Fossil Carbon Transformation in Municipal Wastewater Treatment and Its Implications for Greenhouse Gas Accounting

Stellen Sie sich die Erdatmosphäre als eine riesige, unsichtbare Decke vor, die unseren Planeten warm hält. Seit langem versuchen Wissenschaftler herauszufinden, wie viel gasbildendes Material wir jeden Tag zu dieser Decke hinzufügen. Eine der größten Quellen für diese Gase sind unsere Kläranlagen – jene massiven Anlagen, die das Wasser aus unseren Waschbecken, Toiletten und Fabriken reinigen, bevor es zurück in die Flüsse geleitet wird.

Über Jahrzehnte hinweg verbarg sich eine große Annahme in der Mathematik: Wissenschaftler glaubten, dass das Kohlendioxid (CO2), das aus diesen Anlagen aufsteigt, vollständig aus „lebenden“ Quellen stammt, wie etwa menschlichen Abfällen und Essensresten. Sie glaubten, dieses Gas sei „biogen“, was bedeutet, dass es Teil des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs ist, so wie ein Baum Luft ausatmet. Deshalb zählten sie es nicht als Problem für die globale Erwärmung. Doch vor Kurzem tauchte eine neue Idee auf: Was wäre, wenn ein Teil dieses Gases tatsächlich aus „fossilen“ Quellen stammt? Fossiler Kohlenstoff ist der uralte, tief vergrabene Kohlenstoff aus Öl, Kunststoffen und erdölbasierten Produkten wie Reinigungsmitteln und Medikamenten. Wenn wir fossile Brennstoffe verbrennen, setzen wir uralten Kohlenstoff frei, der seit Millionen von Jahren eingeschlossen war, was schlecht für das Klima ist. Wenn unsere Kläranlagen versehentlich dieses moderne fossile Material in CO2 umwandeln, unterschätzen wir möglicherweise deren Beitrag zum Treibhauseffekt. Diese Studie taucht in dieses Geheimnis ein und fragt: Wie viel des Gases, das aus unseren Kläranlagen kommt, ist tatsächlich uralter fossiler Kohlenstoff, und spielt das eine Rolle?

---

Die Detektivgeschichte des fossilen Kohlenstoffs

Ein Team von Wissenschaftlern des Harbin Institute of Technology in Shenzhen beschloss, Detektiv zu spielen. Sie wollten sehen, ob sie „fossilen Kohlenstoff“ verfolgen konnten, während er durch fünf verschiedene Kläranlagen in China reist. Stellen Sie sich das Abwasser wie eine belebte Autobahn vor. Normalerweise bestehen die Autos auf dieser Straße aus frischen, modernen Zutaten (biogener Kohlenstoff). Aber manchmal schleichen sich Autos aus uralten, fossilen Zutaten (fossiler Kohstoff aus Kunststoffen, Medikamenten und Industriechemikalien) auf die Straße. Die Wissenschaftler wollten wissen: Werden diese uralten Autos abgebaut und als Gas freigesetzt, oder bleiben sie einfach im Schlamm liegen?

Um dies zu lösen, verwendeten sie ein superstarkes Werkzeug namens Radiokohlenstoffdatierung. Stellen Sie sich vor, jedes Lebewesen hat eine winzige, tickende Uhr in sich, die aus einem speziellen Atom namens Kohlenstoff-14 besteht. Wenn ein Organismus stirbt, bleibt die Uhr stehen. Fossile Brennstoffe sind so alt, dass ihre Uhren vor Millionen von Jahren stehen geblieben sind, sodass sie kein Kohlenstoff-14 mehr enthalten. Durch die Messung, wie viel Kohlenstoff-14 im Wasser, im Schlamm (dem festen Restmaterial) und im Gas, das aus den Abluftschächten strömt, enthalten ist, konnten die Wissenschaftler genau bestimmen, wie viel des Kohlenstoffs „uralt“ und wie viel „modern“ war.

Was sie herausfanden

Die Ergebnisse waren eine große Überraschung. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass fossiler Kohlenstoff überall vorhanden war. Im Wasser, das in die Anlagen floss, machte der fossile Kohlenstoff zwischen 3,86 % und 23,04 % des gesamten Kohlenstoffs aus. Das ist eine Menge an uraltem Zeug! Aber hier kommt die Wendung: Nicht all dieser uralte Kohlenstoff verwandelte sich in Gas.

In einigen Anlagen war der uralte Kohlenstoff hauptsächlich im Schlamm gefangen, wie ein Schwamm, der Öl aufsaugt. In anderen Anlagen, insbesondere jenen, die zusätzliche Chemikalien (wie Natriumacetat, das aus Erdöl hergestellt wird) hinzufügten, um das Wasser zu reinigen, wurde ein riesiger Teil dieses fossilen Kohlenstoffs abgebaut und als CO2 freigesetzt. Tatsächlich machte bei einer bestimmten Anlage der aus fossilen Brennstoffen stammende CO2-Anteil bis zu 52 % der gesamten Treibhausgasemissionen aus! Das bedeutet, dass mehr als die Hälfte des erwärmenden Gases, das aus dieser Anlage kam, nicht aus der Natur stammte, sondern aus unserem modernen, fossilen Lebensstil.

Die Studie zeigte auch, dass die Art der Kläranlage eine große Rolle spielt. Anlagen, die einen speziellen Prozess namens „AAO“ nutzen (bei dem das Wasser durch verschiedene Zonen mit und ohne Sauerstoff bewegt wird), neigten dazu, mehr fossiles CO2 freizusetzen, insbesondere wenn sie diese zusätzlichen chemischen Helfer hinzufügten. Anlagen, die „Oxidation Ditches“ oder „Unitank“-Systeme verwenden, schienen den fossilen Kohlenstoff stattdessen stärker im Schlamm einzuschließen, anstatt ihn in die Luft entweichen zu lassen.

Das große Ganze

Was bedeutet das also für das ganze Land? Die Wissenschaftler berechneten die Zahlen unter Verwendung ihrer Erkenntnisse und einer Datenbank von tausenden Anlagen in ganz China. Sie schätzten, dass Chinas kommunaler Abwassersektor im Jahr 2020 etwa 1135,7 Gg (das sind Gigagramm, oder Milliarden Gramm) an fossilem CO2 freigesetzt hat. Das mag viel klingen, aber es entspricht etwa 10 % der gesamten direkten Treibhausgasemissionen aus der gesamten Abwasserreinigung des Landes.

Die Autoren betonen vorsichtig, dass dies eine „First-Order-Schätzung“ ist, was bedeutet, dass es sich um eine kluge, fundierte Schätzung basierend auf begrenzten Daten handelt und nicht um eine perfekte Endzählung. Sie geben zu, dass es noch Unsicherheiten gibt, da sie nur fünf Anlagen im Detail gemessen haben. Die Botschaft ist jedoch klar: Wir können nicht länger davon ausgehen, dass das gesamte CO2 aus dem Abwasser harmloses, natürliches Gas ist. Ein bedeutender Teil davon ist uralter, fossiler Kohlenstoff, den wir versehentlich in die Atmosphäre freisetzen.

Warum es wichtig ist

Diese Entdeckung verändert die Spielregeln dafür, wie wir unseren CO2-Fußabdruck zählen. Wenn wir diesen fossilen Kohlenstoff weiterhin ignorieren, könnten unsere Pläne zur Bekämpfung des Klimawandels ein entscheidendes Puzzleteil übersehen. Die Studie legt nahe, dass wir, um unsere Städte wirklich sauber zu halten, vielleicht darauf schauen müssen, woher unser Abwasser kommt (weniger Plastik und Industrieabfälle?) und wie wir es behandeln (vielleicht durch den Einsatz anderer Chemikalien oder Prozesse?). Es ist eine Erinnerung daran, dass selbst das Wasser, das wir hinunterspülen, eine verborgene Geschichte unserer fossilen Welt in sich trägt, und es ist an der Zeit, dass wir damit beginnen, es mitzuzählen.