Nicht nur beim Pflanzenwachstum spielt Phosphor eine tragende Rolle und sichert damit die Ernährung der Weltbevölkerung
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Rohstoffrecycling Phosphorlieferant Klärschlamm

Deutschland genießt das Privileg, den lebenswichtigen Rohstoff Phosphor aus anderen Ländern beziehen zu können. Damit kann hierzulande nicht nur eine gelingende Landwirtschaft, sondern auch eine ausreichende Versorgung mit Nahrungsmitteln gesichert werden. Die Aufbereitung von Klärschlamm könnte der Schlüssel zur Unabhängigkeit sein.

  • Phosphor ist ein lebenswichtiges chemisches Element, das auf der Erde nur begrenzt vorhanden ist.
  • Der Rohstoffbedarf wird in Deutschland durch Importe aus anderen Ländern gedeckt. Die politische und wirtschaftliche Abhängigkeit möchte die Bundesregierung in Zukunft immer weiter eindämmen.
  • Recyclingverfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm leisten einen wichtigen Beitrag zur Bereitstellung des Rohstoffs, sind aber bisher noch nicht effizient genug, um den Bedarf in Deutschland vollständig zu decken.

Phosphor als Lebensgrundlage

Der erste Gedanke, der sich beim Stichwort Phosphor aufdrängt, steht wohl im Zusammenhang mit Düngemitteln für die Landwirtschaft. Die Bedeutung des chemischen Elements geht jedoch weit über seinen landwirtschaftlichen Einsatz hinaus. Alle lebenden Organismen der Erde bestehen zu unterschiedlichen Anteilen aus Phosphor bzw. Phosphat, der oxidierten Form von Phosphor.

Der menschliche Körper trägt bspw. etwa 500 g Phosphat in sich und dient in Form von Adenosintriphosphat (ATP) als Energieträger in menschlichen Zellen. Unser Skelett wäre ohne Phosphor bei Weitem nicht so kräftig und stabil wie es tatsächlich ist. Auch die Pflanzenwelt könnte ohne Phosphorverbindungen nicht existieren, da diese entscheidend zum Wachstum der Organismen beitragen.

Leben auf der Erde wäre ohne Phosphor also unmöglich. Das chemische Element übernimmt somit eine essentielle Funktion in unserem ökologischen System und ist für Mensch und Umwelt unverzichtbar.

Phosphor ist endlich

Die Unverzichtbarkeit des Rohstoffs bringt auch eine entsprechende Nachfrage mit sich. Eine nicht zu unterschätzende Problematik ist in diesem Zusammenhang die Endlichkeit von Phosphor. Darüber hinaus sind auch die natürlichen Quellen und das Vorkommen von Phosphor sehr ungleichmäßig über den Globus verteilt.

Während in Europa Phosphormangel eher selten herrscht, beklagen afrikanische Bauern ihre nährstoffarmen Böden und schlechte landwirtschaftliche Erträge. Abhilfe kann hier nur eine Verbesserung der Böden durch phosphorhaltige Düngemittel schaffen. Im Kern entscheidet Phosphor also auch darüber, ob wir alle satt werden.

Dass europäische Länder nicht mit einem Mangel an Phosphor kämpfen, liegt einzig darin begründet, dass sie sich den Import des Rohstoffs leisten können. Tatsächlich liegen über 88 % der bekannten Phosphorreserven in nur fünf Ländern, nämlich in China, Algerien, Syrien, Südafrika und Marokko. Letzteres besitzt von diesen Reserven den größten Anteil.

Phosphor-Importe sollen der Vergangenheit angehören

Deutschland bezieht Phosphor aktuell beinah zu 100 % aus anderen Ländern und bringt sich damit in eine kritikwürdige Abhängigkeit. Die Bundesregierung reagiert auf diese Problematik im Jahr 2017 mit einer Änderung der Klärschlammverordnung (AbfKlärV). Die Änderung schreibt vor, dass die Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm zur Pflicht wird.

Die ehemalige Bundesumweltministerin Barbara Hendricks konstatierte: „Damit leiten wir einen Paradigmenwechsel ein, hin zu einer ökologisch sinnvollen Nutzung wertvoller Bestandteile des Klärschlammes. Das stärkt die Kreislaufwirtschaft und trägt langfristig zur Versorgungssicherheit mit dem Rohstoff Phosphor bei.“

Das Recycling von Wertstoffen aus Abwasser und Klärschlämmen sieht die Bundesregierung als zukunftsweisende Möglichkeit, den Phosphorbedarf in Deutschland zu decken. Einsatz sollen die Rezyklate dann vorrangig als Düngemittel in der Landwirtschaft finden. Jedoch ist der Weg zu effizienten Recyclingverfahren weder leicht noch kurz.

Methoden der Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm

Wie jede technische Innovation müssen auch Methoden des Recyclings erst erforscht, entwickelt und getestet werden. Bei der Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm müssen zudem entsprechende Voraussetzungen für die Durchführung in bereits bestehenden Abwasserbehandlungsanlagen geschaffen werden. Eine Umrüstung der bereits laufenden Anlagen ist meist unumgänglich, damit sie für das Phosphorrecycling einsetzbar werden. Das ist jedoch technisch aufwendig und nimmt viel Zeit in Anspruch.

An der Universität Gießen wurden zwei erfolgreiche Verfahren entwickelt, die laut eigener Angaben „zukünftig umweltfreundliche Phosphat-Recyclingprodukte mit deutlicher Düngewirkung für die Landwirtschaft liefern könnten“. Methode eins besteht im Einsatz kleiner Pyrolysereaktoren, die das Recycling von Phosphor bei geringen Temperaturen von 400-600 °C möglich machen. Diese eignet sich vor allem für die Behandlung gering belasteter Klärschlämme.

Methode zwei ist eine thermochemische Behandlung, bei der hohe Temperaturen von 950 °C angewendet werden, um hoch belastete Klärschlämme zu filtern. Dieses Verfahren verlangt den Zusatz weiterer Stoffe wie Magnesiumchlorid oder Salzsäure. So kommt es schließlich zu einer Ausfällung des Phosphors.

Die Ergebnisse der Forschung finden zunehmend Anwendung in der Abfallwirtschaft und erfahren dort auch ihre praxisorientierte Weiterentwicklung. In Hamburg wurde in diesem Sommer die erste Recyclinganlage zur Gewinnung von Phosphor aus Klärschlamm eröffnet. Die gemeinsame Arbeit von REMONDIS Aqua und Hamburg Wasser hat ein innovatives TretraPhos-Verfahren zum Ergebnis, das es ermöglicht, aus der Asche von verbranntem Klärschlamm Phosphorsäure zu gewinnen.

Zwei Jahre lang wurde das System getestet, 2020 soll die Anlage schließlich ihre Arbeit beginnen. Da die Ergebnisse des Verfahrens so überzeugend waren, soll die Recyclinganlage in Zukunft auch große Mengen Klärschlamm verarbeiten. Ein entscheidender und wegweisender Schritt, sowohl für die Unabhängigkeit von Phosphor-Importen als auch für die Weiterentwicklung der Abfallwirtschaft.

Quellen

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