Urin enthält Stickstoff und Phosphor, Holzasche Calcium. Ein Team der Universität des Saarlandes entwickelte ein Laborverfahren, das beide Reststoffe verbindet. Das „Urinash-Verfahren“ gewinnt zunächst Ammoniak aus künstlichem Urin. Danach wird das verbliebene Phosphat mithilfe von Calcium aus Holzasche als Calciumphosphat gebunden. Die Studie erschien in „Bioengineering“.

Ammoniak aus Harnstoff

Im ersten Schritt spaltete das Team den Harnstoff im künstlichen Urin. Dafür verglichen die Forschenden das Enzym Urease und das Bakterium Providencia rettgeri. Beide Ansätze wandelten 68 Prozent des theoretisch verfügbaren Stickstoffs in Ammoniak um. Mit Urease gelang das nach fünf Stunden, die bakterielle Variante benötigte 72 Stunden.

Das Enzym arbeitet zwar schneller, ist laut Studie aber teuer und in großen Mengen schwer bereitzustellen. P. rettgeri gilt wiederum als opportunistischer Krankheitserreger. Für eine spätere Anwendung müsste also ein anderer, sicherer Mikroorganismus gefunden werden.

Das gebildete Ammoniak blieb zunächst in der Flüssigkeit gelöst. Durch Destillation ließen sich 63 Prozent des aus dem Harnstoff stammenden Ammoniaks als verdünnte Lösung abtrennen.

Holzasche liefert Calcium

Nach der Ammoniakgewinnung blieb im Modellurin Phosphat zurück. Um es zu gewinnen, benötigte das Team einen Stoff, der das gelöste Phosphat bindet und als Feststoff ausfallen lässt. Dafür nutzten die Forschenden Calcium aus Holzasche.

Da das Calcium überwiegend schwer löslich vorlag, behandelten sie die Holzasche zunächst mit Salzsäure. So entstand ein calciumreicher Extrakt, der mit dem stickstoffarmen, aber phosphatreichen Modellurin vermischt wurde. Dabei bildete sich ein Feststoff aus verschiedenen Calciumphosphaten.

Aus den zusammengeführten Lösungen wurden jeweils etwa 99 Prozent des verfügbaren Phosphats und Calciums entfernt. Bezogen auf die Ausgangsstoffe gelangten 54 Prozent des Phosphats aus dem Modellurin und 74 Prozent des Calciums aus der Holzasche in das Produkt. Ein weiterer Teil des Phosphats war zuvor als urinsteinähnliche Ablagerung ausgefallen. Nahezu das gesamte Phosphat wurde damit aus der Flüssigkeit entfernt, jedoch nicht vollständig in das erzeugte Calciumphosphat-Produkt überführt.

Praxistest steht noch aus

Bislang wurde das Verfahren nur im Labor und mit künstlichem Urin untersucht. Echter Urin ist komplexer und kann Stoffe oder Mikroorganismen enthalten, die den Prozess beeinflussen. Auch Holzasche unterscheidet sich je nach Herkunft und Verbrennung in ihrer Zusammensetzung, sodass diese Variablen die Produktionsergebnisse verändern könnten.
Da mögliche Schwermetalle nicht umfassend geprüft wurden, ist noch offen, ob sich das gewonnene Calciumphosphat landwirtschaftlich nutzen lässt.

Hinzu kommen Fragen zum Energiebedarf der Destillation, zum Einsatz von Salzsäure und Natronlauge sowie zu Sammlung und Transport der Reststoffe. Versuche mit realen Stoffströmen, Pilotanlagen und wirtschaftliche wie ökologische Bewertungen müssen zeigen, ob sich der Ansatz über das Labor hinaus bewährt.

hn