Dünger aus Klärschlamm

Ab 2032 müssen große Kläran­la­gen Phos­phate aus dem Klärschlamm, bzw. der Asche zurück­gewin­nen – das besagt die neue Abfall- und Klärschlam­mverord­nung. Bish­erige Tech­nolo­gien dazu sind jedoch chemikalien- und kosten­in­ten­siv. Eine neue Tech­nolo­gie bietet nun eine wirtschaftliche und umwelt­fre­undliche Alter­na­tive. Fraun­hofer-Forscherin­nen und Forsch­er zeich­nen für die Auf­skalierung des Ver­fahrens verantwortlich.

Hob­bygärt­ner dürften es ken­nen: Ohne Düngemit­tel gedei­hen Blu­men, Kohlra­bi, Tomat­en und Co. nur mäßig. Land­wirte set­zen beim Dün­gen vor allem auf phos­phathaltige Prä­parate, schließlich ist Phos­phor ein ele­mentar­er Bestandteil allen Lebens und wird auch von Pflanzen drin­gend benötigt. Was die Liefer­kette von Phos­phor ange­ht, existiert jedoch ein Nadelöhr – 75 Prozent der Phos­phat­lager­stät­ten liegen in Marokko und der west­lichen Sahara. Wie kri­tisch das wer­den kann, zeigte sich in den Jahren 2008 und 2009: Durch Lief­er­eng­pässe und Speku­la­tio­nen an den Rohstoffmärk­ten stieg der Phos­pho­r­preis um 800 Prozent. Die Europäis­che Kom­mis­sion nahm Phos­phor daher in die Liste der 20 kri­tis­chen Rohstoffe auf. Auch die Bun­desregierung reagierte: Ab 2023 müssen Betreiber großer Kläran­la­gen ein Konzept vor­legen, wie der Phos­phor zurück­zugewin­nen ist. Zwar kann die Klärschlam­masche auch direkt auf die Felder aus­ge­bracht wer­den, allerd­ings kön­nen die Pflanzen den darin enthal­te­nen Phos­phor nicht in nen­nenswertem Maße ver­w­erten. Dazu kommt: Die Asche enthält auch Schad­stoffe wie Schw­er­met­alle, die nicht auf den Ack­er gelan­gen soll­ten. Zwar gibt es bere­its erste Ansätze, den Phos­phor über nass­chemis­che Ver­fahren aus der Klärschlam­masche zurück­zugewin­nen. Jedoch sind hier­für große Men­gen an Chemikalien nötig.

Phosphor rückgewinnen: Kostengünstig, pflanzenverfügbar und umweltschonend

Einen alter­na­tiv­en Ansatz ver­fol­gt die P‑bac Tech­nolo­gie, die Experten der Fir­ma Fritzmeier Umwelt­tech­nik GmbH & Co. KG entwick­elt und im Pro­jekt “Phos­pho­r­recy­cling — vom Rezyk­lat zum intel­li­gen­ten langzeitver­füg­baren Düngemit­tel – PRil” gemein­sam mit der Fraun­hofer-Ein­rich­tung für Wert­stof­fkreis­läufe und Ressourcenstrate­gie IWKS in Alzenau,und der ICL Fer­til­iz­ers Deutsch­land GmbH vom Labor­maßstab in den Tech­nikums­maßstab über­tra­gen haben. Das Pro­jekt wurde vom Bun­desmin­is­teri­um für Ernährung und Land­wirtschaft gefördert.

“Wir haben die Auf­skalierung des Ver­fahrens im Bere­ich der Prozess­wasser­rezyk­lierung sowie der Rest­stof­fver­w­er­tung, Wirtschaftlichkeits­be­tra­ch­tun­gen und Ana­lytik begleit­et”, erläutert Dr. Lars Zeggel, Pro­jek­tleit­er am Fraun­hofer IWKS. “Der Phos­phor, den wir über das neuar­tige Ver­fahren aus der Asche zurück­gewin­nen, hat eine Pflanzen­ver­füg­barkeit von 50 Prozent, bezo­gen auf einen wasser­lös­lichen Phos­phat­dünger. Zum Ver­gle­ich: Das Phos­phat in der reinen Klärschlam­masche ist nahezu gar nicht pflanzen­ver­füg­bar.” Zudem ist das enthal­tene Sub­strat weit­ge­hend schad­stoff­frei, die rel­e­van­ten Schad­stoffe kön­nen um mehr als 90 Prozent reduziert wer­den. Auch was die Kosten ange­ht, kann sich das Düngemit­tel aus recycel­tem Klärschlamm sehen lassen, wie eine Wirtschaftlichkeits­be­tra­ch­tung des Fraun­hofer IWKS ergab: Etwa zwei Euro pro Kilo­gramm kostet das so hergestellte Phos­phat, während der Preis bei der Her­stel­lung über nass­chemis­che Ver­fahren bei min­destens vier bis sechs Euro pro Kilo­gramm liegt. Zwar ist der Phos­phor aus recycel­ten Quellen bis­lang noch teur­er als der primäre Phos­phor aus Marokko, der bei 70 Cent pro Kilo­gramm P2O5 liegt. Doch enthält der primäre Phos­phor im Gegen­satz zum recycel­ten zunehmend Schad­stoffe wie Cad­mi­um und Uran.

Bakterien machen es möglich

Das Ver­fahren, mit dem der Phos­phor aus dem Klärschlamm zurück­ge­won­nen wird, hat die Fir­ma Fritzmeier entwick­elt. Der Clou: Statt Chemikalien wie Schwe­fel­säure zur Klärschlam­masche zu geben, über­lassen die Experten Bak­te­rien das Feld. Diese nehmen Kohlen­stoff­diox­id aus der Luft auf – schaf­fen somit also einen weit­eren Vorteil – und stellen unter Zugabe von ele­mentarem Schwe­fel selb­st Schwe­fel­säure her, mit dem sie den Phos­phor aus der Asche lösen. Andere Bak­te­rien nehmen den Phos­phor unter geschickt gewählten Lebens­be­din­gun­gen auf, reich­ern ihn an und geben ihn unter anderen Lebens­be­din­gun­gen wieder ab: Es fällt festes Eisen­phos­phat aus, das von der Lau­gungslö­sung abge­tren­nt wer­den kann.

Die Forsch­er des Fraun­hofer IWKS wid­me­ten sich unter anderem dem Prozess­wass­er. “Um ein Liter Klärschlam­masche zu rezyk­lieren, sind etwa zehn Liter Prozess­wass­er nötig”, sagt Zeggel. Nach der Abtren­nung des Phos­phats lässt es sich direkt für die erneute Ver­mehrung der Bak­te­rien ver­wen­den, und muss erst nach eini­gen Zyklen entsalzt wer­den. »Wir haben die Mem­bran­fil­tra­tion soweit anpassen kön­nen, dass wir 98 Prozent des einge­set­zten Sul­fats – also den Schwe­fel – aus dem Wass­er ent­fer­nen und let­z­tendlich 75 Prozent des Prozess­wassers im Kreis führen kön­nen«, fasst Zeggel zusam­men. Damit reduziert sich die Menge des zu entsor­gen­den Prozess­wassers erhe­blich und führt zu hohen Einsparun­gen an Energie. Das Ver­fahren ist somit nicht nur sehr umweltscho­nend, son­dern es fällt auch ein großer Kosten­fak­tor weg. Denn die Energie, die zum Ver­dampfen des Wassers aufgewen­det wer­den müsste, ist ein­er der größten Kos­ten­treiber. Mit der Mem­bran­fil­tra­tion kon­nte das Forscherteam die Betrieb­skosten erhe­blich senken. Das Gesamtver­fahren ist bere­its im Hun­dert-Liter-Maßstab einsatzbereit.