Phosphorrecycling aus Klärschlämmen zur Schließung regionaler Nährstoffkreisläufe

Mit der 2017 novellierten Klärschlammverordnung ist es zukünftig verpflichtend, den in Klärschlämmen vorhandenen Phosphor zurückzugewinnen. Bereits ab 2023 müssen die Kläranlagenbetreiber demnach darlegen, wie sie dieser Rückgewinnungspflicht nachkommen werden. Daher ist es notwendig, dass neue Entsorgungsstrategien sowohl die nachhaltige und wirtschaftliche Klärschlammverwertung sowie die Herstellung und Vermarktung zugelassener Phosphor-Düngeprodukte betrachten. Einen vielversprechenden Ansatz stellt eine lokale Klärschlammverwertung dar. Hiermit lassen sich regionale Nährstoffkreisläufe mit stark reduziertem Transportaufwand schließen und konventionelle Düngemittel adäquat verringern.

Im Verbundprojekt »DreiSATS« wird derzeit für die Region »Mitteldeutsches Dreiländereck« eine Prozesskette für ein dezentrales Phosphorrecycling aus Klärschlämmen entwickelt und demonstriert. Die Region ist sowohl durch verdichtete städtische als auch durch ländliche Gebiete geprägt und gehört zu den landwirtschaftlich hochintensiv bewirtschafteten Regionen Deutschlands. Analysen zeigen, dass der aktuelle Phosphatbedarf in der »DreiSATS«-Modellregion zu ca. 60 % mit dem regional anfallenden Klärschlamm bzw. den entsprechend aufbereiteten Düngemitteln gedeckt werden kann.

Bei der Prozessentwicklung zum Phosphorrecycling liegt ein wesentliches Augenmerk auf der prozessintegrierten Schwermetallabtrennung während der Verbrennung. Denn häufig werden vor allem die nach Düngemittelverordnung festgelegten Grenzwerte für Blei, Kupfer, Cadmium und Nickel überschritten. Zur Abtrennung der bei der Verbrennung entstehenden Aschen entwickelt das Fraunhofer IKTS widerstandsfähige keramische Heißgasfiltersysteme. Die bei dem Prozess entstehende korrosive Atmosphäre in Kombination mit Temperaturen von bis zu 1000 °C erfordert den Einsatz besonders temperatur- und chemikalienbeständiger keramischer Filter. Durch diesen können Schwermetalle zuverlässig und effizient abgetrennt werden. Darüber hinaus besteht umfangreiches Know-how, wie sich mit Zusatz von Additiven die Gasphasenumwandlung der Schwermetalle im Klärschlamm optimieren lässt. So kann erstmals eine wirtschaftliche thermische Verwertung von Klärschlämmen in wesentlich kleineren Verbrennungsanlagen und damit ein dezentraler Verwertungsansatz ermöglicht werden.

Ein weiteres Ziel ist die Verbesserung der Pflanzenverfügbarkeit des Phosphors sowie die Überführung der in den Aschen enthaltenen Nährstoffe in standardisierte Düngemittel, um diese in der regionalen Landwirtschaft einzusetzen. Hierfür entwickelt das Fraunhofer IKTS Methoden zur Bewertung der Zwischen- und Endprodukte in Hinblick auf Toxizität und ihre Nährstoffeigenschaften. Die Nährstoffverfügbarkeit kann am IKTS mit Hilfe von Pflanzenversuchsständen evaluiert werden.

Darüber hinaus beschäftigen sich die Forschenden mit der Stakeholderanalyse sowie der Ökobilanzierung, bei der alle Verbräuche an Ressourcen und Energien sowie Emissionen und Abfälle betrachtet werden.

Projektname: DreiSATS – Technologiedemonstration zur Kombination von Staubfeuerung und Säureaufschlussgranulierung mit integrierter Schwermetallabscheidung für das regionale Phosphorrecycling im »Mitteldeutschen Dreiländereck Sachsen-Anhalt, Thüringen und Sachsen«

Finanzierung: BMBF-FONA (Förderkennzeichen 02WPR1544)

Projektzeitraum: Juli 2020 bis Juni 2023 (Phase I)

Projektpartner: Veolia Klärschlammverwertung Deutschland GmbH, Carbotechnik GmbH, LTC Lufttechnik Crimmitschau GmbH, Pontes Pabuli GmbH, MFPA – Materialforschungs- und -Prüfanstalt an der Bauhaus-Universität Weimar