Phosphor ist ein lebenswichtiges Element für Pflanzen und Tiere. Als Nährstoff steuert es den Energiehaushalt in den Zellen und beeinflusst die Zusammensetzung der Erbsusbstanz DNA. Als Düngemittel verhindert es bei Pflanzen Mangelsymptome und hat eine positive Wirkung auf den Boden. In der landwirtschaftlichen Industrie wird Phosphor eingesetzt, um hohe Ernteerträge zu erzielen. Eine Folge davon ist eine hohe Konzentration von Phosphor im Abwasser – und somit im Klärschlamm.
In Europa muss Phosphor importiert werden. Phosphathaltige Mineralien kommen hauptsächlich in Ländern wie Afrika, China und Russland vor. Allerdings sind die Ressourcen endlich und die Industrie moniert eine abnehmende Phosphorkonzentration in den Mineralien, während die Belastung mit unerwünschten Schadstoffen wie den toxischen Schwermetallen Cadmium und Uran zunimmt. Das macht den Abbau kostspielig und ist auch aus umweltpolitischer Sicht problematisch. Würden wir den Phosphor lokal recyceln, dann wäre ein Großteil der Umweltprobleme gelöst. Sowohl der umweltschädliche Abbau als auch der Transportweg durch den Import würden wegfallen.
Phosphor in Klärschlamm
Wie das funktionieren könnte, war Gegenstand des Projektes StraPhos, das im Auftrag des Bundesministeriums für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft (BMLFUW) durchgeführt wurde. Ein Team um Arabel Amann vom Institut für Wassergütewirtschaft an der TU Wien untersuchte anhand von Klärschlamm, wie die Rückgewinnung von Phosphor im eigenen Land und aus vorhandenen Ressourcen am besten gelingen kann.
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In Österreich wird Klärschlamm immer noch als Dünger auf Felder aufgebracht. Negative Effekte werden dabei übersehen. Denn „neben Phosphor enthält Klärschlamm auch Mikroplastik, Schwermetalle, organische Spurenstoffe und Antibiotikarückstände, die so ebenfalls auf dem Feld landen“, erklärt Amann.
Wobei es ein ideales Procedere hinsichtlich Umwelt nicht gebe, weil ein Handel zwischen unterschiedlichen Umweltkriterien ins Spiel kommt. Wenn das Düngemittel eine hohe Pflanzenverfügbarkeit und einen reduzierten Schwermetallgehalt haben soll, dann bedinge das auch einen höheren Einsatz von Chemikalien und Energie. Last but not least schlägt sich dieser höhere Aufwand auch in der Wirtschaftlichkeit der Verfahren für die Phosphat-Rückgewinnung nieder.
Verfahren zur Rückgewinnung
Einfach wäre es, Phosphor direkt in den Kläranlagen zu extrahieren. Allerdings erhält man dabei nur eine Ausbeute von etwa 40 Prozent. Verbrennt man den Klärschlamm, dann ist die Ausbeute deutlich höher. Bei der Verbrennung wird der Klärschlamm erst getrocknet, dann verbrannt und das Phosphor schließlich aus der Asche gewonnen. Die vorhandenen Verfahren unterscheidet man in Mitverbrennung und Monoverbrennung. Erstere wäre aus energetischer Sicht vorzuziehen, weil Klärschlamm einen sehr hohen Wassergehalt hat und kein guter Brennstoff ist. Das ändert sich bei der Mitverbrennung, wo Klärschlamm gemeinsam mit anderen Abfällen verbrannt wird. Allerdings verändert sich meist die Qualität der Asche und das sei vor allem dann von Nachteil, wenn der Phosphorgehalt sinkt, erklärt Amann. Der Phosphorgehalt in der Asche sei schließlich einer der treibenden Faktoren für eine wirtschaftliche Rückgewinnung von Phosphor. In Monoverbrennungsanlagen hingegen lassen sich mindestens 80 Prozent des Phosphors aus dem Klärschlamm zurückgewinnen.
Wirtschaftlichkeit von Recycling-Phosphor
Das Team um Amann sah sich Faktoren wie Produktionskosten und Verkaufspreise an und errechnete, wie sich die Kosten auf Österreichs Einwohner pro Jahr verteilen würden. Grundlage war ein Szenario in dem rund 35 Prozent des nationalen Phosphordüngerbedarfs durch Phosphor aus Abwasser substituiert wird. Es zeigte sich, dass die Kosten der Abwasserbehandlung im günstigsten Fall um einen Euro pro Einwohner gesenkt werden können. Im ungünstigsten Fall ergeben sich zusätzliche Kosten von fünf Euro.
Soll die Wirtschaftlichkeit gegeben sein, so braucht es eine qualitativ hochwertige Asche und einen guten Standort, der möglichst einen Anschluss an das Fernwärmenetz oder Wärmeabnehmer hat. Amann: „Wärme aus Klärschlammverbrennung wird großteils bei der Vertrocknung des Klärschlamms vor der Verbrennung eingesetzt. Bei sinnvollen Konzepten entsteht meist auch eine geringfügige Menge an überschüssiger Wärme. Diese sollte in ein bestehendes Fernwärmenetz eingespeist werden.“
Bei sinnvollen Konzepten entsteht meist auch eine geringfügige Menge an überschüssiger Wärme, die in ein bestehendes Fernwärmenetz eingespeist werden sollte.
Arabel Amann, Institut für Wassergütewirtschaft an der TU Wien
Um die relativen Kosten pro Tonne zu senken, empfehlen die Forscher große Anlagen mit einem Potenzial von mindestens 30.000 Tonnen Klärschlamm-Trockensubstanz pro Jahr. Weiters gelte es einen Markt für den Recyclingdünger zu schaffen. Denn, „die Erlöse werden ein entscheidender Faktor für die Wirtschaftlichkeit der Verfahren sein“, so Amann.
Rechtliche Rahmenbedingungen
Auf EU-Ebene wurden die rechtlichen Rahmenbedingungen für das Recycling von Phosphor aus Klärschlamm bereits geschaffen. Mit der erweiterten EU-Düngeprodukteverordnung sind neuartige Düngemittel aus Sekundärrohstoffen wie Klärschlamm auch für den Markt zugelassen, erklärt Amann. In Österreich ist die Wirtschaftlichkeit aber nach wie vor erschwert. Zum einen wegen der niedrigen Phosphorpreise und zum anderen wegen der fehlenden Infrastruktur für die Klärschlammaufbereitung. Eine gesetzliche Verpflichtung zumindest eines Teils der österreichischen Anlagen zur Rückgewinnung wäre deshalb eine Grundvoraussetzung für die Einführung der Kreislaufwirtschaft in der Phosphatindustrie. Um ein Zuviel an Monoverbrennungsanlagen zu vermeiden, sollten Bund und Bundesländer bei der Erarbeitung von überregionalen Verbrennungskonzepten mitwirken.
Gleichzeitig gelte es auch Kriterien für die Rückgewinnung festzulegen. Die Forscher empfehlen zum Beispiel eine mindestens 80 Prozent Phosphor aus der Klärschlammasche zurückzugewinnen, da dies mit den derzeit verfügbaren Technologien erreichbar ist. Außerdem sollten Schwermetalle zumindest teilweise aus der Asche entfernt werden, um deren Eintrag in die Landwirtschaft zu reduzieren.
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