Rückgewinnung von Phosphor aus Abfällen
Phosphor ist ein limitierter und endlicher Rohstoff, der für alle Lebewesen von essentieller Bedeutung ist. Als Bestandteil der Nahrungskette und von biologischen Prozessen wie zum Beispiel Photosynthese, Energiestoffwechsel oder dem Aufbau von DNA/RNA ist Phosphor durch nichts zu ersetzen.
Die Verfügbarkeit der Phosphor-Vorkommen ist begrenzt und die abbauwürdigen Phosphate sind zudem immer stärker mit Schadstoffen wie Schwermetallen verunreinigt. Die Problematik der Verfügbarkeit von Phosphor verstärkt sich nicht nur durch die Tatsache, dass Deutschland und die EU zu über 90% von Importen abhängig sind, sondern auch weil die Abbauvorkommen auf wenige, z.T. politisch instabile Länder begrenzt sind. Die Europäische Kommission hat deshalb 2014 Phosphatgestein in die Liste kritischer Rohstoffe aufgenommen. Danach werden solche Rohstoffe als ‚kritisch‘ bezeichnet, deren Vorkommen auf wenige Staaten beschränkt und welche schwer zu substituieren sind, die eine geringe Recyclingquote aufweisen sowie eine hohe wirtschaftliche Bedeutung haben.
Nicht nur der Abbau von Phosphatgestein ist mit negativen Umweltauswirkungen verbunden. Die Nutzung von Phosphat durch die Lebensmittelproduktion führt durch Überdüngung und Abschwemmen sowie Einleitung in die Gewässer und Meere weltweit zu erheblichen Problemen der Ökosysteme.
Es ist daher notwendig, Stoffkreisläufe zu schließen und Phosphor aus verschiedenen Sekundärrohstoffen zurückzugewinnen. Dadurch werden die natürlichen Ressourcen geschont und die Abhängigkeit von den wenigen Exportländern minimiert. Vor diesem Hintergrund wurden die Aktivitäten zur Verfahrensentwicklung und Etablierung der Phosphorrückgewinnung in den letzten Jahren verstärkt. Nicht zuletzt wurden landesweite und nationale Vorgaben zur Rückgewinnung von Phosphor entwickelt.
* 2006 und 2009 liegen keine Daten vor, in der Darstellung wurde daher mit Schätzwerten gearbeitet
Durch eine bodenbezogene Verwertung kann der Phosphoranteil in den Klärschlämmen im Kreislauf genutzt werden. Aus grundsätzlichen Überlegungen aufgrund von Schadstoffbetrachtungen ist der Anteil durch Verbrennung entsorgter Klärschlämme von 30 auf 50% gestiegen. Die Abbildung zeigt die zeitliche Entwicklung der Entsorgungswege hessischer Klärschlämme in den Jahren 2003 bis 2014.
Von rund 80.000 t verbrannten Klärschlämmen entfällt fast die Hälfte auf die Stadt Frankfurt, die eine eigene Monoverbrennungsanlage betreibt (SEVA). Die Verschärfungen der gesetzlichen Anforderungen durch die Düngemittelverordnung werden zu einem weiteren Anstieg der thermisch zu entsorgenden Klärschlammmengen führen. Damit sind der Schadstoff- und der Nährstoffkreislauf entkoppelt. Um die Ressourcen aus dem Klärschlamm nutzen zu können, ist die Phosphatrückgewinnung dringend geboten.
Diese skizierte Entwicklung wurde von dem vorliegenden Referentenentwurf zur Novellierung der Klärschlammverordnung aufgenommen. Nach einer Übergangszeit (bislang ist der 1. Januar 2025 vorgesehen) wird die Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm oder Klärschlammasche zur Pflicht werden. Von der Pflicht zur Phosphorrückgewinnung ausgenommen sind Betreiber von kleinen Abwasserbehandlungsanlagen der Größenklasse 1 bis 3 verbunden mit einer dauerhaften Unterschreitung eines Phosphorgehaltes von 20 g/kg Trockenmasse im Klärschlamm.
In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von Verfahren zur P-Rückgewinnung aus dem Abwasser, dem Klärschlamm und der Klärschlammasche entwickelt. In verschiedenen Forschungsverbundvorhaben wurde die ökologische und wirtschaftliche Bewertung der verschiedenen Verfahren vorgenommen. Wesentlich sind dabei die technische Ausgestaltung, die Produkteigenschaften (Pflanzenverfügbarkeit des erzielten Düngers), das Rückgewinnungspotential und die ökologische Bewertung.
Im Herbst 2015 wurde deshalb der Auftrag für ein Gutachten „Phosphorrückgewinnung aus Abwasser, Klärschlamm und Klärschlammasche in Hessen“ an die RWTH Aachen vergeben. Ziel des Gutachtens ist die Identifikation der von der Novellierung der Klärschlammverordnung betroffenen Kläranlagen, sowie die Darstellung möglicher Phosphor-Rückgewinnungsverfahren und mögliche Szenarien zur Umsetzung der Phosphorrückgewinnung in Hessen.
Ressourcenschonung und Kreislaufführung wichtiger Rohstoffe sind heute, insbesondere vor dem Hintergrund der steigenden Bevölkerungszahl, von größter Bedeutung. So verhält es sich auch bei dem lebenswichtigen, aber limitiertem Nährstoff Phosphor, der v.a. in der Düngemittel- und Lebensmittelindustrie eingesetzt wird. In der Abfallwirtschaft fallen verschiedene Stoffströme mit zum Teil erheblichen Potentialen an, die teilweise ungenutzt dem Kreislauf verloren gehen.
In Zusammenarbeit mit dem Hessischen Landesamt für Umwelt und Geologie (HLUG) wurde eine Masterarbeit angefertigt, die das Ziel verfolgt, speziell für Hessen das vorhandene Phosphor-Potential in verschiedenen Stoffströmen wie tierische Nebenprodukte, Bioabfälle, Abwasser, Klärschlamm und Klärschlammasche zu untersuchen und den aktuellen Stand der Maßnahmen zur Wertschöpfung bzw. Rückgewinnung von Phosphor aufzuzeigen. Für die Datenerhebung werden u.a. Befragungen von Betrieben, Kläranlagen und Klärschlammmonoverbrennungsanlagen durchgeführt.
Durch die Novellierung der Klärschlammverordnung 2017 ist es zukünftig vorgeschrieben, Phosphor aus Klärschlamm oder Klärschlammasche zurückzugewinnen. Die rechtlichen Vorgaben zur thermischen Entsorgung der Klärschlämme sind auch Folge eingeschränkter Ausbringungsmöglichkeiten der Klärschlämme in der Landwirtschaft in Folge von Nährstoffrestriktionen für landwirtschaftlicher Böden und der Schadstoffbelastung der Klärschlämme. Durch die Rückgewinnung des Phosphors kann dieser essentielle Pflanzennährstoff in die Landwirtschaft zurückgeführt werden.
In den letzten Jahren wurde eine Vielzahl von Phosphor-Rückgewinnungsverfahren entwickelt, wobei jedes Verfahren eigene Spezifika aufweist. In Kooperation mit dem Hessischen Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) wurde eine Bachelorarbeit zum Thema – Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm – angefertigt. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt im Vergleich verschiedener P-Rückgewinnungsverfahren im Hinblick auf drei ausgewählte Hauptkriterien. Der Entwicklungsstand des Verfahrens, die Rückgewinnungsquote des Phosphors sowie die Pflanzenverfügbarkeit der Endprodukte wurden vertiefend im Vergleich betrachtet und zusammengefasst. Vor dem Hintergrund des Ressourcenschutzes und einer dauerhaften Kreislaufwirtschaft sind dabei eine hohe Phosphorrückgewinnungsrate und die Produktion eines schadstoffarmen und pflanzenverfügbaren Düngemittels wichtige Kriterien.
Die Arbeiten sollen vor allem eine Übersicht zu den Potentialen, Verfahren und Anwendungsgrenzen vermitteln und der Unterstützung der Entscheidungsträger bzw. Kläranlagenbetreiber bei der Auswahl eines P-Rückgewinnungsverfahrens für die eigene Anlage dienen.
Bachelor Arbeit zum Thema Phosphorrückgewinnung aus Abwasser, Klärschlamm und Klärschlammasche
Master Arbeit zum Thema Ressourcenschutz in der hessischen Abfallwirtschaft - am Beispiel von Phosphor
Phosphor ist ein limitierter und endlicher Rohstoff, der für alle Lebewesen von essentieller Bedeutung ist. Als Bestandteil der Nahrungskette und von biologischen Prozessen wie zum Beispiel Photosynthese, Energiestoffwechsel oder dem Aufbau von DNA/RNA ist Phosphor durch nichts zu ersetzen. Deutschland besitzt selbst kein abbauwürdiges Phosphat und ist von Importen abhängig. Die abbauwürdigen Phosphate sind jedoch immer stärker mit Schadstoffen wie Schwermetallen verunreinigt und die Ressourcen sind zunehmend erschöpft. Es ist daher notwendig, Phosphor aus verschiedenen Sekundärrohstoffen zurückzugewinnen und so Stoffkreisläufe zu schließen. Dadurch werden die natürlichen Ressourcen geschont und die Abhängigkeit von den wenigen Exportländern minimiert.
In Zusammenarbeit der Hochschule RheinMain mit dem Hessischen Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (HLNUG) wurde eine Bachelorarbeit mit dem Ziel erstellt, das Phosphorpotential in Biomasseverbrennungsaschen zu ermitteln und den aktuellen Stand der Entsorgungswege der Biomasseverbrennungsaschen darzustellen. Hierzu wurden Betreiber von Biomasseverbrennungsanlagen befragt und die Phosphorgehalte verschiedener Biomasseverbrennungsaschen im Labor ermittelt.
Aufbauend auf eine vorangegangene Masterarbeit wurde schließlich das gesamte Phosphorpotential der hessischen phosphorhaltigen Abfallströme erfasst.
Bachelor Arbeit zum Thema Rückgewinnung von Phosphor aus der Asche von Biomasseverbrennungsanlagen
Die Ergebnisse des Gutachtens sowie weitere damit zusammenhängende Themenbereiche wurden auf dem Symposium „Ressourcenschutz in Hessen – Auf dem Weg zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm“ am 15. Juni 2016 im Landeshaus in Wiesbaden vorgestellt.
Grußwort von Frau Ministerin Priska Hinz
Phosphorrückgewinnung im Rahmen der hessischen Ressourcenschutz-Strategie
Maria Ertl, Holger Diehl
Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz
Auswirkungen
- der novellierten Klärschlammverordnung auf die Phosphorrückgewinnung und die bodenbezogene Klärschlammverwertung
Dr. Claus-Gerhard Bergs
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit - des novellierten Düngerechts auf die Zukunft der landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm
Dr. Jörg Hüther
Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz
Vorstellung der Ergebnisse des Gutachtens zu Möglichkeiten einer Phosphorrückgewinnung in Hessen
Dr. David Montag, Daniel Bastian, Prof. Dr. Johannes Pinnekamp
RWTH Aachen
Impulsvorträge zu verschiedenen Phosphorrückgewinnungsverfahren:
- PEARL (aus Abwasser)
Dr. Marianne Buchmüller, Eliquo Stulz GmbH - Budenheim (aus Klärschlamm)
Dr. Rainer Schnee, Chemische Fabrik Budenheim KG, Mainz - TerraNova Ultra (aus Klärschlamm)
Marc Buttmann, TerraNovaEnergy GmbH - PASCH (aus Klärschlammasche)
Carsten Dittrich, MEAB chemische Technik GmbH - ASH DEC (aus Klärschlammasche)
Ludwig Hermann, Outotec GmbH & Co.KG
Pflanzenverfügbarkeit von Phosphor (aus Klärschlammaschen)
Prof. Dr. Heiner Goldbach, Universität Bonn
Umsetzung der novellierten Klärschlammverordnung aus kommunaler Sicht
- Dr. Thomas Rätz, Deutscher Städte- und Gemeindebund
- Ernst Appel, Verband kommunaler Unternehmen e.V. Hessen
Förderungsmöglichkeiten aus hessischer Abwasserabgabe und EU-Mitteln (EFRE)
Andreas Gräfe
Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz
Wie geht es weiter?
Das Umweltministerium wird in den kommenden Monaten mit diesen Vorschlägen in einen intensiven Dialog mit den Betreibern von Kläranlagen, Klärschlammverbrennungs- und Klärschlammrückgewinnungsanlagen treten. Ziel ist es, gemeinsam gute regionalbezogene Lösungen zu finden und die anfallenden Klärschlämme als Rohstoffquelle für Phosphor zu etablieren.
Zukunft gemeinsam gestalten
Dr. Stephan von Keitz / Mustafa Dönmez
Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz