Recyclingverfahren „Made in Germany“ – Rohstoff Phosphor, Teil 2:

Gepostet von Doreen Brumme am 24. Aug 2016

Wie angekündigt dreht sich dieser Beitrag unserer Reihe zum Rohstoff Phosphor um Möglichkeiten zu dessen Recycling. Dafür spielt Klärschlamm eine große Rolle. Der enthält nämlich eine ganze Menge des essenziellen Phosphors. Deshalb nutzt man Klärschlamm gerne als Dünger in der Landwirtschaft. Allerdings stecken im Klärschlamm auch jede Menge schädlicher Schwermetalle, die man gar nicht im Boden haben möchte. Gefragt ist also eine Möglichkeit, den Phosphor aus dem Klärschlamm zu lösen – und zwar ohne die Schadstoffe.

Bevor ich euch gleich zwei spannende Projekte aus deutschen Landen vorstelle, die sich mit der Separation von Phosphor aus Klärschlamm beschäftigen, will ich euch ein paar Zeilen zu eben diesem Klärschlamm schreiben, die ihn charakterisieren.

Klärschlamm – eine Kurzbiographie

Unter dem Oberbegriff Klärschlamm fasst man Schlämme zusammen, die bei der biologischen Abwasserreinigung anfallen. Dazu gehören:

• Rohschlamm, auch Frischschlamm genannt, ist der unbehandelte Schlamm aus einer Abwasserbehandlungsanlage. Er neigt zu saurer Gärung und riecht entsprechend.
• Primärschlamm ist der Klärschlamm, der physikalisch aus dem Abwasser separiert wird, das der Kläranlage zuläuft. Diese physikalische Vorklärung ist somit die erste Stufe des Klärprozesses. Primärschlamm muss anschließend weiter behandelt werden.
• Belebtschlamm nennt man die Biomasse, die sich bei aerober biologischer Abwasserreinigung im Belebungsbecken bildet, weil bestimmte Inhaltsstoffe des Abwassers dort abgebaut werden. Belebtschlamm, besser Belebtschlammflocken, besteht aus Bakterien, Pilzen, Protozoen (Einzeller mit mindestens einem Zellkern, Urtierchen), EPS (extrazelluläre polymere Substanzen) und mehr. Namensgebend sind Bakterien und Protozoen, die den Belebtschlamm nachweislich „beleben“.
• Rücklaufschlamm ist der Schlamm, der bei der Nachklärung nach dem Abbau der Schadstoffe im Abwasser mithilfe des Belebtschlamms (Belebtschlammverfahren) vom gesäuberten Wasser getrennt und ins Belebungsbecken zurückgeführt wird.
• Sekundärschlamm oder Überschussschlamm ist ein Belebtschlamm, der aus einer Belebungsanlage entfernt wird, um eine vorab festgelegte Konzentration an Biomasse oder ein Schlammalter zu gewährleisten. Er wird dann in die Schlammbehandlung gepumpt.
• Tertiärschlamm ist Schlamm, der in Reinigungsstufe drei eines Klärwerks entsteht. Das kann beispielsweise chemische Nachfällung von Abwasserinhaltsstoffen wie Phosphor (Stichwort: Phosphor-Fällung) nach der Norm DIN 4045 sein.
• Schwimmschlamm und Schlammschaum sind Klärschlamm, der flotiert.
• Trockenschlamm ist getrockneter Klärschlamm.

In Klärschlamm aus Haushaltsabwässern stecken verschiedene Nähr- und Humusstoffe – und die nicht zu knapp. Unbelasteter Klärschlamm enthält im Schnitt 50 bis 70 Prozent Kohlenstoff, 6,5 bis 7,3 Prozent Wasserstoff, 21 bis 24 Prozent Sauerstoff, 15 bis 18 Prozent Stickstoff, ein bis 1,5 Prozent Phosphor und bis zu 2,4 Prozent Schwefel. Das ist der Grund, warum man unbelasteten Klärschlamm zum Düngen verwenden kann. Die Verwendung von Klärschlamm als Düngemittel ist gesetzlich geregelt: in der Klärschlamm-Verordnung. Sie schreibt unter anderem vor, dass Klärschlamm zum Aufbringen auf landwirtschaftlichen und anderen Nutzflächen entkeimt sein muss. Außerdem setzt sie Höchstmengen für sieben Schwermetalle fest: Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Quecksilber, Zink. Denn die Schwermetalle im Klärschlamm belasten die Umwelt ebenso wie weitere Inhalte, darunter halogenierte Kohlenwasserstoffe. Importierter Klärschlamm – und Deutschland importiert diesen in großem Maße – ist leider oft belastet.

Klärschlamm und Klärschlammasche

Etwa zwei Millionen Tonnen Klärschlamm fallen pro Jahr in Deutschland in den kommunalen Kläranlagen an. Die Masse muss irgendwie entsorgt werden. Bislang verwertet man nicht mal die Hälfte des anfallenden Klärschlamms stofflich, teils in der Landwirtschaft, teils wird er kompostiert, ein Drittel wird meist wegen der darin enthaltenen Schadstoffe verbrannt. Dabei geht auch der Phosphor verloren. Was nach dem Verbrennen vom Klärschlamm bleibt, ist Klärschlammasche.

Pilotanlage recycelt Phosphorsäure aus Klärschlammasche

Die REMONDIS Aqua GmbH & Co. KG hat ein Verfahren entwickelt, um aus Klärschlammasche einen Dünger in streufähigen Kügelchen herzustellen. Das ist Recycling pur: Phosphor wird aus Klärschlamm zurückgewonnen. Seit gut einem Jahr läuft dazu eine Pilotanlage in Hamburg. „Weltweit erstmals kann der wichtige Rohstoff, der sich in der Klärschlammasche konzentriert, wirtschaftlich effizient recycelt werden“, sagte Umweltsenator Jens Kerstan (Grüne) beim Startschuss im Klärwerk von Hamburg Wasser am Hamburger Köhlbrand (Stichwort: Köhlbrandbrücke) gegenüber der Schleswig-Holsteinischen Zeitung (SHZ).

Das Tetraphos-Verfahren von REMONDIS

Bislang landete die Hamburger Klärschlammasche auf einer speziellen Deponie – doch das Pilotprojekt macht dieser Phosphorverschwendung ein Ende: Mithilfe des von REMONDIS patentierten Verfahrens Tetraphos lässt sich aus der Klärschlammasche hochwertige Phosphorsäure lösen. Diese dient als Rohstoff, um eine Vielzahl an Phosphatprodukten, insbesondere Dünger und Futter, zu produzieren.

Aus 1.000 Kilogramm Klärschlammasche gewinne REMONDIS bis zu 500 Kilogramm Phosphorsäure plus 500 Kilogramm Gips, der als Baustoff zum Einsatz kommen könne. Umweltsenator Kerstan sagte laut SHZ: „Ein innovatives Projekt von dem wir hoffen, dass es Maßstäbe setzt. Deutschland importiert jährlich Tausende Tonnen Phosphor, obwohl sich der Stoff in Kläranlagen in nennenswerter Größenordnung ansammelt.“ Anlagenerfinder Martin Lebek betonte, dass das Verfahren sich durch „herausragende ökologische Effizienz“ auszeichne und Europa unabhängiger von Phosphorimporten machen könne. Laut Hamburg-Wasser-Geschäftsführer Michael Beckereit wollen die beiden Unternehmen die gewonnenen Produkte gemeinsam vermarkten. Beckereit kündigte demnach an: „Wenn die Pilotversuche erfolgreich sind, werden wir mit REMONDIS eine Großanlage in Hamburg errichten und betreiben.“

Pilotanlage recycelt Biokohle und Phosphat aus Klärschlamm: das HTC-Verfahren der Uni Hohenheim

Das HTC-Verfahren (hydrothermale Carbonisierung) gehe laut Pressemitteilung der Uni Hohenheim dieser Tage bei der AVA Green Chemistry Development GmbH in Karlsruhe in Betrieb. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) fördere das Projekt. Mit dem Verfahren der Agrartechnologin Prof. Dr. Andrea Kruse der Universität Hohenheim lasse sich Phosphor schadstofffrei und kostengünstig aus dem Schlamm für Dünger gewinnen. Das HTC-Verfahren wandele demnach Klärschlamm zuerst in CO₂-neutrale Biokohle um. Dann werde das Phosphat isoliert und zurückgewonnen. Das Resultat seien gleich zwei wirtschaftlich interessante Produkte: das wertvolle Phosphorprodukt und die phosphorfreie HTC-Klärschlammkohle. Diese lasse sich dank AVA cleanphos in Zukunft als Ersatz für Braun- oder Steinkohle in der Mitverbrennung einsetzen. Das führe zu beträchtlichen Einsparungen von CO₂-Emissionen.

„Obwohl Klärschlamm viel wertvolles Phosphat enthält, sprach bis jetzt vieles gegen eine landwirtschaftliche Verwertung“, erklärt Prof. Dr. Andrea Kruse. „Der Schlamm kann Krankheitserreger mit sich führen und enthält zusätzlich viele Schwermetalle.“ Bisherige Technologien für die Phosphor-Rückgewinnung setzten zudem vor allem auf die Entsorgung in Monoverbrennungsanlagen, um aus der Asche das Phosphat zu gewinnen und als Dünger zu verarbeiten. Diese Verfahren seien aber teurer und deutlich aufwendiger als die HTC.

Im nächsten Teil dieser Artikelreihe schauen wir uns das REMONDIS-Verfahren etwas näher an und diskutieren die Schwierigkeit des Recycelns gefährlicher Abfälle ausführlich.

Weitere Artikel zum Thema:

DER FLASCHENHALS DES IRDISCHEN LEBENS: ROHSTOFF PHOSPHOR, TEIL 1