Der größte Teil der Phosphor-Vorkommen der Welt liegt in fünf Ländern – die meisten davon in Afrika. Da der Abbau aber oft mit Umweltverschmutzung und hohem Energieeinsatz einhergeht, will die Bundesregierung die Rückgewinnung aus Klärschlamm hierzulande fördern. Mit der Klärschlammverordnung von 2017 verpflichtete sie erstmals alle Anlagenbetreiber, die das Abwasser von Kommunen mit mehr als 100.000 Einwohnern klären, zum Phosphor-Recycling ab dem Jahr 2029. Daraus könnten bis zu 50 Prozent des Bedarfs gedeckt werden, schreibt das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW).
Bislang wird phosphorhaltiger Klärschlamm meist verbrannt und die Asche in Deponien und Bergbauminen entsorgt oder bei der Zementherstellung beigemischt. Dabei geht aber ein Rohstoff verloren, der eigentlich dringend benötigt wird. Als zentraler Bestandteil von Düngemitteln ist Phosphor nicht nur für die Landwirtschaft unentbehrlich. Auch in Waschmitteln oder Lebensmittelzusatzstoffen kommt er zum Einsatz.
Recycling bislang umständlich und teuer
Schon seit 15 bis 20 Jahren werden Recyclingverfahren entwickelt. Die entwickelten nasschemischen Verfahren, bei denen der Phosphor aus der Kläranlage herausgeholt wird, konkurrieren allerdings mit den etablierten Klärschlammverbrennungen. Denn die Verbrennungsanlagen, zumeist Wirbelschichtreaktoren, laufen an den großen Anlagen bereits seit Jahrzehnten. Das ZSW setzt mit ihrem Projekt nun auf ein Verfahren, das die Extraktion des Phosphors innerhalb des Reaktors und während des Verbrennungsvorgangs ermöglicht. "Funktioniert das Konzept , könnten bestehende Klärschlammverbrennungsanlagen mit der neuen Technologie nachgerüstet werden", so das ZSW.
Das Verfahren wird in einer Testanlage erprobt, die nun erfolgreich in Betrieb gegangen ist. Darin soll der Phosphor mit Hilfe eines kalziumhaltigen Materials bereits im Verbrennungsschritt als Kalziumphosphat gebunden werden. "Der reaktive Kalkstein hat sich sowohl im Labor als auch im technischen Maßstab als ausreichend abriebfest erwiesen und stellt somit ein wirtschaftliches, ungiftiges und lokal verfügbares Betriebsmittel dar", schreibt das ZSW.
Mechanische Stöße der Partikel untereinander und mit der Reaktorwand erzeugen im Verbrennungsprozess einen phosphathaltigen Feinabrieb. Dieser wird in einer Heißgasreinigung, etwa mittels Kerzenfilter, aus dem Rauchgasstrom abgetrennt. Da Schadstoffe bei den dort herrschenden Temperaturen gasförmig sind, können die Wissenschaftler einen nahezu schadstofffreien, phosphatangereicherten Wertstoffstrom gewinnen. Der Phosphor kann so in den Stoffkreislauf zurückgelangen.
Bisherige Versuche positiv
Die bisherigen Versuche in der ZSW-Laborwirbelschichtanlage verliefen positiv. Ziel der Forscher ist es, ein phosphorreiches Ascheprodukt zu erzeugen, das sich in seiner Eigenschaft optimal für die anschließende Nutzung eignet. Dazu optimieren sie einzelne Parameter des Wirbelschichtprozesses und variieren das zugegebene Hilfsmittel. Doch die Zeit drängt. Durch die Klärschlammverordnung müssen Verfahren und Produkte bis in wenigen Jahren zur Marktreife weiterentwickelt werden. (pm)
