betrieben wird, desto größer der Verbrauch an Energie und der Verlust an Ressourcen. Gleichzeitig lassen sich natürlich die Umwelt-Auswirkungen entsprechend optimieren.



Ist es sinnvoll die Toiletteninhalte vor der Rückgewinnung der Nähr- und Spurenstoffe zu mineralisieren?

Durch unsere Kreislauf-Toiletten können zukünftig die Toiletten-Inhalte einer gezielten Verwertung zugeführt werden. Es gibt verschiedene Ansätze, wie eine solche Verwertung aussehen kann. Es wird in einen “organischen Prozess” und eine “Mineralisierung” unterschieden. Bei der “Mineralisierung” wird alles einer Verbrennung zugeführt und aus der Asche wird dann versucht einzelne Ressourcen zurückzugewinnen (in Diagramm als Quadrate dargestellt). Beim “organischen Prozess” wird die organische Masse (gebundener Kohlenstoff) erhalten und biologischen Behandlungsschritten unterzogen (als Kreise dargestellt). Wo die Vor- und Nachteile der einzelnen Wege liegen, soll anhand von folgendem Diagramm dargelegt werden:

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Das große Manko der “Mineralisierung” ist, dass der wertvolle reaktive Stickstoff dabei heute komplett vernichtet wird. Das gleiche gilt für die organische Masse und den gespeicherten Kohlenstoff (CO2). Diese Stoffe sind neben den bis zu 80 Nähr- und Spurenstoffen wichtig für den Erhalt und Aufbau von lebenden und humusreichen Böden. Solche Böden haben herausragende Eigenschaften, können neben CO2 auch Wasser lange speichern, Giftstoffe abbauen und die Pflanzen mit wichtigen Nähr- und Spurenstoffen versorgen. “Organischen Prozesse” können bei ganzheitlicher Betrachtung wichtige Vorteile bieten.



Erfordert die Kreislauf-Toilette eine neue Infrastruktur?

Ganz klar nein! Unsere neue Lösung mit der Kreislauf-Toilette kann einfach an die vorhandene Infrastruktur adaptiert werden. Es gibt mehrere Möglichkeiten. Es ist auch möglich, unsere Toilette an das vorhandene Abwasser-System anzuschließen (Kanal).

Über die Toiletteninhalte werden etwa 97% des in den Haushaltsabwässern enthaltenen reaktiven Stickstoffs erfasst. Die übrigen Haushaltsabwässer enthalten nur geringe Mengen an Nährstoffen. Die Klärwerke müssen dann z.B. beim Stickstoff noch 3% ihrer Reinigungsleistung vollbringen und werden effizienter.

Das gängige Recycling-System beim Biomüll (braune Mülltonne nach Kreislaufwirtschaftsgesetz) könnte einfach auf die Toiletteninhalte adaptiert werden. Beides zusammen macht die Entsorgungs-Logistik effizienter. Die Stoffe könnten nach einer Hygienisierung der energetischen Nutzung (etwa 10% des organischen Materials werden zu Biogas) und dann einer landwirtschaftlichen Nutzung zugeführt werden.

Es sind lediglich kleinere Anpassungen an der Abwasser-Installation in den Gebäuden erforderlich. Im Wesentlichen wird die bisherige dicke Abwasserleitung der Klos (meist 110mm) durch eine kleine Vakuum-Leitung ersetzt (meist 50mm). Die Installation kann sogar Rohr-in-Rohr als Nachrüstung erfolgen.



Welche Investitions-Kosten sind für eine Kreislauf-Toiletten zu erwarten?

Für eine neue Kreislauf-Toilette sind drei Komponenten erforderlich. Zum Einen die Toilettenschüssel an sich (Kostenpunkt etwa 150€), die Saugleitung zum Zyklon/Kanal (Kostenpunkt etwa 100-150€) und der Zyklon für Vakuum und Abscheidung (Kostenpunkt etwa 100€).



Wie sind die Betriebskosten im Vergleich?

Beim klassischem WC etwa 120€ je Nutzer und Jahr – beim “wasserlosen Vakuum-Klo” zwischen 0 und 20€ je Nutzer und Jahr!

Klassische WCs brauchen pro Bewohner und Jahr etwa 15.000 Liter Frischwasser für die Toilettenspülung. Dies verursacht jährliche Kosten für die Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung von etwa 80€. Die Wartungs- und Betriebskosten für die Installationstechnik (Spülkasten, Zu- und Abwasser) sind mit 20€ angesetzt. Die Reinigung der Toilette von hartnäckigen Ablagerungen (Urinstein) wird mit weiteren 20€ im Jahr veranschlagt. Die Energiebilanz ist deutlich negativ und der Ressourcenkreislauf nicht geschlossen. In Summe betragen die Kosten etwa 120€ je Bewohner und Jahr bei Spültoiletten. Hinzu kommen tiefgreifende ökologische Schäden an unserer Lebensgrundlage (diese wurden hier nicht beziffert!).

Unsere Kreislauf-Toiletten benötigen kein Spülwasser. Der Urin muss jedoch biologisch stabilisiert werden, damit er nicht riecht, keine Ablagerungen bildet und auch keine klimaschädlichen Gase bei der Lagerung auftreten. Das biologische Mittel dafür wird mit 20€ je Bewohner und Jahr angesetzt. Die Ausscheidungen je Einwohner und Jahr erzeugen in einer Biogasanlage etwa 150kWh Energie (Vorteil bei 5ct/kWh etwa 7,50€/a). Der reaktive Stickstoff für die Landwirtschaft bringt auch finanzielle Vorteile (bei 10ct/kWh etwa 9€/Einwohner*a) und es sind bis zu 80 weitere Nähr- und Spurenstoffe enthalten. Die Entlastung in den vorhandenen Klärwerken alleine bei den Betriebskosten beträgt ca. 100kWh/Einwohner*a (bei 25ct/kWh etwa 25€/Einwohner*a). Somit ist davon auszugehen, dass die Kostenvorteile die Betriebskosten übersteigen!

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Weiterführende Information zum Konzept Kreislauf-Toilette (Stand 09/2021)

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Welche Verwertungswege für gesammelte Ausscheidungen gibt es im häuslichen Bereich für Selbstversorger und Permakultur-Gärtner (diverse Links)?

Minibiogas-Anlage (externer Link zu HomeBiogas)

Fermentieren und kompostieren (Fotos von eigenen Versuchen)