Am 25. Oktober 2026 standen im Aachener Eurogress Abwasser, Patente und europäische Regulierung im Mittelpunkt. Vor etwa 1.000 Gästen überreichte Bundespräsident Frank-Walter Steinmeier den Deutschen Umweltpreis 2026 der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) an den Roetgener Unternehmer Dr. Klaus Vossenkaul und die Hamburger Umweltjuristin Dr. Roda Verheyen. Das Preisgeld von insgesamt 500.000 Euro teilen sich die beiden. Für Steinmeier war es die zehnte und letzte Übergabe; seine Amtszeit endet 2027.

Vossenkaul erhielt die Auszeichnung für Hohlfasermembranen zur Abwasserreinigung. Die Technologie soll deutlich weniger Energie für die Membranspülung benötigen als herkömmliche Systeme und zugleich Platz sparen. Für ein lokales Wissenschaftsmagazin ist das ein schöner Anlass, genauer hinzusehen: Hinter den nüchternen Begriffen steckt eine ziemlich handfeste Frage – wie lassen sich Kläranlagen modernisieren, ohne dass ihnen der Stromverbrauch davonläuft?

Ein Roetgener mit 28 Patenten

Klaus Vossenkaul wurde 1965 in Roetgen bei Aachen geboren und promovierte am Institut für Verfahrenstechnik der RWTH Aachen. Seit mehr als 25 Jahren arbeitet er mit dem Verfahrenstechnik-Ingenieur Dirk Volmering an der Weiterentwicklung der Membrantechnik. Vossenkaul ist dreifacher Vater; Musik und regelmäßiger Sport gehören zu seinen Interessen.

Zunächst gründete er die Puron AG, die getauchte Hohlfasermodule für die Abwasserbehandlung herstellte. Im November 2004 übernahm KMS International, eine Tochter von Koch Membrane Systems, das Unternehmen. 2012 gründete Vossenkaul gemeinsam mit Volmering Membion. Das Unternehmen sitzt weiterhin in Roetgen, in einem ehemaligen Webereigebäude, und beschäftigt rund 40 Mitarbeiter.

Vossenkaul hält 28 Patente, zehn davon sind Membion zugeordnet. Das Verfahren „JetSplash“ gehört dazu. Zu den Kunden zählen unter anderem McCain in den Niederlanden, der Galvanikbetrieb Collini und der Wasserverband Eifel-Rur. Bei Collini und McCain wird die Technik zur Reinigung von Industrieabwässern eingesetzt.

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Membion plant ein großes Produktionswerk in Deutschland und will eine führende Position auf dem Weltmarkt erreichen. Dafür sucht das Unternehmen weitere Investoren. Im Januar 2024 meldete Membion eine Finanzierungsrunde über rund fünf Millionen Euro, angeführt vom TechVision Fonds und dem DeepTech & Climate Fonds.

Kurze Luftstöße statt Dauergebläse

Bei der Membranbelebung trennen Membranfilter den Schlamm physisch vom gereinigten Wasser und ersetzen damit die Nachklärung. Membion verwendet röhrenförmige Hohlfasern aus vier Kunststoffen, jeweils etwa 1,60 Meter lang. Mehr als 1.600 Fasern stecken in einem Fußelement. Die Module werden in den Klärschlamm eingetaucht; durch die feinen Poren wird biologisch gereinigtes, kristallklares Wasser abgesaugt. Trinkwasser ist das nicht, zur landwirtschaftlichen Bewässerung kann es aber beispielsweise genutzt werden.

Die Poren halten Feststoffe, Mikroplastik, Bakterien, Krankheitserreger und multiresistente Keime zurück. Gelöste Spurenstoffe wie Arzneimittelrückstände, Kosmetikrückstände und sogenannte Ewigkeitschemikalien passieren die Membran hingegen. Dafür braucht es eine zusätzliche Reinigungsstufe, etwa mit Aktivkohle oder Ozon. Die Membranfiltration gehört zur biologischen Reinigung und ist nicht die vierte Reinigungsstufe.

Der Knackpunkt herkömmlicher Membranbioreaktoren liegt in der Spülung: Dauerhafte Belüftung verhindert, dass Schlamm die Fasern zusetzt, kostet aber Energie. Bei JetSplash sammeln sich Luftblasen in sogenannten Geysir-Elementen. Dann entweicht die Luft stoßartig, ein Flüssigkeitsschwall bewegt sich nach oben und spült den Schlamm innerhalb weniger Sekunden von den Fasern. Eine chemische Zwischenreinigung bleibt trotzdem erforderlich.

Die Membranen schweben in geschlossenen, mannshohen Gehäusen im Schlamm. Die kurzen Luftimpulse halten die Poren sauber – kein permanentes Gebläse, sondern eher ein kontrollierter kleiner Geysir. Die Technologie macht Rundbecken, in denen sich Schlamm absetzt, teilweise überflüssig und kann dadurch Grundwasserreserven schonen.

In Konzen bei Monschau laufen seit fast fünf Jahren herkömmliche Plattenmodule und Membion-Module parallel. Laut Membions Betriebsbericht benötigten die Plattenmodule rund 0,53 Kilowattstunden Belüftungsenergie pro Kubikmeter. Die Membion-Doppeldeckermodule kamen auf 0,062 bis 0,092 Kilowattstunden pro Kubikmeter. Dieselbe Membranfläche brauchte zwei statt neun Modulschächte; der Platzbedarf sank laut DBU auf dieser Anlage um 75 Prozent.

Die DBU spricht von einer Energieeinsparung von mehr als 90 Prozent. Gemeint ist der Vergleich mit Plattenmodulen – und nur die Membran-Spülenergie. Der gesamte Stromverbrauch der Kläranlage fällt nicht im selben Verhältnis, weil die Belüftung des Belebungsbeckens davon unberührt bleibt. Gegenüber der Referenzanlage Nordkanal in Kaarst mit 0,19 Kilowattstunden pro Kubikmeter nennt der DBU-Abschlussbericht eine Einsparung von bis zu 70 Prozent.

Eine unabhängige Messung durch Betreiber, Hochschule oder Gutachter liegt allerdings nicht vor. Vossenkaul erklärte, Betreiber könnten jährlich Stromkosten im sechsstelligen Bereich sparen; eine konkrete Anlagengröße und Berechnung nannte er nicht. In Kaarst ist die Kläranlage Nordkanal auf 80.000 Einwohnerwerte ausgelegt, läuft seit Dezember 2003 und galt bei ihrer Errichtung als Europas größte Membranbelebungsanlage.

Wolfsburg baut groß – Braunschweig plant noch größer

In der Kläranlage Stahlberg bauen die Wolfsburger Entwässerungsbetriebe eine Membrananlage mit 3.000 Membion-Fußelementen. An jedem Element sind mehr als 1.600 Membranröhrchen befestigt. Die Investition beträgt mehr als 16 Millionen Euro. Die Anlage behandelt Abwasser von mehr als 140.000 Menschen und soll im Herbst 2027 in Betrieb gehen. Eine zusätzliche Spurenstoffstufe ist geplant.

Nach Angaben der Stadt Wolfsburg entsteht dort Deutschlands größte noch im Bau befindliche Membran-Kläranlage. In Braunschweig-Steinhof ist eine noch größere Membranbelebungsanlage für 275.000 Einwohnerwerte vorgesehen. Die Projektkosten liegen bei rund 41 Millionen Euro, die Inbetriebnahme ist für 2029 geplant.

Der Zeitdruck kommt auch aus Brüssel. Die neue EU-Kommunalabwasserrichtlinie, kurz KARL, gilt seit dem 1. Januar 2025 und muss bis zum 31. Juli 2027 in nationales Recht umgesetzt werden. Sie verlangt zum Schutz der Gewässer vor Mikroschadstoffen eine hocheffiziente vierte Reinigungsstufe zusätzlich zu den bisher üblichen mechanischen, biologischen und chemischen Verfahren.

Die Nachrüstung erfolgt gestaffelt: 20 Prozent der Anlagen ab 150.000 Einwohnerwerten müssen bis Ende 2033 ausgestattet sein, 60 Prozent bis Ende 2039, vollständig nachgerüstet werden soll bis Ende 2045. In ausgewiesenen Risikogebieten gilt die Pflicht auch für Anlagen ab 10.000 Einwohnerwerten. Die vierte Reinigungsstufe erhöht den Energiebedarf einer Kläranlage typischerweise um 10 bis 30 Prozent.

Für Anlagen ab 10.000 Einwohnerwerten schreibt die Richtlinie außerdem eine schrittweise Energieneutralität bis Ende 2045 vor. Deutschland hat etwa 8.700 bis 8.900 kommunale Kläranlagen; die DBU nennt rund 8.700 öffentliche Anlagen, die jährlich etwa 8,3 Milliarden Kubikmeter Abwasser reinigen. Eine Studie im Auftrag des Verbands kommunaler Unternehmen kommt auf gut 150 zwingend betroffene Anlagen, einschließlich der Risikogebiete auf etwa 570. Die Kosten bis 2045 werden dort auf knapp neun Milliarden Euro geschätzt, die jährlichen Kosten nach Abschluss des Ausbaus auf bis zu 860 Millionen Euro.

Fraunhofer UMSICHT nennt für den Investitionsbedarf bis zu 10,5 Milliarden Euro und zusätzlich jährliche Kosten im hohen dreistelligen Millionenbereich. Die Zahlen hängen also davon ab, welche Anlagen und Annahmen einbezogen werden. Für Betreiber ist das kein akademischer Zahlendreher, sondern eine ziemlich teure offene Rechnung.

Wer bezahlt die vierte Stufe?

Die Richtlinie sieht