Innovative Phosphatrückgewinnung aus Klärschlamm
In Deutschland fallen jährlich rund zwei Millionen Tonnen trockener Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen an. Obwohl dieser reich an Phosphat ist, gilt er aufgrund hygienischer Bedenken und Schadstoffbelastung als ungeeignet für die direkte Nutzung als Dünger. Gleichzeitig ist die Landwirtschaft auf der Suche nach neuen Phosphorquellen, da die weltweiten Phosphatminen zunehmend erschöpft oder mit Schwermetallen belastet sind.
Eine neue Methode, entwickelt von Prof. Dr. Andrea Kruse von der Universität Hohenheim, ermöglicht die schadstofffreie und kostengünstige Nutzung von Klärschlamm zur Phosphatgewinnung. Das Verfahren wandelt Klärschlamm in einen verwertbaren Dünger um.
Verfahren zur Phosphatgewinnung
Der Prozess beginnt mit der hydrothermalen Karbonisierung (HTC). Dabei wird Klärschlamm in einem Autoklaven auf über 200 Grad Celsius erhitzt. Nach etwa 120 Minuten entsteht aus dem Schlamm eine Biokohle. Diese Kohle ist zunächst noch nicht als Dünger geeignet.
Im nächsten Schritt wird die Biokohle mit Säure behandelt und gekocht, um das Phosphat zu lösen. Nach der Abtrennung der Kohle wird ein Magnesiumsalz hinzugefügt und das Wasser entfernt. Das Ergebnis ist ein weißes, körniges Pulver: Magnesiumammoniumphosphat, auch bekannt als Struvit.
Man kann das Struvit so wie es jetzt ist, sofort als Dünger auf dem Feld verwenden.
Dieses Struvit kann direkt als Dünger eingesetzt werden. Es unterscheidet sich von herkömmlichem Phosphat, das aus Minen in den USA, Marokko oder China stammt, da es aus einem Abfallprodukt gewonnen wird.
Vorteile der HTC-Methode gegenüber der Verbrennung
Die direkte Anwendung von unbehandeltem Klärschlamm als Dünger ist aufgrund hygienischer Aspekte und enthaltener Schwermetalle nicht empfehlenswert, obwohl er Phosphat enthält. Die HTC-Methode bietet hier eine Lösung, indem sie das Phosphat von den Schwermetallen trennt.
Über 80 Prozent des Phosphats aus dem Klärschlamm bleiben erhalten, während die Schwermetalle in der Kohle gebunden werden und somit nicht in den Dünger gelangen. Dies steht im Gegensatz zur bisherigen Praxis der Klärschlammverbrennung.
Bei der Verbrennung liegt das Phosphat in Ascheform vor, die von Pflanzen nicht direkt aufgenommen werden kann. Eine aufwendige Aufarbeitung mit viel Säure ist notwendig, um das Phosphat nutzbar zu machen, was den Prozess teuer macht. Zudem kann bei zu hohen Temperaturen eine glasähnliche Substanz entstehen, die ebenfalls nicht pflanzenverfügbar ist.
Die HTC-Temperaturen sind deutlich niedriger. Der daraus gewonnene Struvit-Dünger ist dem Phosphat in Pflanzen ähnlicher und kann daher gut aufgenommen werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die übrig gebliebene HTC-Kohle einen höheren Heizwert besitzt und besser entwässerbar ist, was sie zu einem hochwertigeren Brennmaterial macht als normaler Klärschlamm.
Hintergrund: Die Notwendigkeit neuer Phosphatquellen
Die großen Phosphatminen sind zunehmend erschöpft. Je tiefer gebohrt wird, desto mehr Schwermetalle wie Uran sind im Phosphat angereichert, bevor es als Dünger auf die Felder gelangt. Dies unterstreicht die Dringlichkeit, alternative Phosphatquellen wie Klärschlamm zu erschließen.
Bioökonomie und zukünftige Entwicklungen
Das Projekt von Prof. Dr. Kruse ist eine Kooperation mit dem Schweizer Biotechnologie-Unternehmen AVA-CO2. Derzeit werden im Labor der Universität Hohenheim kleine Düngermengen hergestellt, um das Verfahren zu optimieren. Ziel ist es, eine Produktion in größeren Mengen zu ermöglichen.
Diese Entwicklung steht im Einklang mit dem Schwerpunkt der Bioökonomie an der Universität Hohenheim, die sich mit der Gewinnung von Nahrungs- und Futtermitteln, Energie, Chemikalien, Kunststoffen und Düngern aus Abfällen und erneuerbaren Rohstoffen befasst.