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Welches Potenzial steckt im Klärschlamm?

„Monitoring von Klärschlammmonoverbrennungsaschen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung zur Ermittlung ihrer Rohstoffrück-Gewinnungspotenziale und zur Erstellung von Referenzmaterial für die Überwachungsanalytik“ lautet der Titel einer Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes. Ihr Ziel: den Phosphor- und anderen Wertstoffgehalt in Klärschlämmen zu bestimmen.

In Deutschland fallen jährlich etwa zwei Millionen Tonnen Klärschlamm (Trockenmasse) an. Während in den 1980er Jahren noch über die Hälfte des Schlamms deponiert wurde, ging dieser Anteil bis zum Deponierungsverbot für unbehandelte Abfälle im Jahr 2006 auf Null zurück. Stattdessen nahm der Anteil der landwirtschaftlichen Verwertung als Düngemittel und/oder zum Landschaftsbau zu. Nach einem Maximum von etwa 60 Prozent zur Jahrtausendwende verringerte sich dieser Anteil zugunsten der Verbrennung. Zurzeit wird etwas mehr als die Hälfte des Klärschlamms verbrannt, der Rest weiterhin in Landwirtschaft und Landschaftsbau eingesetzt.

Rückgewinnung durch Monoverbrennung

Thermisch zu verwertender Klärschlamm wird entweder in Kraftwerken, Hausmüll-Verbrennungsanlagen oder Zementwerken mitverbrannt oder in Monoverbrennungs-Anlagen umgesetzt. Bei der Mitverbrennung werden zum einen die Wertstoffe mit anderen Materialien verdünnt und die Aschen gemeinsam deponiert. Zum anderen können durch die Zusatzbrennstoffe weitere Schadstoffe eingetragen werden. Diese Punkte erschweren eine Rückgewinnung von Wertstoffen aus Mitverbrennungsasche oder machen sie ganz unmöglich. Die Monoverbrennung ist daher im Hinblick auf eine mögliche Rückgewinnung von Ressourcen interessanter. Zurzeit werden in Deutschland fast 800.000 Tonnen Klärschlamm
pro Jahr in Monoverbrennungs-Anlagen entsorgt. Dabei entstehen etwa 300.000 Tonnen Klärschlammasche. Diese wird fast ausschließlich deponiert oder als Bergversatz oder im Straßenbau eingesetzt. Damit werden sämtliche in der Asche enthaltenen Rohstoffe wie Phosphor und Technologiemetalle dem Wirtschaftskreislauf dauerhaft entzogen.

Entwicklung der Klärschlammentsorgung in Deutschland (Destatis), Quelle: Umweltbundesamt [1]

Entwicklung der Klärschlammentsorgung in Deutschland (Destatis), Quelle: Umweltbundesamt

Kommunale Quellen reicher an Phosphor

Die Aschen aus gemischt kommunalen und industriellen Schlämmen machen über 50 Prozent der Aschemenge aus, tragen aber aufgrund des geringeren Phosphorgehaltes weniger als 40 Prozent zur gesamten Phosphormenge bei. Phosphor aus industriellen Klärschlämmen spielt mit weniger als 600 Tonnen pro Jahr nur eine untergeordnete Rolle, während die Aschen aus kommunalen Quellen fast 11.000 Tonnen pro Jahr Phosphor enthalten. Damit sind diese Aschen am attraktivsten für eine mögliche Rückgewinnung. Es ist davon auszugehen, dass die Konzentrationen an Schwermetallen in den rein kommunalen Aschen geringer sind und diese somit eher für eine Verwertung als Düngemittel in Frage kommen.

Die aktuell in Deutschland anfallenden Klärschlammaschen aus der Monoverbrennung wurden in der UBA-Studie umfassend beprobt und analysiert. Die jährlich anfallenden 300.000 Tonnen Klärschlammasche enthalten insgesamt knapp 19.000 Tonnen Phosphor, wovon ohnehin über 12.000 Tonnen nicht direkt zur Verwertung als Düngemittel herangezogen werden können. Diese Menge entspricht über zwölf Prozent des jährlich für mineralischen Dünger benötigten Phosphors aus Rohphosphaten. Wie die Studie ergab, könnte dieser Anteil deutlich erhöht werden, wenn der gesamte in Deutschland anfallende Klärschlamm der Monoverbrennung zugeführt beziehungsweise der Phosphor möglichst vollständig zurückgewonnen würde.

Reine Rohstoffrückgewinnung unwirtschaftlich

Mithilfe verschiedener Aufschlussverfahren, Analysemethoden und Vergleichsparameter wurden die Proben auch auf weitere Wertstoffe durchforscht. Untersucht wurden Aschen aus 19 Anlagen, bei denen 247.238 Tonnen Klärschlammasche pro Jahr anfällt. Dabei ergibt sich aus den jeweilig gemessenen Mittelwerten unter anderem eine Menge von 4,1 Kilogramm Rhodium, 56,0 Kilogramm Palladium und 31,9 Kilogramm Platin pro Jahr. Ein Betreiber schätzt die Indium-Menge seiner Anlage sogar auf über eine Tonne pro Jahr. Wird allerdings das Wertstoffpotenzial für ausgewählte kritische Rohstoffe mit den jährlichen Importen verglichen, erweist sich die Menge der in der Klärschlammasche vorliegenden Rohstoffe als gering. Nach Ansicht der Autoren ist davon auszugehen, dass eine ausschließliche Rückgewinnung dieser Rohstoffe aus den Klärschlammaschen nicht wirtschaftlich wäre.

Phosphorquellen für die Landwirtschaft (Angaben in t/a; Zahlen nach (Gethke-Albinus, 2012)), Quelle: Umweltbundesamt [2]

Phosphorquellen für die Landwirtschaft (Angaben in t/a; Zahlen nach (Gethke-Albinus, 2012)), Quelle: Umweltbundesamt

Kombinationen und Einzelfälle

Dennoch halten die Forscher eine mit weiterer Behandlung der Asche kombinierte Rohstoffrückgewinnung für möglicherweise lohnend, wenn die Klärschlammaschen mit dem Ziel der Phosphorrückgewinnung behandelt werden. Denkbar sind auch kombinierte Ansätze zur Wertstoff-Rückgewinnung und Schadstoffentfrachtung, falls Aschen vor der Verwendung als Düngemittel bearbeitet werden müssen, um die Grenzwerte der Düngemittelverordnung zu erreichen. In Einzelfällen, insbesondere bei Klärschlammaschen aus industriellen Prozessen, kann aufgrund einzelner hoher Gehalte eine direkte Wertstoffrückgewinnung sinnvoll sein. Eine Anreicherung von wirtschaftlich interessanten Elementen in Nebenströmen der Phosphor-Rückgewinnungsverfahren ist nicht auszuschließen und sollte weiter untersucht werden.

Die vollständige Studie des Umweltbundesamtes kann unter www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/378/publikationen/texte_49_2014_ksa-monitoring_23.7.2014.pdf [3] heruntergeladen werden.

(EUR0914S35)

Foto: EU-R Archiv