Ab 2029 tritt in Deutschland die gesetzliche Pflicht zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm in Kraft. Die novellierte Klärschlammverordnung sieht vor, dass Kläranlagen ab einer bestimmten Ausbaugröße den enthaltenen Phosphor künftig nicht mehr allein über die bodenbezogene Verwertung in den Kreislauf bringen, sondern gezielt zurückgewinnen müssen. Damit wächst der Druck, praxistaugliche und wirtschaftlich tragfähige Verwertungswege zu finden.
Ein europaweites Forschungsprojekt unter Koordination der Universität Stuttgart hat dafür einen vielversprechenden Lösungsansatz entwickelt: Das thermochemische Verfahren FlashPhos verwandelt Klärschlamm in weißen Phosphor (P₄) – und damit in einen Rohstoff, der für zahlreiche Industriezweige strategisch unverzichtbar ist.
Weißer Phosphor ist ein kritischer Rohstoff
Während herkömmliche Rückgewinnungsverfahren in erster Linie auf die Produktion von Düngemitteln abzielen, schlägt FlashPhos einen anderen Weg ein. Weißer Phosphor ist ein Grundstoff für die Chemie-, Pharma-, Lebensmittel- und Elektronikindustrie und wird unter anderem bei der Herstellung von Autobatterien, Flammschutzmitteln, Katalysatoren und Computerchips benötigt.
Die Europäische Union stuft weißen Phosphor als kritischen Rohstoff ein: 2012 wurde der letzte europäische P₄-Ofen geschlossen, weil der Betreiber insolvent ging. Seither ist die EU vollständig von Importen abhängig, die aus lediglich vier produzierenden Ländern weltweit stammen.
FlashPhos – die drei Prozessschritte
Technisch basiert das Verfahren auf drei aufeinanderfolgenden Prozessschritten. Im ersten Schritt verarbeitet ein neu entwickelter Mahltrockner, der sogenannte "Dryer-Grinder", den feuchten Klärschlamm zu einem feinen, nahezu wasserfreien Pulver.
Anschließend wird dieses Pulver im "Flash-Reaktor" bei Temperaturen von rund 1.600 Grad Celsius innerhalb von Millisekunden in ein brennbares Gas und eine phosphathaltige Schlacke umgewandelt. Die dafür benötigte Energie wird direkt aus den organischen Bestandteilen des Klärschlamms selbst gewonnen – das Verfahren kommt also weitgehend ohne zusätzliche fossile Energieträger aus.
Im abschließenden "Refiner" wird die Schlacke bei ähnlich hohen Temperaturen veredelt.
Hauptprodukt des FlashPhos-Prozesses ist elementarer weißer Phosphor, zusätzlich entstehen ein klimafreundlicher Zementersatz, eine Eisenlegierung sowie ein Schwermetallkonzentrat für die Metallindustrie. Auch die während des Prozesses anfallenden Gase und die Abwärme lassen sich in benachbarten Industrieprozessen nutzen und ersetzen dort fossile Brennstoffe.
Das Verfahren ermöglicht eine nahezu vollständige stoffliche Verwertung des Klärschlamms. Neben dem eigentlichen Zielprodukt Phosphor fallen weitere vermarktbare Fraktionen an, die bisher kostenpflichtig entsorgt werden mussten.
Der Mahltrockner wurde vom Projektpartner Buss-SMS-Canzler GmbH entwickelt und am Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart erprobt und optimiert. Die Demonstratoren von Flash- und Refiner-Reaktor wurden im österreichischen Leoben beim Projektpartner Aufbereitung Recycling und Prüftechnik GmbH (ARP) aufgebaut. Die dortige Pilotanlage verarbeitet bis zu 250 Kilogramm Klärschlammpulver pro Stunde.
Start der industriellen Produktion in 2028
Bis zum Markteintritt sind jedoch noch einige Hürden zu nehmen. Die beteiligten Industriepartner wollen im Jahr 2028 mit der industriellen Produktion von weißem Phosphor beginnen; zuvor muss eine erste großtechnische Produktionsanlage geplant und errichtet werden. Eine zentrale Herausforderung liegt dabei in der Rohstofflogistik: Wirtschaftlich sinnvoll betreiben lassen sich FlashPhos-Anlagen nur dort, wo das Klärschlammaufkommen ausreichend hoch ist.
Nach Einschätzung von Christian Schmidberger, Wissenschaftler am Institut für Energieverfahrenstechnik und Dynamik in Energiesystemen (IED) der Universität Stuttgart und Koordinator des Projekts, kommen vor allem dicht besiedelte Ballungsräume wie das Ruhrgebiet, Barcelona, Madrid oder Mailand als Standorte in Betracht.
Für kommunale Unternehmen in diesen Regionen eröffnet sich damit mittelfristig die Option, ihre Klärschlämme in regionale Verwertungsnetzwerke einzuspeisen – und so gleichzeitig den gesetzlichen Anforderungen der Phosphorrückgewinnung zu entsprechen und zur Versorgungssicherheit kritischer Industrierohstoffe beizutragen.
Gewinnung kritischer Rohstoffe aus Abfällen
Bis 2050 sollen FlashPhos-Anlagen die Hälfte des europäischen P₄-Bedarfs decken können. Das Forschungsteam denkt bereits über weitere Anwendungen nach. "Am IED ist unser langfristiges Ziel, auch weitere kritische Rohmaterialien aus Abfallströmen zu gewinnen", sagt Markus Reinmöller, ebenfalls Wissenschaftler am IED.
Das Projekt FlashPhos wurde im Rahmen des EU-Forschungs- und Innovationsprogramms "Horizon 2020" mit rund zwölf Millionen Euro gefördert. Insgesamt 17 Partner aus Industrie und Wissenschaft aus Deutschland, Österreich, Belgien, Italien und Spanien haben unter Koordination der Universität Stuttgart an der Entwicklung mitgewirkt.
Die Projektlaufzeit endet im April 2026 mit einer Abschlusskonferenz in Leoben. Mit dem Abschluss des Forschungsvorhabens verlagert sich der Fokus nun auf die industrielle Umsetzung.
