Phosphor wird nicht nur als Düngemittel in der Landwirtschaft eingesetzt, sondern dient auch als Lebensmittelzusatz, Waschmittel oder Flammschutzmaterial. Der europäische Phosphat-Markt ist bisher fast vollständig von Importen abhängig. Um Importe zu reduzieren und das lebenswichtige Element Phosphor nicht inertisiert in Deponien oder Baustoffen (wie Zement) zu verlieren, muss Phosphor aus Abfallströmen wie Klärschlamm, Gärresten oder Gülle zurückgewonnen werden. Das ZSW arbeitet an ganzheitlichen Kreislaufansätzen zur verbesserten Nährstoffrückgewinnung, um eine nachhaltige und effiziente Kreislaufwirtschaft mit hochwertigen Phosphor-Rezyklaten zu erreichen.
Ein innovativer Ansatz beruht auf der Wirbelschichtverbrennung von Klärschlamm mit optimierten Reaktionsbedingungen kombiniert mit der optionalen Zugabe von verschiedenen Alkali- und Erdalkali-Additiven. Ziele sind die Reduktion pathogener Schadstoffe (Keime, Mikroplastik, Schwermetalle) und Erhöhung der Pflanzenverfügbarkeit in den Phosphor-Rezyklaten. Bei optimaler Ausgestaltung des Prozesses entsteht durch die Erzeugung von regenerative Energie ein zusätzlicher Nutzen.
Langfristig wird die Phosphor (P) -Rückgewinnung aus P-reichen Abwässern / Reststoffströmen (z.B. Klärschlamm) für die globale Ernährungssicherheit unverzichtbar sein. In naher Zukunft werden sich die möglichen Entsorgungswege für Klärschlamm deutlich verändern:
a) aufgrund der Anforderungen der novellierten Klärschlammverordnung (AbfKlärV vom 27.09.2017)
b) aufgrund des Ausstiegs aus der Kohlekraft (Wegfall von Mitverbrennungskapazitäten) sowie
c) aufgrund des bei der landwirtschaftlichen Klärschlammausbringung problematischen Eintrags an Nitrat, organischen und/oder pathogenen Schadstoffen in die Umwelt.
Das Problem der Klärschlamm (KS)-Entsorgung wird sowohl national als auch international rasant wachsen.
Als Lösungsweg wird aktuell ein Trend zur thermischen Entsorgung von Klärschlamm in zentralen Monoverbrennungsanlagen beobachtet. Besonders vielversprechend erscheint die Errichtung einer Mono-Klärschlamm-Verbrennungsanlage neben einem Müllheizkraftwerk, da hier Synergien bei der Logistik, KWK-Erzeugung, Rauchgasreinigung und schließlich auch beim Anlagenpersonal sinnvoll genutzt werden können. Dies reduziert Aufwand und Kosten.
Wie dabei die Phosphor-Rückgewinnungspflicht gemäß Klärschlammverordnung erfüllt werden soll, scheint in den meisten Fällen noch offen zu sein. Grundsätzlich ermöglicht eine Monoverbrennung von Klärschlamm die P‑Rückgewinnung aus der Asche. Trotz der zahlreichen Prozesse, die im Entwicklungs- oder Pilotstadium sind, hat sich hierfür noch kein Verfahren als zielführend erwiesen. Alle bewegen sich im Spannungsfeld zwischen Machbarkeit, Effektivität, Wirtschaftlichkeit und Umweltauswirkungen.
Zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung entwickelt das ZSW ein neues Verfahren zur Klärschlammverbrennung im Wirbelschichtprozess. Ziel ist, die Eigenschaften der Asche für eine anschließende Nutzung zu optimieren. Im Fokus hierbei steht die Pflanzenverfügbarkeit der P-reichen Asche für deren Einsatz in der Landwirtschaft, um den Phosphor-Kreislauf zu schließen.
Hierfür wurden unter realitätsnahen Bedingungen Klärschlämme unter Zugabe von Kalzium-haltigen Additiven verbrannt. Dabei wurde Asche konstanter Produktqualität erzeugt, die sich durch einen hohen Phosphor-Gehalt bis 10 m.% auszeichnete. Durch begleitende theoretische und experimentelle Untersuchungen im Rahmen der personenbezogenen EU-Förderung ReCaPhos werden günstige Verbrennungsbedingungen und Klärschlammeigenschaften identifiziert und der Prozess grundlegend analysiert. Auf dieser Basis erfolgt die Übertragung in den Wirbelschichtprozess, wofür ein 10 kW Laborwirbelreaktor mit Hochtemperatur-Ascheabtrennung und umfangreicher Messtechnik zur Verfügung steht.