Phosphorrückgewinnung durch hydrothermale Karbonisierung von Klärschlamm

Phosphatrückgewinnung aus Klärschlamm

Das Element Phosphor ist eine wichtige Grundlage für das Pflanzenwachstum und daher eine wertvolle Ressource, die unter anderem in Stoffströmen wie Stallmist, Gülle und Klärschlamm enthalten ist. Mit der Novellierung der Klärschlammverordnung (AbfKlärV) hat der Gesetzgeber Klarheit geschaffen: Spätestens ab dem Jahr 2029 muss Phosphat aus Klärschlamm bzw. Klärschlammasche zurückgewonnen werden. Dafür steht schon heute eine Reihe von Verfahren in unterschiedlicher Entwicklungsreife zur Verfügung, die jedoch meist sehr kostspielig und mit deutlichem Aufwand verbunden sind. Die AVA GmbH, Murchin, die Universität Hohenheim, Stuttgart, und das Fraunhofer
Institut für Silicatforschung (ISC), Alzenau, erproben daher mit Unterstützung der DBU ein ressourceneffizientes Verfahren auf Basis der hydrothermalen Karbonisierung.

Hydrothermale Karbonisierung

Als hydrothermale Karbonisierung (HTC) bezeichnet man die Verkohlung organischer Materialien in wässriger Phase – hier Klärschlamm – unter erhöhten Drücken und Temperaturen. Im aktuellen Projekt wird durch HTC aus dem Klärschlamm ein Kohleschlamm erzeugt, wobei die Kohlepartikel nahezu den gesamten im Klärschlamm befindlichen Phosphor enthalten. Durch Aufschluss der Kohle mit Säure lässt sich der
Phosphor in die flüssige Phase überführen. Nach einer Fest-flüssig-Trennung durch Filtration liegt das Phosphat zu über 90 Prozent in der flüssigen Phase vor. Werden nun geeignete Calciumverbindungen zugegeben, kann das gelöste Phosphat fast vollständig als Calcium-Phosphat-Verbindung gefällt oder auskristallisiert werden. Die im Klärschlamm oft enthaltenen Schwermetalle verbleiben dagegen in der Kohle, sodass sich die Calcium-Phosphat-Produkte als schadstoffarmer Dünger nutzen lassen.

Halbtechnischer Maßstab

Inzwischen wurde eine Pilotanlage zur Säurebehandlung von HTC-Kohle sowie Fällung und Abtrennung des Calciumphosphates aufgebaut. Diese wurden mit der bestehenden HTC-Technikumsanlage der AVA GmbH verbunden und das Verfahren damit in den halbtechnischen Maßstab überführt. An dieser Anlage wurden verschiedene Strategien zur Fällung der Calcium-Phosphate erprobt.

Da es sich bei der HTC um ein sogenanntes »nasses Prozessverfahren« handelt, kann der Klärschlamm ohne energie- und kostenintensive Trocknung eingesetzt werden.

Weiterverarbeitung zu Mineraldünger möglich

Erste Versuchsreihen der Universität Hohenheim zeigten eine durchschnittliche Pflanzenverfügbarkeit der gewonnenen Phosphorverbindungen, die damit in ihrer Wirkung einem Rohphosphat entsprechen. Die Produkte lassen sich daher zur Herstellung von höherwertigen  Mineraldüngern in der Düngemittelindustrie verwenden. In einem nächsten Projektschritt wird zurzeit die gezielte Fällung eines hochwertigen
Düngeproduktes optimiert, nämlich von MagnesiumAmmonium-Phosphat (Struvit).

Auch die phosphorfreie Klärschlammkohle lässt sich nutzen: Sie könnte zukünftig als Alternative zu Braun- und Steinkohle in der Mitverbrennung beispielsweise in Zementwerken eingesetzt werden und als nachwachsender Rohstoff Kohlendioxid-Emissionen
einsparen.

Projektthema

Verfahren zur Kreislaufführung von Phosphor auf Basis der HTC-Karbonisierung von Klärschlamm

Projektdurchführung

VA GmbH
Libnower Landstrasse 1
17390 Murchin
Telefon:
03971 | 876 90 0
E-Mail: info@ava-htc.com
www.ava-htc.com/en

Kooperationspartner

Institut für Agrartechnik der Universität Hohenheim, Stuttgart
www.uni-hohenheim.de

Fraunhofer Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie (IWKS)
am Fraunhofer Institut für Silicatforschung (ISC), Alzenau
www.iwks.fraunhofer.de

AZ 32958