Kostengünstige Strategien können den Wasser- und Energiebedarf der Abwasserbehandlung in China bis 2035 senken

Warum das für Wasser und Strom wichtig ist

Moderne Städte sind auf große Anlagen angewiesen, die Abwasser reinigen, bevor es in Flüsse, Seen und Küsten zurückkehrt. Doch dieser grundlegende Dienst verbraucht stillschweigend enorme Mengen an Wasser und Strom. In einem so großen und schnell wachsenden Land wie China können selbst kleine Verbesserungen in Planung und Betrieb der Anlagen zu massiven Einsparungen führen. Diese Studie stellt eine einfache, aber dringliche Frage: Kann China mehr Abwasser behandeln, strengere Umweltauflagen erfüllen und dennoch Wasser- und Energieverbrauch senken — ohne das Budget zu sprengen?

Wasser und Energie von Anfang bis Ende verfolgen

Die Forschenden sammelten detaillierte Informationen aus 90 realen Projekten und mehr als 10.000 städtischen Abwasserkläranlagen in ganz China. Sie verfolgten Wasser- und Energieverbrauch über die gesamte Lebensdauer einer Anlage — vom Betonieren und Einbauen der Ausrüstung über den täglichen Betrieb bis zum späteren Abbruch. Diese „Cradle-to-Gate“-Betrachtung zeigt nicht nur, wie viel Strom Pumpen und Belüfter verbrauchen, sondern auch, wie viel Wasser beim Bau der Anlagen benötigt wird und welche versteckte Energie in Chemikalien und Materialien steckt. Alle Ergebnisse wurden pro Kubikmeter behandeltem Abwasser angegeben, so dass verschiedene Technologien und Regionen gleichwertig verglichen werden konnten.

Welche Behandlungsmethoden weniger verbrauchen

China setzt auf mehrere biologische Behandlungsmethoden, die sich darin unterscheiden, wie Behälter angeordnet sind und wie Mikroorganismen mit Sauerstoff versorgt werden, die die Verschmutzung abbauen. Das Team fand große Unterschiede in den „Fußabdrücken“ dieser Methoden. Im Durchschnitt wiesen biologische Filtersysteme den geringsten Wasser- und Energieverbrauch pro behandelte Abwassereinheit auf, während eine flexible Technologie, die als kontinuierliche Belebtschlammbehandlung bekannt ist, den höchsten Verbrauch und die größte Streuung zwischen Anlagen zeigte. Fortschrittliche Prozesse, die mehr Stickstoff und Phosphor entfernen, verbrauchten in der Regel mehr Ressourcen als einfachere, doch einige neue Konzepte, beispielsweise das Linpor-System, zeigten vielversprechend niedrige Wasser- und Energieanforderungen. Über alle Methoden hinweg entfiel ein Großteil des Wasserverbrauchs auf die Bauphase, während der größte Teil der Energie im Betrieb verbraucht wurde, hauptsächlich für Belüftung und Durchmischung.

Regionale Muster in einem gewaltigen Land

Indem sie die Prozess-Fußabdrücke mit der tatsächlichen Technologie-Mischung in jeder Stadt verknüpften, kartierten die Autorinnen und Autoren, wie sich der Ressourcenverbrauch in China unterscheidet. Zentral- und Ostprovinzen wiesen durchschnittlich die höchsten Fußabdrücke auf, was ihre starke Abhängigkeit von energieintensiven Prozessen und großen Behandlungsvolumina widerspiegelt. Nordostprovinzen hingegen tendierten dazu, etwas weniger Wasser und Energie pro Kubikmeter zu verbrauchen. Regionen, die auf Grundwasser angewiesen sind und solche mit knappen Wasserressourcen zeigten oft geringere Fußabdrücke, wahrscheinlich weil steigende Pumpkosten und strikte Vorgaben Versorgungsbetriebe zu effizienteren Anlagenentwürfen drängen. Gebiete mit reichlich Wasser, in denen Haushaltsabwasser stärker verdünnt ist, benötigten paradoxerweise mehr Energie pro entfernte Verschmutzungseinheit. Auch soziale Faktoren spielten eine Rolle: Orte mit besserer Handhabung von Fäkalien außerhalb des Kanalnetzes verlangten weniger intensive Behandlung, während Investitionen in hochwertige Wiederverwendungsanlagen den Stromverbrauch tendenziell erhöhten, selbst wenn sich der gesamte Wasserverbrauch kaum änderte.

Verschiedene Zukunftsszenarien bis 2035 prüfen

Die Abwassermenge und der gesamte Ressourcenverbrauch in China sind seit 2009 gestiegen, da die Behandlungskapazität erweitert und die Verschmutzungsstandards verschärft wurden; die gesamten Wasser- und Energie-Fußabdrücke haben sich bis 2022 etwa verdreifacht. Um zu untersuchen, wie sich dies ändern könnte, entwickelten die Autorinnen und Autoren Szenarien, die Behandlungstechnologien unter verschiedenen Zielen neu zusammenstellen: Kostensenkung, maximale Schadstoffentfernung, Verringerung von Wasser- und Energie-Fußabdrücken oder ein Ausbalancieren dieser Ziele. Anschließend projizierten sie die Anlagenkapazität bis 2035 auf Basis von Bevölkerungsentwicklungen. Im ehrgeizigsten Optimierungsszenario ersetzen die Provinzen weniger effiziente Prozesse durch besser geeignete Optionen, die an lokale Bedingungen angepasst sind. Dieses Paket reduziert den nationalen Wasserfußabdruck um etwa 16 Prozent und den Energiefußabdruck um etwa 26 Prozent im Vergleich zur Fortführung aktueller Trends, während die Stickstoffentfernung stabil bleibt und die Phosphorentfernung sich leicht verbessert. Die dafür erforderlichen Zusatzinvestitionen bleiben unter 8 Prozent der gesamten Behandlungskosten, und in einigen Regionen senken klügere Entscheidungen sogar die Betriebskosten.

Was das im Alltag bedeutet

Für Nichtfachleute ist die Botschaft klar: Es ist möglich, Abwasser gründlich zu reinigen, Flüsse zu schützen und dabei erhebliche Mengen an Wasser und Strom zu sparen. Bis 2035 werden Chinas Kläranlagen voraussichtlich jährlich zahlreiche Milliarden Kilogramm Wasser und mehrere zehn Milliarden Kilowattstunden Strom verbrauchen. Die in dieser Studie skizzierten Strategien könnten rund ein Viertel dieses Bedarfs einsparen, während die Qualität des behandelten Wassers hoch bleibt. Da die Analyse Technologieentscheidungen mit realen Kosten und regionalen Bedingungen verknüpft, bietet sie einen praxisnahen Fahrplan für Stadtplaner und Versorgungsbetriebe — nicht nur in China, sondern auch in anderen Ländern mit schnellem Wachstum und engen Wasser- und Klimabeschränkungen —, ihre Abwassersysteme so aufzurüsten, dass sie langfristig sauberer, günstiger und nachhaltiger sind.

Zitation: Han, S., Jones, E.R., Yin, T. et al. Cost-effective strategies can reduce water and energy requirements in China’s wastewater treatment by 2035. Nat Commun 17, 3390 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70159-y

Schlüsselwörter: Abwasserbehandlung, Wasser-Fußabdruck, Energieverbrauch, Infrastruktur in China, nachhaltige Versorgungsbetriebe