Neue Hoffnung für die Wiederverwertung von Phosphor aus Klärschlamm

 FOTO: Jeden Tag entfernt die erste Phosphorrückgewinnungsanlage in Dänemark das Phosphat „Struvit“, das die Leitungen verstopft, aus dem Abwasserstrom und macht daraus täglich 50 kg Trockendünger. „Das ist ganz neu für uns, dass wir mit dem, was wir produzieren, tatsächlich noch Geld verdienen können. Gleichzeitig sind unsere Betriebskosten geringer, wir brauchen weniger Energie und die Schlammmenge wird reduziert. Das klingt fast zu schön, um wahr zu sein“, schwärmt Claus Homann, Generaldirektor des Unternehmens.
Die Herausforderung Phosphor

Während die Lebensmittelversorgung der Welt sich einer unsicheren Zukunft gegenübersieht, entpuppt sich Schlamm als ungewöhnlicher Held.

Ein innovatives Rückgewinnungsverfahren in Dänemark ermöglicht jetzt, dass das für die Landwirtschaft wichtige Mineral Phosphor nun effizient aus Abwasser extrahiert werden kann. So können unverzichtbare Düngemittel produziert werden, die so rein sind, dass sie verwendet werden können, um Pflanzen für den menschlichen Verbrauch zu düngen.

Phosphor ist unentbehrlich für das menschliche Leben. Außerdem ist es eine endliche Ressource, für die es keinen bekannten Ersatzstoff gibt. Unser Körper enthält ca. 800 Gramm dieses Minerals. Nach Kalzium ist es das zweithäufigste Mineral in unserem Organismus. Phosphor ist in jeder Zelle enthalten und spielt eine zentrale Rolle für den menschlichen Stoffwechsel, unser Nervensystem und die Gesundheit der Knochen. Auch für Pflanzen ist es von entscheidender Bedeutung. Es hilft ihnen, andere Nährstoffe zu Bausteinen für das Wachstum umzuwandeln.

Etwa 90 Prozent des weltweit abgebauten Phosphors endet als wichtiger Bestandteil in Düngern. Bei einer Weltbevölkerungszahl, die sich bis 2050 auf die 9 Milliarden zubewegt, müssen wir geeignete Vorräte an mit Phosphor angereichertem Dünger sicherstellen, um Lebensmittel anzubauen.

Die genaue Menge der weltweiten Phosphorressourcen ist unklar. Das Thema wird von Experten seit Jahren heftig diskutiert. Manche argumentieren, dass die weltweiten Ressourcen in 50 bis 100 Jahren erschöpft sein werden und dass im Jahr 2030 die Produktionsspitze erreicht sein wird. Andere meinen, dass die Ressourcen noch mehrere hundert Jahre lang reichen werden. Die wissenschaftliche Behörde United States Geological Survey schätzte im Jahr 2012, dass die weltweiten Reserven an Phosphatgestein (Phosphat ist die anorganische Form von Phosphor) etwa 67 Milliarden Tonnen umfassen. Zum Vergleich: Die weltweite Minenproduktion 2012 lag bei 0.21 Milliarden Tonnen.

Genau wie die OPEC 75 Prozent der weltweiten Ölreserven kontrolliert, liegen 90 Prozent des abgebauten Phosphors weltweit in den Händen weniger Länder: Algerien, China, Jordanien, Marokko, Südafrika, Syrien und USA. Marokko, einschließlich der Westsahara, verfügt über größere Reserven als der Rest der Welt zusammen. Manche Teile der Welt, wie z. B. Westeuropa und Indien, sind völlig abhängig von Importen.

Phosphor und Abwasser

Während in der Landwirtschaft Phosphor benötigt wird, müssen die Betreiber von Abwasseraufbereitungsanlagen es entfernen. So wird die Eutrophierung von Süßwassersystemen vermieden. Zu viele Nährstoffe in einem Gewässer können zu übermäßigem Pflanzenwachstum führen – insbesondere von Algen. Dadurch verbrauchen die produzierten Bakterien fast den gesamten Sauerstoff im Wasser und ersticken so Fische und andere Wasserlebewesen.

Der Beseitigungsprozess wirft ganz eigene Probleme auf. Phosphate – Salze, die Phosphor enthalten – bilden zusammen mit Magnesium und Ammonium das Mineral Struvit, eine Substanz, die Rohrleitungen, Pumpen und andere Geräte verstopft. Dies führt zu Produktionsstörungen und erhöht die Wartungskosten.

Im Jahr 2011 hat Aarhus Water Ltd, ein kommunales Eigenunternehmen mit Sitz in Aarhus, Dänemark, damit begonnen, sich darum zu bemühen, dieses Problem mithilfe des Pumpenherstellers Grundfos und des technischen Beratungsunternehmens Norconsult zu lösen. Die Lösung, die sie entdeckten, war überraschend und lohnend – die Rückgewinnung von Phosphor und Stickstoff aus Abwasser durch das Verwenden eines separaten Reaktors. Der Reaktor war erforderlich, weil die Konzentration von Phosphor und Stickstoff im Hauptabwasserstrom niedrig ist. Um sie zu erhöhen,

wird ein Nebenstrom des Abwassers durch den Reaktor geleitet und Magnesiumsalz hinzugefügt. Durch das Verfahren der Präzipitation wird der Phosphor verfeinert; Schwermetalle und umweltschädliche Substanzen werden abgesondert. Das Ergebnis ist ein Granulat, das Phosphor, Stickstoff und Magnesium enthält – hervorragend geeignet zur Verwendung als Dünger.

FOTO: Claus Homann, Generaldirektor von Aarhus Water, erklärt, wie die Reaktoren 50 kg hochwertigen Dünger am Tag erzeugen.

Diese Technologie wird in der ersten Phosphorrückgewinnungsanlage in Dänemark angewandt, die von Aarhus Water im November 2013 in Aaby eingeweiht wurde. Der Betrieb produziert etwa 50 Kilogramm Phosphor am Tag.

„Das ist ganz neu für uns, dass wir mit dem, was wir produzieren, tatsächlich noch Geld verdienen können“, sagt Claus Homann, Generaldirektor von Aarhus Water. „Gleichzeitig sind unsere Betriebskosten geringer, wir brauchen weniger Energie und die Schlammmenge wird reduziert. Das klingt fast zu schön, um wahr zu sein.“

Kommerziell rentable Rückgewinnung

Die Technologie für die Rückgewinnung von Phosphor gibt es schon seit den 1980er Jahren, aber sie ist nicht patentiert, erklärt Per Krøyer Kristensen, Business Development Manager bei Grundfos. „Doch nun ist es kommerziell rentabel, Rückgewinnungsanlagen zu bauen“, sagt er. „Der Phosphorpreis ist gestiegen und auf der ganzen Welt gibt es eine grundsätzliche Ausrichtung auf Energieeffizienz und die Wiederverwendung von Nährstoffen.“

Für das Aarhus-Projekt hat Grundfos sieben SEV-Abwasserpumpen , sechs digitale Dosierpumpen vom Typ DME 375 und eine Mischeinheit Type KD für Magnesiumchlorid geliefert.

Die Phosphor-Nachfrage in Dänemark für den Pflanzenanbau erfordert bislang Importe in Höhe von 11,000 Tonnen Phosphor. Doch Kristensen ist der Meinung, dass Rückgewinnungsanlagen das ändern können. „Wenn bei den 50 größten Wasseraufbereitungsanlagen ähnliche Rückgewinnungsanlagen gebaut würden, könnten wir 3,000 Tonnen reinen Phosphordüngers im Jahr produzieren. Das wären mehr als 25 Prozent des Imports des Landes“, erklärt er.

Die Absonderung von Phosphor aus dem Abwasserschlamm hat noch einen weiteren Vorteil. Der Schlamm wird in der Regel an Landwirte verteilt, die ihn auf ihren Feldern streuen. Aber der Schlamm ist unhygienisch und möglicherweise schädlich für bestimmte Getreidesorten. Außerdem kann er nur auf Feldern verwendet werden, auf denen Futterpflanzen für Tiere angebaut werden.
Des Weiteren bindet sich Phosphor aus Abwasserschlamm an Eisen und Aluminiumsalze, was den Pflanzen die Phosphoraufnahme erschwert.

Die neue Rückgewinnungsanlage bedeutet für Aarhus Water ein gutes Geschäft. Geringere Betriebskosten, zusammen mit dem Verkauf von Düngemitteln, führen dazu, dass sich die Investition in weniger als sieben Jahren auszahlt. Kristensen erklärt, dass das auch für Grundfos und Norconsult, die zusammen die Rechte an dem Konzept besitzen, ein gutes Geschäft ist.

„Die zweite Anlage wird bereits gebaut, dieses Mal für Herning Water, ein weiteres kommunales Eigenunternehmen. Zudem sind wir dabei, neue Partnerschaften für den Verkauf im restlichen Europa aufzubauen“, kündigt er an.

Klicken Sie hier für weitere Informationen über die Abwasserbehandlung von Grundfos.

FOTO: Die ehemalige dänische Umweltministerin Ida Auken eröffnet die Phosphor-Rückgewinnungsanlage in Aarhus, Dänemark, im November 2013.

Über Aarhus Water

Aarhus Water ist zuständig für Regenwasser, die Erzeugung und Verteilung von Trinkwasser, den Transport und die Behandlung von Abwasser, die Entleerung privater Sammelbehälter und die Sicherstellung eines ausgeglichenen und gesunden Wasserkreislaufes. Das Unternehmen behandelt mehr als 30 Millionen m3 Abwasser im Jahr.





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