Durch ein Umdenken im Umgang mit Essensresten nach dem Verzehr zeigen Forscher der HKUST, dass die Entsorgung feuchter Lebensmittelabfälle über die städtische Kanalisation Emissionen drastisch reduzieren und Kosten sparen kann. Ihr neues Konzept könnte die Art und Weise, wie Großstädte weltweit mit Lebensmittelabfällen umgehen, grundlegend verändern.
Suppenreste, matschige Nudeln und Gemüsereste klingen vielleicht nicht nach Klimaschutzlösungen. Doch eine neue Studie der Hong Kong University of Science and Technology (HKUST), die in Zusammenarbeit mit der Huazhong University of Science and Technology durchgeführt wurde, legt nahe, dass diese feuchten Essensreste in vielen Großstädten dazu beitragen könnten, Treibhausgase zu reduzieren und die Abfallkosten zu senken, wenn sie im Abfluss statt auf der Mülldeponie entsorgt würden.
Das Forschungsteam analysierte Daten aus 29 Großstädten weltweit, darunter Hongkong, Peking und New York, und stellte fest, dass das Zerkleinern von Lebensmittelabfällen und deren Weiterleitung in die Kanalisation effektiver sein kann als die ausschließliche Nutzung von Mülldeponien an Orten, an denen die Lebensmittelabfälle besonders feucht sind.
Ihre Erkenntnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Naturstädteund verweisen auf einen überraschend wirkungsvollen Hebel für die Stadtverantwortlichen: den Feuchtigkeitsgehalt der Lebensmittelabfälle.
Die meisten Städte sind trotz wachsender Bevölkerung und steigender Müllmengen weiterhin auf Deponierung oder Verbrennung angewiesen, um Lebensmittelabfälle zu entsorgen. Das ist problematisch, da Lebensmittelabfälle viel Wasser enthalten, was die Sammlung und den Transport verteuert und die Verbrennung ineffizient macht. Auf Deponien ist die Zersetzung von Lebensmitteln zudem eine Hauptquelle für Methan, ein starkes Treibhausgas. Allein in den Vereinigten Staaten sind Lebensmittelabfälle für mehr als die Hälfte der Methanemissionen von Deponien verantwortlich.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Chen Guanghao, Lehrstuhlinhaber für Bau- und Umweltingenieurwesen an der HKUST, dem Postdoktoranden Guo Hongxiao und dem Doktoranden Zou Xu machte sich daran, dieses System neu zu überdenken.
Sie trugen detaillierte Daten zur Zusammensetzung von Lebensmittelabfällen, zum Abwasseraufkommen, zum Energieverbrauch und zu den Behandlungskosten aus Städten weltweit zusammen. Anschließend entwickelten sie ein neues Analysemodell, das sogenannte Urban Biowaste Flux (UBF)-Modell, um verschiedene Methoden der Lebensmittelabfallbewirtschaftung zu vergleichen.
Eine ihrer wichtigsten Erkenntnisse ist, dass der wichtigste Faktor für die Effizienz der Abfallbehandlung nicht die Menge der in einer Stadt produzierten Lebensmittelabfälle oder die Art der weggeworfenen Lebensmittel ist, sondern der Feuchtigkeitsgrad dieser Abfälle.
Höhere Feuchtigkeitsbelastungen führten zu höheren Behandlungskosten und höheren Emissionen, wenn Lebensmittelabfälle getrennt auf Deponien oder in Verbrennungsanlagen entsorgt wurden. Wurden hingegen feuchte Lebensmittelabfälle zerkleinert, in das Abwassernetz eingeleitet und zusammen mit dem Abwasser behandelt, wurden die Gesamtsysteme in vielen Städten kostengünstiger und sauberer.
Mithilfe des UBF-Modells ermittelte das Team einen Schwellenwert von etwa 46.8 Kilogramm Feuchtigkeit pro Person und Jahr für Lebensmittelabfälle. Oberhalb dieses Wertes ist ein integriertes System, das Lebensmittelreste in die Kanalisation leitet und sie mit der Deponierung oder Verbrennung kombiniert, in der Regel kostengünstiger als die vollständige Trennung von Lebensmittelabfällen und Abwasser.
Dieser Schwellenwert ist relevant für Städte wie Hongkong, Peking und Seoul, in denen die Ernährung stark von frischen Zutaten, Suppen und Brühen geprägt ist. Diese Essgewohnheiten führen zu feuchteren Lebensmittelabfällen, deren Transport zu Deponien besonders ineffizient ist.
Die Forscher in Hongkong stellten fest, dass die Installation von Zerkleinerungsanlagen für Lebensmittelabfälle und die Umstellung auf ein integriertes System zwar die jährlichen Betriebskosten für die Abwasser- und Klärschlammbehandlung erhöhen würden, diese Kostensteigerungen jedoch durch einen deutlichen Rückgang der Ausgaben für Deponien mehr als kompensiert würden. Insgesamt schätzen sie, dass die gesamten Abfallwirtschaftskosten Hongkongs, einschließlich Investitions-, Betriebs- und Zerkleinerungskosten, um etwa 11 % sinken würden.
Die Vorteile für das Klima sind sogar noch größer. Für Hongkong legt die Studie nahe, dass eine integrierte Behandlung die direkten und indirekten Treibhausgasemissionen um fast 47 % senken könnte.
Laut Zou trugen die detaillierten Probenahmen des Teams in Hongkong dazu bei, zu erklären, warum der Wechsel dort sinnvoll ist.
„Am Beispiel Hongkongs zeigt unsere Analyse von Lebensmittelabfällen und Abwasserproben, dass Lebensmittelabfälle 57.78 % ausmachen.“ „Dies verdeutlicht, warum wir unser Vorgehen im Umgang mit Lebensmittelabfällen überdenken müssen“, sagte Zou in einer Pressemitteilung. „Das UBF-Modell bietet ein effektives Analyseinstrument für Städte mit hoher Feuchtigkeitsbelastung durch Lebensmittelabfälle wie Hongkong.“
Der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) ist ein Standardmaß für den Gehalt an organischen Stoffen im Abwasser. Stammt mehr als die Hälfte dieser Belastung aus Lebensmittelabfällen, wie beispielsweise in Hongkong, so bietet die Weiterleitung dieser Abfälle durch Systeme zur Energiegewinnung aus organischen Stoffen ein großes Potenzial.
In vielen Kläranlagen ergibt sich diese Möglichkeit durch anaerobe Vergärung, ein Prozess, bei dem Mikroorganismen organische Abfälle unter Sauerstoffabschluss abbauen und dabei Biogas erzeugen, das als Brennstoff genutzt werden kann.
Guo merkte an, dass einige Städte, insbesondere in Nordamerika, bereits in diese Richtung tendieren.
„Im Vergleich zur herkömmlichen getrennten Sammlung und Deponierung kann ein integriertes System die Treibhausgasemissionen in verschiedenen Städten um 24 bis 88 Prozent reduzieren. In den USA wird bereits rund die Hälfte aller Lebensmittelabfälle auf diese Weise entsorgt, in Asien ist dies jedoch noch unüblich“, sagte Guo in der Pressemitteilung. „Das UBF-Modell hilft Städten wie Hongkong, effizientere und nachhaltigere Ansätze für die Lebensmittelabfallbewirtschaftung zu finden.“
Die globale Analyse der Studie legt nahe, dass das Potenzial weit verbreitet ist.
„Die Nutzung von Abwassersystemen zur Aufbereitung feuchter Lebensmittelabfälle in Kombination mit anaerober Vergärung ermöglicht die Verwendung von Klärschlamm als Brennstoff. Die bei der Verbrennung entstehende Wärme kann zur Stromerzeugung genutzt werden. Unsere Studie zeigt, dass 27 von 29 Städten weltweit ihren jährlichen Pro-Kopf-Energieverbrauch um etwa 20.6 % und 26 ihre Pro-Kopf-Treibhausgasemissionen um etwa 22.6 % senken könnten, wenn eine integrierte Behandlung eingeführt würde“, ergänzte Chen. „Natürlich unterscheiden sich die Städte, und nicht alle eignen sich für dasselbe Modell. Für Städte mit hohem Feuchtigkeitsgehalt der Lebensmittelabfälle und hohen Kosten für die Feststoffabfallverarbeitung ist die integrierte Behandlung jedoch ein praktikabler Weg in die Zukunft. Wir hoffen, dass diese Forschung eine wissenschaftliche Grundlage für Städte bietet, um geeignetere Strategien für das Management von Lebensmittelabfällen zu entwickeln.“
Die Studie legt nicht nahe, dass jede Stadt sofort alle Lebensmittelabfälle in den Abfluss spülen sollte. Lokale Infrastruktur, Vorschriften, Wohnverhältnisse und das Verhalten der Bevölkerung spielen eine wichtige Rolle. Für manche Städte könnte es sinnvoller sein, die Kompostierung auszuweiten oder die Deponiegasgewinnung zu verbessern, insbesondere dort, wo die Lebensmittelabfälle relativ trocken sind.
Das UBF-Framework bietet Planern jedoch die Möglichkeit, Kompromisse zu quantifizieren und Systeme zu entwerfen, die den spezifischen Gegebenheiten ihrer Stadt entsprechen, anstatt sich auf Einheitslösungen zu verlassen.
Für Studierende und junge Berufstätige mit Interesse an Nachhaltigkeit erinnert die Studie daran, dass Klimaschutzlösungen an unerwarteten Orten zu finden sind, etwa in Küchenspülen und Abwasserrohren. Sie zeigt außerdem, wie Daten und systemisches Denken ein komplexes Problem wie Lebensmittelverschwendung in eine Chance verwandeln können, Geld zu sparen, Emissionen zu reduzieren und Energie zurückzugewinnen.
Während Städte weltweit nach praktischen Wegen suchen, um Klimaziele zu erreichen und gleichzeitig einer wachsenden Bevölkerung gerecht zu werden, ist die Botschaft des von der HKUST geleiteten Teams eindeutig: Unter den richtigen Bedingungen können die Überreste von gestern dazu beitragen, die kohlenstoffarmen Städte von morgen mit Energie zu versorgen.
Quelle: Hongkong Universität für Wissenschaft und Technologie