Von der Phosphorrückgewinnung zum tatsächlichen Recycling

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Von der Phosphorrückgewinnung zum tatsächlichen Recycling Christian Kabbe, Fabian Kraus Innovationsforum THERMOLYPHOS in Halle, Die Säulen des P-Recyclings aus
Von der Phosphorrückgewinnung zum tatsächlichen Recycling Christian Kabbe, Fabian Kraus Innovationsforum THERMOLYPHOS in Halle, Die Säulen des P-Recyclings aus dem Abwasserpfad Klärschlamm / Biosolids N & P Rückgewinnung aus der Wasserphase P Rückgew. aus der Festphase / Asche Nahrung Landwirtschaft Mensch Abwasser Nährstoffe KA Klärschlamm Novellen AbfKlärV und DüV: P-Recycling von 20% (KS) kurzfristig auf unter 10% RP V V V R R? Klärschlammmenge in Deutschland (2013): kt TS/a R = Recycling RP = Recyclingpotential V = Verluste Size does matter! Kraus 2016 Nach UBA 2014, DWA 2014 Kraus 2016 GK5+4b: P-Mengen & Verwertungs-/Entsorgungsinfrastruktur Monoverbrennung nach Krüger & Adam 2014, Mitverbrennung nach Jasper & Kappa 2012, Phosphordüngemittel-Industrie nach IVA 2014 Traditionelles Recycling Tendenz fallend in MS mit Verbrennungsinfrastruktur KS-Ausbringung als althergebrachtes Recycling (bzw. Entsorgungsweg) (EU28: 40% KS, in DE ca. 29% KS entspricht ca. 20% P im Klärschlamm) C, N & P Recycling (reales Nährstoffrecycling für P nicht klar definierbar) Wertschöpfungskette (v.a. KMU als Nexus KA KMU Landwirt) Infragestellung durch Qualitätsbedenken (Schadstoffsenke) bzw. auch Vorurteile u. durch Intransparenz Qualitätsverbesserung und strikte Überwachung wie in Schweden eine Option? Visible Prozesse und deren Reife/Umsetzung Full-scale Demo / Pilot Labor PEARL AirPrex NuReSys Nassschlamm / Prozesswasser auf der KA Wässr. Phase (ortho-p gelöst) Nach forcierter P- Rücklösung PHOSPAQ PhosphoGreen Naskeo Budenheim EXTRAPHOS DCP LYSOGEST ANPHOS STRUVIA PHORWater Gifhorn /CaP WASSTRIP REPHOS NutriTec, DAS P-RoC, CSH Stuttgart TDH (allgemein) Thermik nach KA Schlamm und Asche Nasschem. Ascheaufschluss Thermische (Vor)-Behandlung DüM-Industrie Mineraldünger ECOPHOS H 3 PO 4 /DCP MEPHREC P-Schlacke THERMPHOS P 4 Elektrodialyse H 3 PO 4 TetraPhos H 3 PO 4 AshDec (Outotec) CaNaPO 4 RecoPhos FP7/ICL H 3 PO 4 /P 4 LEACHPHOS H 3 PO 4 RECOPHOS DE MCP PYREG P-reiches Pyrolysat KUBOTA P-Schlacke Kabbe 2015, AirPrex in Amsterdam West Kabbe 2013, AirPrex Prototyp in Wassmannsdorf P-Rückgewinnungsanlagen in Europa 09/2016 Kabbe 2016 https://de.batchgeo.com/map/f4c921a d7e18aa0e651cc3264 Kabbe 2016 verfahren 1. Generation Biogas zum BHKW *fällung entweder vor oder nach der Entwässerung Primärschlamm MgCl2 Faulung fällung* Entwässerung Entwässerter Klärschlamm Eingedickter Überschussschlamm waternet MgCl2 Rückbelastung fällung* Kabbe Kabbe 2016 Kombination, Energie- und Nährstoffrückgewinnung (DLD-Variante) Primärschlamm Biogas zum BHKW Faulung Entwässerung Entwässerter Klärschlamm Faulung Eingedickter Überschussschlamm Thermalhydrolyse Vorentwässerung NaOH MgCl 2 Rückbelastung optional N- Rückgewinnung fällung H 2 SO 4 DAS Kabbe 2016 Kabbe 2016: CG made in Amersfoort Alternative Rückgewinnung auf der KA P gelöst (also relativ kleinteilig und dezentral) Rückgewinnung auf der KA (EBPR+AD) als ist Stand der Technik! Zahlreiche Anlagen installiert - da für Betreiber beneficial!!! Optimierung (energetisch und RW-Rate läuft durch Kombination mit z.b. Lysis) Kaskadierung (C, N & P erlaubt Synergien von Energie- und Ressourceneffizienz (siehe KA Amersfoort und bald KA Steinhof 2018/19) Einsatz limitiert auf gelösten PO 4 -P 100 mg/l also EBPR+AD bzw. UASB Systeme, kann aber jeglichen Rücklöseverfahren nachgeschaltet werden Kraus 2016 Stand der Umsetzung auf der KA aus der Festphase des Nassschlamms Rückgew. auf der KA aus der Festphase des Schlamms nach wie vor in der Entw./Pilotphase Quasi für alle KS einsetzbar (Chem-P und Bio-P) Trade-off zw. Aufwand (Chemikalien) und Nutzen?! Zusätzliche Abfälle bzw. belastete Prozesswässer? Operative Vorteile für KA-Betreiber nicht immer gegeben Reduktion der P-Rückbelastung (X?) Verbesserung der Schlammentwässerung bzw. Volumenreduzierung(Y?) ggf. Eröffnung/Erhalt der KS-Mitverbrennungsroute (Entsorgung, (Z?)) Mineralsäure-Leaching: Pilotierungen/Demo von Stuttgarter (Offenburg) und Seaborne (modif.) in Gifhorn Mobile Einheiten MSE (Stuttgarter) Trade-off fraglich! Diverse HTC-Verfahren bislang weit unter den Erwartungen/Versprechungen. (Energieeff., Entwässerungsgrade, refraktärer CSB, hochbelastete Prozesswässer, reale P- Rückgewinnung wie bei Stuttgarter/Gifhorn von Säureeinsatz abh.) CO 2 -Extraktion nach Budenheim (EXTRAPHOS ): Pilotierung in Mainz, Demo-Projekt mit Zementindustrie (zero waste Option) in Planung - kommerzielles Produkt: DCP Stand der Umsetzung thermische Route (eher zentralisiert wg. economy of scale) Erfordert unverdünnte thermische Vorbehandlung (auf oder nach KA, Mono-V, Pyrolyse ) - Rohphosphatteilsubstitut in kommerzieller DüM-Produktion: - erste pilot/großtechn. Versuche durch ICL (2012/2013) erfolgreich - machbar für Premiumaschen (P, Fe, Al, Si ) Kraus 2016 nach Krüger & Adam 2014 Stand der Umsetzung thermische Route - Ascheaufbereitung nasschemisch: Trend zu H 3 PO 4 -Produktion EcoPhos Demo in Varna (2016), Full-scale in Dunkerque (2018) - H 3 PO 4, DCP TetraPhos Pilotierung in HH seit H 3 PO 4 Nebenproduktvalorisierung (Fe/Al-Salze, Ca-Salze ) weitere Projekte in CH, DE, DK, ES, NL, SE Ferner noch in Weiterentw. : - Bio-leaching (P-bac) und - Elektrodialyse (EDASK, DK) Abfallproblematik nach Leaching bislang wenig beachtet! - Schlamm-/Ascheaufbereitung thermisch: - Rezyklatqualitäten (außer P 4 ) bedingen weitere Behandlung um überhaupt verwendet werden zu können (AshDec, Mephrec, EUPHORE ) - Pyrolyse als Alternative zur Monoverbrennung (PYREG Demo in Linz-Unkel) Valorisierung des Pyrolysates (DüM, Bodenverbesserer/-hilfsstoff?) - RecoPhos (FP7) wird von ICL weiterentwickelt (P 4 -Produktion bietet höchste Wertschöpfung im P-Kreislauf und findet definitiv reißenden Absatz!) Apropos Koalitionsvertrag und Klimaschutz EcoInvent 3.1, 2016 IVA, 2015 F. Kraus 2016 P-Recycling? Wollen, Können, Dürfen!?!?!? Was nützt ein Rückgewinnungsgebot, wenn die Verwertung der Rezyklate gesetzlich be- oder verhindert wird? BM/DG X BM/DG Y BM/DG Z Rückgewinnung Recycling (nicht ohne Wertschöpfungsketten möglich!) Rückgewinnung Recycling Andere Ind. Haushalte, Gewerbe Kläranlage Rohstoff Düngemittel Landwirtschaft Düngemittel Recyclat oder Produkt? Abnahme/Markt/Verwendung Abfall, Rohstoff oder Produkt? - v.a. auch eine Frage der Homogenität! Schlamm Organischer Dünger (DüV und AbfKlärV führen zur Mengenreduktion) NP Dünger in einigen MS (gem. DüMV zulassbar, von AbfKlärV eher blockiert) KS-Asche fragliche Dü eff, eher nur Rohstoff für DüM-Prod. (nur P) (von AbfKlärV forciert) Biokohle Was ist das überhaupt??? Nach Definition ist KS kein zugelassener Ausgangsstoff! (Klärschlammpyrolysate/-karbonisate sind keine DüM!) H 3 PO 4 /P 4 Gefragte Produkte mit breiter Anwendungspalette (unabhängig vom DüM) Klärschlammverordnung = Rückgewinnungsgebot Wo ist die Kreislaufwirtschaft? Link zum Referentenentwurf: Bergs, 09/2016 Klärschlammverwertung Berlin (2013) 2029? Nährstoffrecycling unter dem Circular Economy Paket? Schaffung eines level playing field? Derzeit werden Rezyklate gg. Primärrohstoffen/-produkten in meisten MS diskriminiert. Harmonisierung der Anforderungen? Fertiliser Regulation (2003/2003/EC) Member States UNIT D2 GROW: Fertiliser WG IPTS STRUBIAS ( ) Stakeholder (NGOs and individuals) Fazit 1. Entwicklung regionaler P-Rückgewinnungsziele und -strategien an Stelle von festen Zielen pro Kläranlage wäre sinnvoller 2. Implementierung bereits wirtschaftlicher Verfahren sollte unterstützt, anstatt be- bzw. verhindert werden Rückgewinnungsraten erstmal zweitrangig für gesunde Marktentwicklung für Rezyklate 3. Einbeziehung von weiteren Nährstoffen (Stickstoff) in Recyclingstrategien sowie Evaluierung der Energieeffizienz - ganzheitlicher Ansatz Energieeffizienz Spurenstoffentfernung Ressourceneffizienz (Rückgewinnung) Kosteneffizienz, -neutralität Weitergehende Nährstoffentfernung Klimaschutz (Minderung der Treibhausgasemissionen) Ausblick Schlammentwässerung/Trocknung werden in DE dramatisch an Bedeutung gewinnen (Volumenreduzierung zu entsorgender KS-Menge) - auch Markt f. Pyrolyse rückgewinnungskapazitäten werden sich in nächsten Jahren auf ca t/a erhöhen (EU) - wirtschaftlich, ökolog. sinnvoll aber begrenzt einsetzbar Marktimplementierung von P-RecoRecy aus Aschen mit Fokus auf H 3 PO 4 als Alternative zur Mono-Deponierung von Aschen und P-Konzentraten EU DüMV wird das erste konkrete Ergebnis des EC Kreislaufwirtschaftspaketes - Signalwirkung für Ökolandbau DüMV bzgl., calcinierte Phosphate? Durch Entkopplung von RW-Gebot und Recycling: KA-Betreiber und damit Gebührenzahler werden auf Kosten für KS-Entsorgung sitzen gelassen (Entsorgungssicherheit um jeden Preis) - Rezyklatverwerter streichen dagegen die Gewinne ein - gerechte Kostenverteilung sieht anders aus! Ungewiss, ob und wie Politik darauf reagieren wird!!! Key take home message Letztlich werden sich nur Verfahren durchsetzen, die homogene Produkte (stabile Qualität weitestgehend unabhängig von Inputqualität) garantieren (reale SM- Abtrennung) und Ressourcen- sowie Klimaeffizienz in einer marktfähigen Wertschöpfungskette erfüllen. PHOSPHORUS RECYCLING FROM PROTOTYPE TO MARKET Vielen Dank Think forward, act circular! Forum der Deutsche Phosphor-Plattform DPP e.v. New Approaches for Nutrient Recovery from Manure and Wastewater am 11.November 2016 in der BY Landesvertretung in Berlin
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