GRUNDLAGEN UND EMPFEHLUNGEN FÜR EINE BAYERISCHE PHOSPHORSTRATEGIE

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1 GRUNDLAGEN UND EMPFEHLUNGEN FÜR EINE BAYERISCHE PHOSPHORSTRATEGIE Montanuniversität Leoben 7. November 2014 Mario Mocker Ostbayerische Technische Hochschule Amberg-Weiden Sonja Wiesgickl, Rolf Jung Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheitsund Energietechnik UMSICHT, Institutsteil Sulzbach-Rosenberg Michael Kozlik Folie 1

2 AGENDA 1. STOFFSTRÖME UND POTENZIALE 2. VERFAHREN 3. BEWERTUNG 4. HANDLUNGSEMPFEHLUNGEN Fraunhofer

3 STOFFSTRÖME UND POTENZIALE Folie 3

4 Stoffströme und Potenziale Globaler Phosphorendverbrauch 3 % 8 % 7 % Industrielle Produktion 82 % Phosphordüngemittel Futtermittelindustrie Nahrungsmittelzusätze Quelle: Schröder et al Folie 4

5 Stoffströme und Potenziale Phosphoreinsatz in Bayern 1 % 1 % 8 % 2 % Zahnpasta 15 % Oberflächentechnik 66% 34% 16 % Pflanzenschutz Flammschutzmittel 57 % Nahrungsmittelzusatz Reiniger Futtermittel Mineraldünger industrielle Anwendungen Folie 5

6 Stoffströme und Potenziale Substitutionspotenziale Kommunaler Klärschlamm Tierische Nebenprodukte Biogene Reststoffe Nebenprodukte der Lebensmittelindustrie Folie 6

7 Mg P/a Stoffströme und Potenziale Vergleich Phosphoreinsatz und Potenziale Bayerische Landwirtschaft Phosphoreinsatz Phosphorpotenzial Tiermehl Kat * Wenn sämtlicher bayerischer Klärschlamm monoverbrannt werden würde Quelle: eigene Berechnungen Folie 7

8 Phosphormenge in Mg/a Stoffströme und Potenziale Vergleich Phosphoreinsatz und Potenziale Substitutionspotenzial von Mineraldünger: % Tiermehl Kat. 3 Nebenprodukte der Lebensmittelindustrie Biomasseverbrennnungsaschen Tierische Nebenprodukte Kommunaler Klärschlamm 0 Mineraldünger Theoretisches Rückgewinnungspotenzial Quelle: eigene Berechnungen Folie 8

9 VERFAHREN Folie 9

10 Verfahren Ausgangsstoffe und Verfahren für die P-Rückgewinnung Abwasser & Prozesswässer Kristallisation / Fällung Phostrip DHV-Crystalactor Ostara PEARL Unikata Phosnix Nishihara Kurita Festbettreaktor Ebara MAP Kristallisation Treviso CSIR Wirbelschichtreaktor REPHOS P-RoC PRISA-Verfahren Sydney Waterboard Reaktor Ionenaustausch REM NUT PHOSIEDI Sonder- und Kombiverfahren RECYPHOS Magnetseparator Klärschlamm Kristallisation AirPrex MAP-Verfahren PECO-Verfahren (biol.) FIX Phos Säureaufschluss Stuttgarter Verfahren Seaborne-Verfahren Kemira KEMICOND Hydrothermaler Aufschluss PHOXNAN LOPROX Kemira KREPRO Aqua Reci Cambi-Prozess Thermischer Aufschluss Mephrec ATZ-Eisenbadreaktor Klärschlammasche Nasschemischer Aufschluss PASCH/RÜPA SEPHOS SESAL (Weiterentwicklung von SEPHOS) BioCon Eberhard-Verfahren RecoPhos (Jävenitz) LEACHPHOS Thermischer Aufschluss SUSAN Mephrec ATZ-Eisenbadreaktor RecoPhos (Leoben) Elektrokinese EPHOS Bioleaching Inocre Folie 10

11 Verfahren Modellszenarien Monoverbrennung Kläranlagengröße Trocknung und Verbrennung P-Rückgewinnungsanlage Ländliche Kläranlage Landkreis Kläranlage Dezentrale Trocknung und Verbrennung < Mg TS Kleine dezentrale P-Rückgewinnung Ländliche Kläranlage Monoverbrennung: kleine stationäre Wirbelschichtfeuerung ~ Mg TS Mittlere P-Rückgewinnung Großstadt Kläranlage Metallurgische P-Rückgewinnung Millionenstadt Kläranlage Monoverbrennung: große stationäre Wirbelschichtfeuerung > Mg TS Große P-Rückgewinnung Folie 11

12 Verfahren Modellszenarien Mitverbrennung Kläranlagengröße P-Rückgewinnungsanlage Thermische Verwertung Ländliche Kläranlage Landkreis Kläranlage Mitverbrennung Kraftwerk Ländliche Kläranlage Nasschemische P-Rückgewinnung aus Abwasser aus Klärschlamm Trocknung Großstadt Kläranlage Mitverbrennung Zementwerk Folie 12

13 BEWERTUNG Folie 13

14 Bewertung Modellszenarien - Monoverbrennung Marschelewski 2008 Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Ländliches Szenario < Mg TM/a Semizentral Straubinger Modell Städtisches Szenario Mg TM/a Semizentral Ballungsräume > Mg TM/a Zentral Nasschemie Klärschlammasche Sehr hoher Betriebsmittelverbrauch 90 % Effizienz 85 % P 2 O 5 -citrsl. Laugungs- und Reextraktionsrückstände Metallurgie Klärschlamm Moderater - hoher Betriebsmittelverbrauch 90 % Effizienz 90 % P 2 O 5 -citrsl. Legiertes Fe als Produkt Schwermetallhaltige Filteraschen Thermochemie Klärschlammasche Moderater Betriebsmittelverbrauch 90 % Effizienz 88 % P 2 O 5 -citrsl. Schwermetallhaltige Filteraschen Folie 14

15 Bewertung Modellszenarien - Mitverbrennung Szenario 4-1 Szenario 4-2 Szenario 4-3 Wagner 2010 Bio-P Anlagen mit anaerober Faulung > EW Mitverbrennung im Zementwerk Bio-P Anlagen mit anaerober Faulung > EW Mitverbrennung im Zementwerk Chem. Fällung mit anaerober Faulung > EW Mitverbrennung im Zementwerk Prozesswässer Überstandswasser Geringer Betriebsmittelverbrauch 30 % Effizienz?? % P 2 O 5 -citrsl. Keine Rückstände Klärschlamm Faulschlamm Sehr geringer Betriebsmittelverbrauch 45 % Effizienz 99 % P 2 O 5 -citrsl. Keine Rückstände Klärschlamm Faulschlamm Hoher Betriebsmittelverbrauch % Effizienz 59 % P 2 O 5 -citrsl. Fällungsüberstand Folie 15

16 Bewertung Kennparameter Ausgangsstoff Betriebsführung der Kläranlage Phoskraft Pflanzenverfügbarkeit Rückgewinnungsverfahren Prozessführung Entsorgungspflicht für Rückstände Rückgewinnungseffizienz Sullivan 2006 Betriebsmittelbedarf Investitions- und Betriebskosten Folie 16

17 Effizienz Bewertung Zeitliche Umsetzbarkeit 90 % Klärschlammasche Klärschlamm Klärschlammasche 60 % Klärschlamm Bio-P 30 % Klärschlamm Schlammwasser kurzfristig mittelfristig langfristig Zeit Folie 17

18 Bewertung Treibhausgas-Betrachtung Szenario 1 Szenario 2 mit Abwärme Szenario 2 ohne Abwärme Szenario 3 Szenario 4-1 Szenario 4-2 Szenario 4-3 mit Abwärme Szenario 4-3 ohne Abwärme kg CO2-Äq/kg P Folie 18

19 HANDLUNGSEMPFEHLUNGEN Folie 19

20 Handlungsempfehlungen Identifizierung Handlungsfelder Nachhaltiges Phosphormanagement Technische Maßnahmen Politische Maßnahmen Flankierende Maßnahmen Folie 20

21 Handlungsempfehlungen Technische Maßnahmen Umsetzung von Szenarien Forschung Entwicklung Phosphormanagement Forcierung Monoverbren. Kostner 2008 Nutzung Tiermehl K1 Monodeponie Aschen Folie 21

22 Handlungsempfehlungen Politische Maßnahmen Definierte Zielsetzung Phosphormanagement Kostner 2008 Steuerungsinstrumente Beimischungspflicht Zertifikatsmodelle Rückgewinn. gebot/-quote Marktregulat. Maßnahmen Folie 22

23 Handlungsempfehlungen Flankierende Maßnahmen Fraunhofer ISC Monitoring/ Information Ökologische Landwirtsch. Phosphormanagement Vermeidung P-Abflüsse Unterstützung Genehmigung Folie 23

24 Danksagung Das Vorhaben wurde durch Fördermittel des Bayerischen Staatsministeriums für Umwelt und Verbraucherschutz finanziert. Folie 24

25 FRAUNHOFER UMSICHT Abteilung Biologische Verfahrenstechnik Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Fraunhofer UMSICHT Institutsteil Sulzbach-Rosenberg An der Maxhütte Sulzbach-Rosenberg Internet: Dipl.-Ing. (FH) Sonja Wiesgickl Telefon: +49 (0) sonja.wiesgickl@umsicht.fraunhofer.de Folie 25