Phosphor-Recycling

Phosphor (P) ist ein essentielles Element und für alle Lebensvorgänge unentbehrlich. Neben Stickstoff ist Phosphor das wichtigste Nährstoffelement des Ökosystems. Phosphor ist außerdem nicht substituierbar. Da der Bedarf an Düngern weltweit zunimmt und die unter den Gesichtspunkten Wirtschaftlichkeit und Schadstoffarmut abbauwürdigen Phosphatlagerstätten begrenzt sind, kommt der Rückgewinnung des Phosphors aus dem Abwasser bzw. Klärschlamm besondere Bedeutung zu.

Grundsätzlich lässt sich Phosphor aus dem Abwasser, aus Klärschlamm, aus Prozesswässern der Schlammbehandlung sowie aus Klärschlammaschen zurückgewinnen. Hierzu gibt es eine Reihe von technischen Verfahren, die sich großteils noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium befinden und sich wegen der hohen Kosten bisher am Markt nicht durchsetzen konnten. Aufgrund der stark gestiegenen Preise für Phosphaterze ist jedoch davon auszugehen, dass sich die Entwicklung der Recyclingverfahren beschleunigen wird und die Verfahren zunehmend wirtschaftlich konkurrenzfähig werden. Am aussichtsreichsten sind Verfahren, die auf der Phosphorrückgewinnung aus Schlammwässern und Aschen basieren. Eine Zusammenstellung und kurze Beschreibung von ausgewählten Verfahrensentwicklungen findet sich in der Broschüre des LfU "Klärschlammentsorgung in Bayern - Planungshilfe für Kommunen"(siehe u. g. Link; S. 48 ff.). Weitergehende Informationen zum aktuellen Stand enthält das UmweltSpezial des LfU "Rückholbarkeit von Phosphor aus kommunalen Klärschlämmen" (siehe u.g. Link; Kapitel 5, S. 27. ff).

Der bayerische kommunale Klärschlamm enthält im Mittel ca. 3,1% Phosphor in der Trockenmasse (TM). Bei einer anfallenden Klärschlammmenge von ca. 265.000 t TM/a (2014) ergibt sich hiermit eine Phosphormenge von ca. 8.200 t P/Jahr im Klärschlamm. Diese Menge liegt deutlich über den Phosphormengen, die in tierischen Nebenprodukten (Tiermehl und Fleischknochenmehl) sowie in den derzeit in Bayern gesammelten und einer Verwertung zugeführten Bioabfällen und Grünabfällen enthalten sind. Zum Vergleich: Über Mineraldünger wurden den bayerischen Böden im Wirtschaftsjahr 2010/2011 (Juli – Juni) ca. 20.000 t P zugeführt (vgl. Abb. 1).

Klärbecken einer Kläranlage
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Abbildung 1: Phosphormengen in verschiedenen Abfällen und Reststoffen Bayerns im Vergleich mit der Phosphorzufuhr durch Mineraldünger auf die bayerischen Böden (WJ = landwirtschaftliches Wirtschaftsjahr)

Die größte Rolle unter den phosphorhaltigen Düngemitteln spielen die Wirtschaftsdünger (insbesondere Gülle). Über sie gelangt mehr als die Hälfte der gesamten Phosphorzufuhr auf die landwirtschaftlich genutzten Flächen Deutschlands. In viehreichen Regionen führt dies auch zu überversorgten Böden.

Zu den in Abb. 1 dargestellten Phosphormengen in den verschiedenen Abfällen und Reststoffen ist anzumerken, dass Bioabfälle und Grüngut nahezu vollständig als Düngemittel oder Bodenverbesserungsmittel verwertet werden und daher für eine Phosphor-Rückgewinnung nicht zur Verfügung stehen. Auch bei den tierischen Nebenprodukten findet zu einem bedeutenden Anteil eine Nutzung des Phosphors bei ihrer Verwendung als Heimtierfutter oder Düngemittel statt (Kategorie-3-Materialien: Fleischknochenmehle). Biomasseaschen werden ebenfalls bereits z.T. als Düngemittel verwertet. Die Potenziale zur Substitution von Phosphor-Mineraldüngern durch sekundäre Phosphorquellen sind daher deutlich geringer als die in Abb. 1 dargestellten Mengen und werden von Klärschlamm und Tiermehl der Kategorie 1 dominiert. Dieses Tiermehl wird derzeit in Zementwerken mitverbrannt, wobei der enthaltene Phosphor in den Zement eingebunden und damit nicht als Dünger genutzt wird. Auch der bayerische Klärschlamm wird derzeit in erheblichem Umfang in Kohlekraftwerken, Müllheizkraftwerken oder Zementwerken mitverbrannt (vgl. die o. a. Unterseite"„Thermische Behandlung"). Aufgrund des geringen Klärschlammanteils ist die Phosphor-Konzentration in den Mitverbrennungsaschen zu gering, um mit vertretbarem Aufwand herausgelöst zu werden. Durch eine Phosphor-Rückgewinnung aus den Schlammwässern oder dem Klärschlamm vor der Mitverbrennung könnte zumindest ein Teil des enthaltenen Phosphors als Düngemittel genutzt werden. Ein erhebliches Substitutionspotenzial für Phosphor-Mineraldünger (bis ca. 50%) könnte durch eine weitgehende Monoverbrennung des bayerischen Klärschlamms - ggf. zusammen mit Tiermehl der Kategorie 1 - und eine anschließende Phosphor-Rückgewinnung aus den Aschen erschlossen werden.

Auf der Kläranlage Neuburg a.d.D. wurde im Jahr 2011 ein Pilotprojekt zur Rückgewinnung von Phosphor aus Schlammwässern nach dem P-RoC®-Verfahren gestartet. Auf mehreren anderen bayerischen Kläranlagen gibt es Planungen zur Phosphor-Rückgewinnung. Eine in Bayern geplante großtechnische Anlage zum thermochemischen Phosphor-Recycling aus Klärschlammaschen wird auf absehbare Zeit nicht realisiert werden, da die hierfür vorgesehenen Aschen derzeit nach den Vorgaben der Düngemittelverordnung (DüMV) direkt als Dünger in der Landwirtschaft verwertet werden.

Die Länder Bayern und Baden-Württemberg haben im Jahr 2008 eine Bund-Länder-Strategie zum Phosphor-Recycling initiiert und zusammen mit dem Bund sowie den Ländern Berlin, Nordrhein-Westfalen und Rheinland-Pfalz der Umweltministerkonferenz (UMK) einen ersten Bericht vorgelegt. Die UMK hat daraufhin die Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) beauftragt, verschiedene Handlungsoptionen zum Phosphor-Recycling (z.B. Rückgewinnungsgebot, Rückgewinnungsquote, Beimischungsquote, Verdünnungsverbot) sowie den Entwicklungsstand von Rückgewinnungsverfahren und deren Produkte zu bewerten. Der LAGA-Arbeitskreis "Bewertung von Handlungsoptionen zur nachhaltigen Nutzung sekundärer Phosphorreserven" hat Anfang 2012 die Ergebnisse seiner Prüfung in einem Bericht veröffentlicht (siehe u.g. Link). Einige Schlussfolgerungen des Berichts lauten wie folgt:

  • Die Etablierung und Weiterentwicklung geeigneter Phosphor-Rückgewinnungsverfahren sind notwendig und weiter zu fördern.
  • Es gibt bereits positive Betriebserfahrungen für Phosphor-Rückgewinnungsverfahren, die zur Übernahme in den Regelbetrieb von bestimmten Abwasserbehandlungsanlagen geeignet sind.
  • Das Phosphor-Potenzial im Tiermehl der Kat. 1 sollte genutzt werden.
  • Die derzeit vorliegende Datenbasis ist nicht ausreichend, um fundierte Aussagen zur Düngewirkung und Auswirkung auf Umweltmedien von Phosphor-Recyclingprodukten zu treffen. Weitere Untersuchungen sind notwendig, insbesondere Freilandversuche.
  • Ein Verdünnungsverbot für Matrices mit Phosphor-Gehalten über 2 % wird empfohlen.
  • Rückgewinnungsgebote sind grundsätzlich sinnvoll, allerdings müssen sie mit Rückgewinnungsquoten verknüpft sein, für deren Festlegung es noch zu früh ist.

In dem Referentenentwurf zur Novellierung der AbfKlärVAbfKlärV vom August 2015 war das Phosphorrecycling ein wesentlicher Eckpunkt. Zukünftig könnten hier sowohl Klärschlämme als auch Klärschlammaschen betroffen sein. Eine Mitverbrennung von Klärschlamm z.B. in Kohlekraftwerken wäre danach nur in ganz speziellen Fällen möglich, um die Phosphorrückgewinnung nicht zu verhindern.

Auch auf der IFAT ENTSORGA in München war das Phosphor-Recycling sowohl 2012 als auch 2014 ein wichtiges Thema. U.a. veranstaltete das StMUV hier das Forum "Phosphor-Recycling national und international - Politische und technologische Entwicklungen nachhaltiger Phosphorbewirtschaftung" mit Vorträgen und einer Podiumsdiskussion.

Das (StMUV) hatte außerdem das Fraunhofer-Institut UMSICHT - Institutsteil Sulzbach-Rosenberg mit der Erstellung einer "Initialstudie Phosphor-Strategie für Bayern - Erarbeitung von Entscheidungsgrundlagen und Empfehlungen" beauftragt. Neben der Ermittlung der Phosphor-Potenziale in Bayern (Abwasser, Klärschlamm, Tiermehl, Bioabfall, usw.) wurden ein Phosphor-Stoffflussdiagramm und Modellszenarien für eine bayernweite Phosphor-Rückgewinnung entwickelt. Darüber hinaus wurden Handlungsempfehlungen für eine zukünftige Phosphor-Rückgewinnung und ein Phosphor-Management erarbeitet. Die Studie soll als Grundlage für eine bayerische Phosphorstrategie dienen und kann unter dem u.g. Link von der Homepage des StMUV herunter geladen werden.

Stand: März 2016