Jenseits des Yuck-Faktors: Städte setzen auf „extremes“ Wasserrecycling

Ein Feuchtgebiet auf dem Dach des Salesforce Transit Center in San Francisco filtert Abwasser aus Waschbecken und Duschen zur Wiederverwendung. Jeremy Graham / Alamy Stock Foto

San Francisco steht an der Spitze einer Bewegung zur Wiederverwertung von Abwässern aus Gewerbegebäuden, Wohnhäusern und Stadtvierteln und deren Verwendung für Toiletten und Landschaftsgestaltung. Befürworter sagen, dass dieser dezentrale Ansatz die Nachfrage in Zeiten zunehmender Wasserknappheit senken wird.

Von Jim Robbins • 6. Juni 2023

In der Innenstadt von San Francisco, in einer höhlenartigen Garage, die einst ein Honda-Händler war, wird ein strahlend weiß-blaues Gerät von der Größe eines handelsüblichen Kühlschranks für den Transport zu einem Hotel in Los Angeles vorbereitet.

Dort wird diese Einheit, OneWater System genannt, im Keller installiert, wo ihre Rohrsammlung einen Großteil des Grauwassers des Hotels aufnimmt – aus Waschbecken, Duschen und Wäschereien. Das System reinigt das Wasser mit Membranfiltration, ultraviolettem Licht und Chlor und leitet es dann zurück nach oben, wo es wieder für nicht trinkbare Zwecke verwendet wird.

Und wieder. Und wieder.

„Es gibt keinen Grund, Wasser nur einmal zu verwenden“, sagte Peter Fiske, Geschäftsführer der National Alliance for Water Innovation, einer Abteilung des Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley. So wie natürliche Systeme Wasser in einem von der Sonne angetriebenen Kreislauf immer wieder nutzen und wiederverwenden, sagte er: „Wir verfügen jetzt über Technologien, die es uns ermöglichen, Wasser immer wieder zu verarbeiten und wiederzuverwenden, im Maßstab einer Stadt, eines Campus und sogar eines.“ individuelles Zuhause.“

Während es die zentrale Wasserwiederverwendung für nicht trinkbare Zwecke schon seit Jahrzehnten gibt, zeichnet sich nun ein Trend ab, der als „extreme Dezentralisierung von Wasser und Abwasser“ bezeichnet wird – auch bekannt als „verteilte Wassersysteme“ oder „Vor-Ort-“ oder „Premise“-Recycling als führende Strategie im Bemühen, die Wassernutzung nachhaltiger zu gestalten.

Das Konzept besteht darin, neue Gewerbe- und Wohngebäude sowie Stadtteile wie Stadtteile und Universitäten mit Recyclinganlagen vor Ort auszustatten, die Wasser für nicht trinkbare Zwecke günstiger machen als den Kauf von Trinkwasser aus einer zentralen Quelle. Indem sie den Bedarf an Trinkwasser senken, dessen Filterung, Aufbereitung und Verteilung kostspielig ist, tragen die Einheiten zu einer effizienteren Wasserverwaltung bei. Viele Experten glauben, dass es die Zukunft des Wassers ist. Letztendlich besteht die Hoffnung, dass Gebäude völlig autark oder „wasserneutral“ sein werden und in einem geschlossenen Kreislauf immer wieder dasselbe Wasser, trinkbar und nicht trinkbar, verwenden.

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Es ist nicht nur ein Wunschtraum. In San Francisco wird gerade ein Konzeptnachweis erbracht, der 2015 vorschrieb, dass alle neuen Gebäude mit einer Fläche von mehr als 100.000 Quadratmetern über Recyclingsysteme vor Ort verfügen müssen. Bisher nutzen sechs Schwarzwasser- und 25 Grauwassersysteme die Technologie, viele weitere sind in Arbeit. (Schwarzwasser stammt aus Toiletten, Geschirrspülern und Küchenspülen; Grauwasser stammt aus Waschmaschinen, Duschen und Badewannen.) Der Hauptsitz der San Francisco Public Utilities Commission verfügt über ein Schwarzwassersystem namens Living Machine, das sein Abwasser in künstlich angelegten Feuchtgebieten aufbereitet Dieser wird in die Gehwege rund um das Gebäude eingebaut und dient dann zur Spülung von Toiletten und Urinalen mit geringem Durchfluss. Der Prozess reduziert die importierte Trinkwasserversorgung des Gebäudes um 40 Prozent.

Allein durch die Wiederverwertung von Grauwasser können erhebliche Mengen Wasser eingespart werden. Der Einsatz für die Toilettenspülung und das Wäschewaschen reduziert den Bedarf an neuem Wasser um etwa 40 Prozent. Durch die Verwendung von recyceltem Wasser für Duschen könnten weitere 20 Prozent des Wasserbedarfs eingespart werden. Die Sicherheit dieser Praxis wird jedoch untersucht und ist in San Francisco noch nicht erlaubt.

Ryan Pulley von Epic Cleantec hält einen Becher Grauwasser in der Hand. Rechts: Ein Becher mit trinkbarem, aufbereitetem Grauwasser. Ted Wood

Um seine Technologie zu demonstrieren, hat Epic Cleantec, ein Wasserrecyclingunternehmen, sogar ein Bier namens Epic OneWater Brew mit gereinigtem Grauwasser aus einem 40-stöckigen Wohnhaus in San Francisco gebraut.

Mit der Dürre und der Wasserkrise am Colorado, am Rio Grande und anderen westlichen Flüssen greift die „extreme Dezentralisierung“ auch auf andere Orte im amerikanischen Westen über, darunter Colorado, Texas und den Bundesstaat Washington. Und dezentrale Projekte laufen in Japan, Indien und Australien. Auf der ganzen Welt besteht ein erheblicher Druck auf die Süßwasserversorgung, da der Klimawandel die Knappheit verschärft. Eine aktuelle Studie ergab, dass mehr als die Hälfte der Seen der Welt in den letzten 30 Jahren erhebliche Mengen an Wasser verloren haben. Schätzungen der Vereinten Nationen zufolge könnten bis zum Jahr 2050 fünf Milliarden Menschen von Wasserknappheit betroffen sein.

„Das ist die Zukunft des Wassers für alle“, sagte Newsha Ajami, Direktorin für städtische Wasserpolitik beim Water in the West-Programm von Stanford, über dezentrale Wassersysteme und Recycling. „Es ist ein langsam voranschreitender Prozess, aber am Ende des Tages – angesichts der Knappheit – werden viele Gemeinden dies als eine Möglichkeit zur wirtschaftlichen Entwicklung bei gleichzeitiger Wassersicherheit aufgreifen.“

Die Recyclingsysteme von San Francisco sind nicht wasserneutral. Das größte Gebäude mit einem Vor-Ort-System ist der Salesforce Tower, ein 61-stöckiger Büro-, Hotel- und Wohnturm, der 2018 eröffnet wurde und das höchste Gebäude in San Francisco ist. Das von der australischen Firma Aquacell gebaute System reinigt täglich 30.000 Gallonen Abwasser, Waschbecken, Dusche und anderes Abwasser und nutzt es zur Bewässerung und Toilettenspülung, wodurch schätzungsweise 7,8 Millionen Gallonen Wasser pro Jahr eingespart werden. Das entspricht dem jährlichen Verbrauch von 16.000 Einwohnern San Franciscos, so das Unternehmen. Für Trinkwasserzwecke wird weiterhin Außenwasser benötigt. (In New York wird das Sanierungsprojekt der Zuckerraffinerie Domino, das derzeit an der Küste von Brooklyn gebaut wird, täglich 400.000 Gallonen Schwarzwasser recyceln.)

Die San Francisco Public Utilities Commission, der Wasserversorger, schätzt, dass in der Stadt insgesamt 48 Wiederverwendungssysteme in Betrieb sind und 29 weitere Projekte geplant sind. Bis 2040, so die Agentur, wird ihr Onsite Water Reuse-Programm täglich 1,3 Millionen Gallonen Trinkwasser einsparen.

Die Technologie, mit der diese Gebäude ihr gesamtes Wasser auffangen und entsprechend Trinkwasserstandards aufbereiten können, ist bereits vorhanden. Die Sicherheit der direkten Wiederverwendung von recyceltem Abwasser wird jedoch noch untersucht, und die US-Vorschriften lassen dies bisher nicht zu. Ein vollständig zirkuläres System, in dem Wasser vor Ort sowohl für Trink- als auch für Nichttrinkzwecke wiederverwendet wird, ist in diesem Land laut Experten mindestens fünf bis zehn Jahre entfernt.

Alternative Wasserquellen in einem typischen städtischen Gebäude. Pazifisches Institut

Im Gegensatz dazu werden zentralisierte Wasseraufbereitungssysteme seit Jahrzehnten eingesetzt, auch wenn sie sich als Lösung für Wasserknappheit rasch ausgeweitet haben. In Orange County, Kalifornien, befindet sich beispielsweise die weltweit größte Wasserrecyclinganlage. Es reinigt täglich 130 Millionen Gallonen Schwarzwasser in einem Prozess, der als indirekte Wiederverwendung von Trinkwasser bezeichnet wird. Hochbehandeltes Abwasser, das normalerweise ins Meer eingeleitet würde, wird einem fortschrittlichen dreistufigen Reinigungsprozess unterzogen, der Mikrofiltration, Umkehrosmose und Desinfektion mit ultraviolettem Licht und Wasserstoffperoxid umfasst. Die Fördermenge wird in das nahegelegene Grundwasser eingespeist, dort hochgepumpt und von örtlichen Versorgungsunternehmen auf Trinkwasserqualität aufbereitet.

Im wasserarmen Singapur reinigt und reinigt die riesige Changi Water Reclamation Plant täglich 237 Millionen Gallonen Abwasser auf Trinkwasserqualität.

Aber das neue Wiederverwendungsparadigma überdenkt Wassersysteme grundlegend und lokalisiert sie auf die gleiche Weise, wie Haushalte und Bezirke mit Dach- und Gemeinschaftssolaranlagen ihre Energiesysteme weg von zentralisierten Kraftwerken transformiert haben.

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Neue Gebäude und Stadtteile, sagte Fiske von der National Alliance for Water Innovation, könnten eines Tages nicht mehr an Abwasserleitungen und Wasserversorgung angeschlossen werden müssen. Die Menschen werden in der Lage sein, ohne Rücksicht auf Anschlüsse an die Wasserinfrastruktur zu bauen, indem sie einfach immer wieder dasselbe Wasser in einem praktisch geschlossenen Kreislauf verwenden. „Das Wasser, das an den meisten Orten der Welt auf das Dach fällt, wird ausreichen, um ein Haus zu versorgen“, prognostiziert Fiske und zitiert eine aktuelle Studie, die ergab, dass dieser Ansatz mindestens 75 Prozent des Wasserbedarfs einsparen könnte.

Das Recycling vor Ort spart nicht nur Wasser, sondern kann auch die Kosten für das Pumpen von Wasser über große Entfernungen und die Kosten für das Aufgraben von Straßen für den Austausch und die Installation von Rohrleitungen einsparen. „Wasser ist schwer“, sagte Fiske, „Und wir leben auf einem Planeten mit Schwerkraft. Verwenden Sie also immer wieder Wasser dort, wo Sie leben.“

Während in manchen Situationen von dezentralen Systemen erwartet wird, dass sie Geld sparen, indem sie den Energiebedarf zum Pumpen von Wasser reduzieren, könnten sie in anderen Situationen möglicherweise mehr Strom benötigen, um Wasser durch ein Gebäude zu pumpen.

Durch die zunehmende Verbreitung des Wasserrecyclings kann Wasser je nach Verwendungszweck mit unterschiedlichen Standards – oder unterschiedlichen „Geschmacksrichtungen“ – gereinigt werden, ein Konzept, das als „zweckmäßig“ bezeichnet wird. Wasser für die Toilettenspülung muss beispielsweise nicht so gründlich gereinigt werden wie Trinkwasser.

Die in San Francisco errichteten Recyclingsysteme gelten weithin als Erfolg, und Vertreter wasserarmer Städte auf der ganzen Welt sind hierher gekommen, um den Ansatz zu studieren.

Epic Cleantec hat ein System entwickelt, das 30.000 Gallonen pro Tag für das im Bau befindliche Bürogebäude Park Habitat in San Jose liefern wird. Sein Schwarzwassersystem wird zur Bewässerung einer lebenden grünen Wand an der 20-stöckigen Außenseite des Turms eingesetzt. Das System sammelt Wasser aus Regen, Kühltürmen, Duschen, Toiletten und Waschbecken und zirkuliert es dann durch einen mehrstufigen Aufbereitungsprozess im Keller. Die Feststoffe werden abgetrennt, sterilisiert und zu einem Bodenverbesserungsmittel verarbeitet.

Eine Darstellung des Park Habitat-Bürogebäudes, das derzeit in San Jose gebaut wird und das aufbereitetes Abwasser zur Bewässerung einer lebenden grünen Wand verwenden wird. Hayes Davidson / Westbank

„San Francisco hat das Spielbuch geschrieben und das Risiko des gesamten Prozesses verringert“, indem es die für den Aufbau dieser Systeme erforderlichen Vorschriften geglättet hat, sagte Aaron Tartakovsky, der zusammen mit seinem Vater Igor Epic Cleantec gründete und dessen CEO ist. „Die Technologie dafür gibt es schon seit langem. Was die Einführung der Technologie verhindert hat, waren regulatorische Hürden. Ohne einen etablierten Rahmen gab es keine Möglichkeit, dies zu erreichen. Was Städte und Bundesstaaten tun, ist, sich etwas auszudenken.“ ein klares Leitfaden dafür, wie diese Systeme sicher und effizient betrieben werden können.“

Tartakovsky sagte, dass die von Epic Cleantec gebauten Systeme zwischen einigen Hunderttausend und einigen Millionen Dollar kosten würden. Der Return on Investment dauere etwa sieben Jahre, sagt er. Danach ergeben sich erhebliche laufende Einsparungen bei den Wasser- und Abwasserkosten, die von Gebäude zu Gebäude unterschiedlich sind.

Heather Cooley, Forschungsdirektorin des Pacific Institute in Oakland, einer unabhängigen Organisation, die sich mit der Nachhaltigkeit von Wasser befasst, und Autorin eines Berichts über verteilte Systeme und Wasserresilienz, glaubt, dass standortgebundene Systeme für die Wasserzukunft Kaliforniens von entscheidender Bedeutung sind. „Diese vor Ort und verteilten Systeme sind eine spannende Ergänzung der Palette an Werkzeugen zur Bewältigung wetterbedingter Herausforderungen“, sagte sie. „Sie werden dazu beitragen, die Widerstandsfähigkeit zu stärken.“ Sie fügte jedoch hinzu: „Es gibt kein Allheilmittel. Sie werden nicht in jedem Gebäude überall eingesetzt.“

Es mag kontraintuitiv erscheinen, dass die San Francisco Public Utilities Commission von neuen Gebäuden verlangt, ihren Stadtwasserverbrauch zu reduzieren: Schließlich ist die Kommission für den Verkauf dieser Ressource zuständig. Aber San Francisco verfolgt eine Politik der Verdichtung des städtischen Kerns. Da drei- und vierstöckige Gebäude durch zehn- und zwölfstöckige Gebäude ersetzt werden, steigen die Kosten für den Bau neuer Wasserinfrastruktur und die Suche nach neuen Wasserquellen rasant.

Auch in sogenannten Stadtteilen findet flächendeckendes Recycling statt. Die University of California in Davis verfügt über ein Schwarzwassersystem zur Bewässerung, und es entstehen neue Stadtteile mit eigenen geschlossenen Recyclingsystemen. In San Diego beispielsweise bauen Entwickler ein großes Bezirkssystem zur Wiederaufbereitung von Schwarzwasser in einem Einkaufszentrum auf, das in einen Bürocampus umgewandelt wird.

„Nachbarschaftsmaßstab ist der richtige Maßstab für Nachhaltigkeit“ für recyceltes Wasser, sagte Claire Maxfield, Leiterin des San Francisco-Büros von Atelier Ten, einem in London ansässigen Architekturbüro.

Die größte Abwasserrecyclinganlage der Welt im kalifornischen Orange County unterzieht aufbereitetes Abwasser einem dreistufigen Reinigungsprozess. Mario Tama / Getty Images

Maxfield leitete das Nachhaltigkeitsteam, das an der Gestaltung eines 11 Hektar großen, gemischt genutzten Bezirkssystems für Mission Rock beteiligt war, einem Viertel, das sich derzeit neben dem Baseballstadion der San Francisco Giants im Bau befindet. Es sammelt Schwarzwasser aus einem Hauptabwasserkanal, filtert es und leitet es dann an alle 17 Gebäude des Viertels, wo es zur Bewässerung und Toilettenspülung verwendet wird. „Es funktioniert wirklich gut und es funktioniert wirklich kosteneffektiv“ auf Nachbarschaftsebene, sagte Maxfield. „Es teilt sich die Kosten, es ist gut für die Widerstandsfähigkeit und die Umweltgerechtigkeit. Es ist besser, als jedem zu sagen, er solle das Problem selbst lösen.“

Eine aktuelle Studie ergab, dass dieser Ansatz des Wasserrecyclings die Kosten eines Einfamilienhauses um etwa 6 Prozent und die Kosten eines Mehrfamilienhauses um 12 Prozent erhöht. Da jedoch die Zahl der Menschen, die diese Systeme nutzen, zunimmt, kommen Skaleneffekte zum Tragen, die dazu führen, dass recyceltes Wasser weitaus günstiger ist als Stadtwasser.

Der in Holland entwickelte Hydraloop ist eine Heimtechnologie auf dem Markt, eine Art „Wasserwaschmaschine“. Es recycelt bis zu 95 Prozent des Wassers eines Haushalts und desinfiziert Dusch- und Waschmaschinenabläufe, um Rasen zu bewässern, Toiletten zu spülen und Schwimmbäder zu füllen. Der Gesamtwasserverbrauch sinkt um 25 bis 45 Prozent. Ein Unternehmen in Vancouver stellt ein Produkt namens RainStick her, das Duschwasser beim Duschen immer wieder recycelt.

Was sind die Hindernisse für noch umfassendere Wohnraumveränderungen? Der Igitt-Faktor, sagen Experten. „Wenn wir über Wiederverwendung sprechen, gibt es unter Bauherren und Architekten große Ängste“, sagte Maxfield, obwohl sie glaubt, dass diese Ängste überwunden werden können.

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Aus diesem Grund, sagte sie, scheine die Dezentralisierung von Wasser- und Abfallsystemen in einer wasserknappen Welt eine wichtige Rolle zu spielen. „Vor 20 Jahren hat niemand über Kohlenstoff gesprochen“ bei der Gestaltung von Gebäuden, sagte Maxfield. „Und jetzt tut es jeder. Wasser wird diesen Moment haben.“

Jim Robbins ist ein erfahrener Journalist mit Sitz in Helena, Montana. Er schreibt regelmäßig Beiträge für Yale Environment 360 und hat für die New York Times, Conde Nast Traveler und zahlreiche andere Publikationen geschrieben. Sein neuestes Buch ist „The Wonder of Birds: What They Tell Us About the World, Ourselves and a Better Future“. Mehr über Jim Robbins →

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