Phosphor ist ein lebenswichtiger Rohstoff und ein wichtiger Bestandteil vonDüngemitteln. Doch die Nachfrage ist hoch und der Vorrat ist knapp. Daher muss Deutschland den Rohstoff importieren. Die Europäische Kommission hat Phosphor bereits vor einigen Jahren auf die Liste der kritischen Rohstoffe gesetzt. Alternativen sind gefragt, zumal die Bundesregierung große Klärwerkbetreiber verpflichtet hat, ab 2023 Phosphor zurückzugewinnen.

Wissenschaftler der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS haben gemeinsam mit zwei Industriepartnern ein Verfahren entwickelt, das auf schonende Weise den Phosphor aus Klärschlamm zurückgewinnt. Ursprünglich stammt die Technologie namens P-bac vom Projektpartner Fritzmeier Umwelttechnik GmbH. Im Projekt „Phosphorrecycling - vom Rezyklat zum intelligenten langzeitverfügbaren Düngemittel – PRil“ wurde das Verfahren vom Labor- in den Technikumsmaßstab übertragen. Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft hatte das Vorhaben gefördert.

Mit Bakterien Phosphor aus Klärschlamm lösen

Das Besondere der P-bac-Technik: Um Phosphor aus Klärschlamm zurückzugewinnen, kommen Bakterien zum Einsatz. Die mikrobiellen Helfer stellen unter Zugabe von elementarem Schwefel die benötigte Schwefelsäure selbst her. Diese löst Phosphat, aber auch Schwermetalle aus der Klärschlammasche. Bis zu 90% des ursprünglichen Phosphats können mithilfe des neuen Verfahrens zurückgewonnen werden. Hinzu kommt: Das Phosphat ist nahezu schadstofffrei. Anteile von Cadmium oder Uran konnten um mehr als 90% reduziert werden.

Umweltschonendes und kostengünstiges Recycling

Zu den Aufgaben der Fraunhofer-Forscher gehörte die Aufskalierung des Verfahrens im Bereich der Prozesswasserrezyklierung sowie der Reststoffverwertung, außerdem die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Analytik. Etwa zehn Liter seien notwendig, um die Klärschlammasche zu rezyklieren, erklärt Lars Zeggel, Projektleiter am Fraunhofer IWKS. „Wir haben die Membranfiltration so weit anpassen können, dass wir 98% des eingesetzten Sulfats – also den Schwefel – aus dem Wasser entfernen und letztendlich 75% des Prozesswassers im Kreis führen können“, schildert der Forscher. Auf diese Weise konnten erhebliche Mengen an Prozesswasser und auch Energie eingespart werden. Das neue Verfahren ist im Vergleich zum alternativen nasschemischen Verfahren damit nicht nur umweltschonender, sondern auch kostengünstiger.

Pflanzenverfügbarkeit von Phosphat gesteigert

Die Wirtschaftlichkeitsberechnung der IWKS-Forscher ergab: Ein Kilo Phosphat, das mihilfe des neuen Verfahrens gewonnen wurde, kostet nach Angaben der Forscher zwei Euro. Die chemische Variante ist mindestens doppelt, wenn nicht sogar dreifach teurer. Ein weiterer Vorteil: „Der Phosphor, den wir über das neuartige Verfahren aus der Asche zurückgewinnen, hat eine Pflanzenverfügbarkeit von 50%, bezogen auf einen wasserlöslichen Phosphatdünger. Zum Vergleich: Das Phosphat in der reinen Klärschlammasche ist nahezu gar nicht pflanzenverfügbar“, erklärt Zeggel.

bb