Neue Bakterien in Kläranlagen entdeckt: Sie reinigen das Abwasser – und haben einen negativen Klimaeffekt

Wissenschaftler haben in Kläranlagen eine neue Gruppe von Bakterien entdeckt. Sie leben jedoch nicht frei im Abwasser, sondern arbeiten im Inneren einzelliger Organismen. Diese Mikroben übernehmen einen Teil der Reinigungsarbeit und tragen dazu bei, Stickstoff aus dem Wasser zu entfernen.

Erst jetzt wird klar, welche Rolle sie spielen – und welche Folgen das hat. Eine kürzlich veröffentliche Studie hat ergeben, dass diese Bakterien zwar für sauberes Abwasser sorgen, dabei jedoch Lachgas freisetzen. Dieses Treibhausgas wirkt rund 300-mal stärker als Kohlendioxid. Da diese Symbiosen in bis zu jeder zweiten untersuchten Kläranlage vorkommen, rückt die Abwasserbehandlung erstmals auch als relevanter Faktor für den Klimaschutz in den Blick.

Bakterien in Kläranlagen übernehmen mehr als nur Abbauarbeit

Die Bakterien leben nicht frei im Becken, sondern im Inneren von Einzellern, sogenannten Ciliaten. Diese winzigen Organismen kommen überall dort vor, wo Wasser vorhanden ist – auch in Kläranlagen. Die Bakterien versorgen ihre Wirte mit Energie, indem sie Nitrat abbauen. Die Ciliaten bieten im Gegenzug Schutz und einen stabilen Lebensraum.

Bislang richtete sich der Blick in der Abwasserforschung vor allem auf frei lebende Mikroorganismen. Dass Bakterien auch in solchen engen Partnerschaften aktiv an der Reinigung beteiligt sind, blieb lange unbeachtet. Dabei übernehmen diese Symbiosen eine doppelte Funktion: Sie tragen zur Stickstoffentfernung bei und sichern zugleich die Energieversorgung ihrer Wirtszellen.

Solche Partnerschaften sind kein seltenes Phänomen. Eine große Auswertung internationaler Abwasserdaten fand sie in bis zu jeder zweiten untersuchten Anlage. Nachgewiesen wurden sie in Europa, Nordamerika, Asien und Australien. Insgesamt identifizierten die Forscher 14 bislang unbekannte Arten endosymbiotischer Bakterien.

Ein fehlendes Enzym verändert den Reinigungsprozess

Normalerweise endet der Abbau von Nitrat mit der Bildung von Stickstoffgas. Dieses Gas ist klimatisch unbedenklich und macht den größten Teil der Erdatmosphäre aus. Bei einer Art läuft der Prozess jedoch anders. Candidatus Azoamicus parvus beendet den Abbau nicht vollständig. Statt Stickstoff entsteht Lachgas.

Der Grund liegt im Stoffwechsel dieser Bakterienart. Anders als verwandte Mikroben fehlt ihr das Enzym, das Lachgas weiter abbauen könnte. Das Gas bleibt als Endprodukt zurück und entweicht aus dem Wasser. „Dies ist das erste Mal, dass wir einen denitrifizierenden Endosymbionten gefunden haben, der Lachgas produziert – und ausgerechnet dieser ist in Kläranlagen weltweit am weitesten verbreitet“, sagt Studienleiterin Jana Milucka vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie.

Lachgas zählt zu den stärksten bekannten Treibhausgasen. Sein Erwärmungspotenzial liegt etwa 300-mal höher als das von Kohlendioxid. Die Abwasserbehandlung trägt bereits messbar zu den vom Menschen verursachten Lachgasemissionen bei. Schätzungen gehen von drei bis sieben Prozent aus.

Verborgene Mikroben im Klärbecken

Die betroffenen Mikroorganismen treten nicht konstant auf. Messreihen aus mehreren Kläranlagen zeigen starke zeitliche Schwankungen. An manchen Tagen sind sie kaum nachweisbar, dann folgen kurze Phasen mit hoher Aktivität. In einzelnen Anlagen dominieren zeitweise mehrere Arten, in anderen nur eine Linie.

Diese Dynamik erschwerte die Beobachtung über Jahre hinweg. Klassische Analysen erfassen vor allem frei lebende Bakterien im Becken. Symbionten, die im Inneren von Einzellern leben, bleiben dabei leicht verborgen. Erst moderne genetische Methoden machten sie sichtbar. „Wir waren sehr überrascht, dass diese Symbiosen in Abwässern so häufig vorkommen, obwohl dort starke Schwankungen und hoher ökologischer Druck herrschen“, erklärt Erstautorin Louison Nicolas-Asselineau.

Wie Kläranlagen ihre Klimabilanz beeinflussen können

Für den laufenden Betrieb bleibt die Reinigungsleistung der Kläranlagen hoch. Sauberes Wasser ist weiterhin gesichert. Gleichzeitig rückt die Klimawirkung stärker in den Fokus. Welche Bakterien sich durchsetzen, hängt von Faktoren wie Sauerstoffgehalt, Beckenführung, Schlammalter und Zusammensetzung des Abwassers ab.

Für Betreiber eröffnen sich damit neue Stellschrauben. Wer diese Bedingungen gezielt steuert, kann beeinflussen, welche mikrobiellen Gemeinschaften dominieren – und damit auch, wie viel Lachgas entsteht. Ziel ist es, die bewährte Abwasserreinigung mit einer besseren Klimabilanz zu verbinden.

Kurz zusammengefasst:

• Kläranlagen reinigen Abwasser vor allem biologisch: Bakterien bauen Stickstoffverbindungen ab und schützen so Gewässer, doch ein Teil dieser Mikroben arbeitet anders als lange angenommen.
• Eine weit verbreitete Bakterienart setzt Lachgas frei: Statt harmlosen Stickstoff zu bilden, entsteht Lachgas, ein Treibhausgas mit etwa 300-fach stärkerer Klimawirkung als CO₂, wodurch Kläranlagen messbar zum Klimaproblem beitragen können.
• Die Klimabilanz hängt von mikrobiellem Gleichgewicht ab: Welche Bakterien sich in den Becken durchsetzen, beeinflusst Emissionen – mit gezielter Steuerung könnten Städte Abwasser weiter sicher reinigen und zugleich den Ausstoß von Treibhausgasen senken.

Übrigens: Ammoniak gilt als Hoffnungsträger der Energiewende, weil bei seiner Nutzung kein Kohlendioxid entsteht. Neue internationale Berechnungen zeigen jedoch, wie stark Kosten und Emissionen von der Herstellung abhängen. Mehr dazu in unserem Artikel.

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