Mit dem P-bac-Verfahren lassen sich Phosphate aus Klärschlammaschen, Schlacken und kontaminierten Böden zurückgewinnen.

Bild: Fritzmeier

Umweltfreundliche Düngerproduktion Bakterien recyceln Phosphate aus Klärschlamm

03.01.2020

Ab 2032 müssen große Kläranlagen Phosphate aus Klärschlammasche 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.

Phosphor ist ein elementarer Bestandteil allen Lebens und wird auch von Pflanzen dringend benötigt. Landwirte setzen deshalb beim Düngen vor allem auf phosphathaltige Präparate, und auch Hobbygärtnern dürfte der Begriff nicht fremd sein.

Was die Lieferkette von Phosphor angeht, existiert jedoch ein Nadelöhr. 75 Prozent der Phosphat-Lagerstätten 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.

Zwar ließe sich die Klärschlammasche auch direkt auf die Felder ausbringen, allerdings können die Pflanzen den darin enthaltenen Phosphor nicht in nennenswertem Maße verwerten. Hinzu kommt, dass die Asche Schadstoffe wie Schwermetalle enthält, die nicht auf den Acker gelangen sollten.

Phosphat-Rückgewinnung: kostengünstig und umweltschonend

Es gibt bereits erste Ansätze, Phosphor über nasschemische Verfahren aus der Klärschlammasche zurückzugewinnen. Jedoch sind hierfür große Mengen an Chemikalien nötig.

Eine Alternative hat die Firma Fritzmeier Umwelttechnik mit dem P-bac-Verfahren entwickelt, das im Projekt PRil gemeinsam mit der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS und ICL Fertilizers vom Labormaßstab in den Technikumsmaßstab übertragen worden ist.

„Der Phosphor, den wir über das neuartige Verfahren aus der Asche zurückgewinnen, hat eine Pflanzenverfügbarkeit von 50 Prozent, bezogen auf einen wasserlöslichen Phosphatdünger“, sagt Dr. Lars Zeggel, Projektleiter am Fraunhofer IWKS. „Zum Vergleich: Das Phosphat in der reinen Klärschlammasche ist nahezu gar nicht pflanzenverfügbar.“

Zudem ist das enthaltene Substrat weitgehend schadstofffrei, die relevanten Schadstoffe sollen sich um mehr als 90 Prozent reduzieren lassen. 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. Bei nasschemischen Verfahren hingegen liegt er bei mindestens vier bis sechs Euro pro Kilogramm.

Zwar ist der Phosphor aus recycelten Quellen bislang noch teurer als der primäre Phosphor aus Marokko, der bei 70 Cent pro Kilogramm P2O5 liegt. Der primäre Phosphor enthält im Gegensatz zum recycelten aber zunehmend Schadstoffe wie Cadmium und Uran.

Bakterien machen es möglich

Der Clou des von Fritzmeier entwickelten P-bac-Verfahrens: Statt Chemikalien wie Schwefelsäure zur Klärschlammasche zu geben, übernehmen Bakterien die Arbeit. Sie absorbieren Kohlenstoffdioxid aus der Luft 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 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 einen Liter Klärschlammasche zu rezyklieren, sind laut Zeggel etwa 10 l Prozesswasser nötig. 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 so weit 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.

Beim Verfahren fällt somit auch ein großer Kostenfaktor weg – nämlich die Energie, die zum Verdampfen des Wassers aufgewendet werden müsste. Mit der Membranfiltration konnte das Forscherteam die Betriebskosten erheblich senken. Das Gesamtverfahren ist bereits im 100-l-Maßstab einsatzbereit.

Bildergalerie

  • Recyceltes Phosphat aus Klärschlammasche

    Bild: Fraunhofer IWKS

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