Phosphorquellen optimal nutzen

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1 Phosphorquellen optimal nutzen Die hydrothermale Carbonisierung verspricht energetische Vorteile gegenüber der thermischen Trocknung und ermöglicht auch zukünftig eine Mitverbrennung von Klärschlamm Von Thomas M. Kläusli und Stepan Kusche Thomas M. Kläusli ist Chief Marketing Officer AVA-CO2 Schweiz AG, Zug In Zukunft soll Klärschlamm in Deutschland gemäß dem Koalitionsvertrag aus ökologischen Gründen nur noch thermisch verwertet werden. Zudem erarbeitet das Bundesumweltministerium (BMU) zurzeit eine neue Klärschlammverordnung (AbfKlärV), in welcher ein Gebot zur Phosphor-Rückgewinnung aufgenommen werden soll. In der Schweiz wird mit der Revision der Technischen Verordnung über Abfälle (TVA) bereits ab dem 1. Januar 2016 die Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlämmen gesetzlich vorgeschrieben. Die EU hat zudem Phosphor auf die Liste der 20 kritischen Rohmaterialien aufgenommen. Seit dem 1. Januar 2015 ist es in Holland erlaubt, Recycling-Phosphor einzusetzen. Die hydrothermale Carbonisierung (HTC) eröffnet neue Möglichkeiten für die thermische Klärschlammverwertung. Dank einer effizienten Rückgewinnung des Phosphors aus der HTC-Kohle ist die Mitverbrennung von Klärschlamm in Form von phosphatfreien HTC-Kohle auch in Zukunft gesichert. Nachfolgend werden Ergebnisse einer Studie zur hydrothermalen Carbonisierung vorgestellt, an der die AVA-CO2 Schweiz AG als Industriepartner beteiligt war. Keywords: Klärschlamm, Klärschlammverordnung, TVA, Phosphor, hydrothermale Carbonisierung, Biokohle, HTC-Kohle Dipl.-Ingenieur Stepan Kusche ist Geschäftsführer der AVA-CO2 Forschung GmbH, Karlsruhe ReSource 3/ Der Flaschenhals des Lebens Phosphor ist der Flaschenhals des Lebens, schrieb der Biochemiker und Science-Fiction-Autor Isaac Asimow bereits 1959 [1]. Seine damalige Aussage hat nichts an Aktualität verloren. Denn Phosphor ist Bestandteil der Erbsubstanz, es steckt in Adenosintriphosphat, das für die Energieversorgung auf Zellebene verantwortlich ist und es ist Baustein von Knochen, Zähnen und Pflanzen. Phosphor ist damit Bestandteil für alles Leben auf der Erde. Die Krux: Phosphor ist endlich. Wann genau die Phosphorreserven zur Neige gehen ist umstritten. Laut der Studie World Phosphate Rock Reserves and Resources von 2010, reichen die Vorräte noch 300 bis 400 Jahre [2]. Andere Untersuchungen deuten jedoch an, dass die maximale Fördermenge bereits in 20 bis 25 Jahren erreicht sein könnte. Die landwirtschaftliche Nutzung von Klärschlamm, welche oft mit dem Kreislaufgedanken gerechtfertigt wird, ist aus ökologischen Gründen umstritten. Neben einer in vielen Teilen Europas bereits heute vorhandenen Überdüngung, bestehen berechtigte Ängste, dass mit dem Klärschlamm schädliche pathogene Stoffe in die Umwelt gelangen [3]. Neben diesen ökologischen Bedenken hat die Klärschlammausbringung einen weiteren Nachteil: Da der Phosphor im Klärschlamm durch den Einsatz von chemischen Fällungsmitteln bei der Abwasserbehandlung meist relativ stark gebunden ist, bleibt die kurzfristige Pflanzenverfügbarkeit des eingebrachten Phosphors in der Regel ungenügend. Für einen optimalen Pflanzenertrag muss in einigen Fällen sogar mineralischer Phosphordünger dazugegeben werden. Aus diesem Grund wird weltweit fieberhaft an der Phosphor-Rückgewinnung geforscht und nach Lösungen gesucht. Klärschlamm steht hier im Fokus, da der Anteil an Phosphor im Klärschlamm hoch ist. Aus technischer 19

2 Sicht ist die Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlammasche bereits heute möglich. Dies ist auch der Grund für die Vielzahl an bestehenden, oder geplanten Klärschlamm-Monoverbrennungsanlagen und unterschiedlichen Verfahren. Wegen der hohen Kosten und des enormen Aufwandes wird jedoch noch keines der verschiedenen Phosphor-Rückgewinnungsverfahren aus Klärschlammasche kommerziell eingesetzt. Aber auch der Weg der Phosphor- Rückgewinnung aus dem Klärschlamm ist technisch schwierig und wirtschaftlich nicht darstellbar. Eine flächendeckende Phosphor- Rückgewinnung aus Klärschlamm ist aus diesen Gründen wohl nur über entsprechende Verordnungen und Gesetze erreichbar. 2 Politische Rahmenbedingungen Nicht nur die Menge an Phosphatreserven geht zurück, auch die Qualität nimmt konstant ab. Bereits heute ist der Schwermetallanteil in gewissen Phosphatminen bedrohlich hoch geworden [4]. Die EU hat reagiert und Phosphor auf die Liste der 20 kritischen Rohmaterialien gesetzt [5]. In der Schweiz wird in der revidierten Technischen Verordnung über Abfälle (TVA) die Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm ab dem 1. Januar 2016 gesetzlich vorgeschrieben. Dabei soll die Übergangsfrist lediglich fünf Jahre betragen [6]. Auch in Deutschland wird das Thema einer gesetzlichen Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlamm derzeit intensiv diskutiert, da die landwirtschaftliche Verwertung in absehbarer Zeit durch die thermische Verwertung abgelöst werden wird. Das Bundesumweltministerium (BMU) bestätigte auf der 2nd European Sustainable Phosphors Conference (ESPC2) in Berlin am 5. bis 6. März 2015, dass ein entsprechendes Gebot zur Rückgewinnung in die novellierte AbfKlärV aufgenommen werden soll [7]. Das BMU beabsichtigt ein Recyclingkonzept zur Nutzung von Phosphor aus Abwasser und Klärschlamm der fachlichen Diskussion zuzuleiten und rechtlich verbindlich umsetzen. Dazu schlägt das BMU in Übereinstimmung mit der Bund/Länder- Arbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) folgende Rahmenbedingungen vor. c Nährstoffrückgewinnung hat dann zu erfolgen, wenn der Klärschlamm einen Phosphorgehalt von mindestens 12 Gramm (umgerechnet auf Phosphat: 30 Gramm) je Kilogramm Klärschlamm-Trockenmasse aufweist und der Klärschlamm einer Verbrennungsanlage zugeführt werden soll. c Unabhängig vom Phosphorgehalt gilt für Klärschlämme, die in Monoverbrennungsanlagen eingesetzt werden, dass die erzeugten Aschen unmittelbar zur Herstellung von Phosphordüngemitteln zu verwenden oder zu lagern sind, bis eine Nutzung der Asche (P-Gewinnung) erfolgen kann. c Grundsätzlich nicht zulässig ist eine Vermischung von Klärschlamm mit anderen Abfällen, Stoffen oder Materialien. In Ausnahmefällen können für Tiermehle, die ebenfalls hohe Phosphorgehalte aufweisen, zugelassen werden. c Angemessene Übergangsfristen sind einzuplanen. c Die Umsetzung der Regelungen sollte über die Verordnung auf der Ermächtigungsgrundlage des 11 KrWG erfolgen. c Konkrete Verfahren zur Durchführung einer Nährstoffrückgewinnung sollten nicht vorgegeben werden. Jedem Klärschlammerzeuger obliegt die Entscheidung, welches technische Verfahren er zur Phosphorrückgewinnung einsetzen möchte. Diskutiert werden die Gewinnung aus dem Abwasserstrom, aus dem phosphorreichen Klärschlamm, aus der Asche aus Monoverbrennungsanlage oder aus der Klärschlammkohle aus der hydrothermalen Carbonisierung [8], [10]. 3 HTC als Basis einer effizienten Klärschlammverwertung Die Grundlage einer energie-effizienten Trocknung von Klärschlamm sowie einer wirtschaftlichen Rückgewinnung von Phosphor könnte das Verfahren der hydrothermalen Carbonisierung (HTC) darstellen. Eine Studie, die die Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften mit finanzieller Unterstützung des Schweizerischen Bundesamtes für Umwelt und mit der Beteiligung der AVA-CO2 Schweiz AG als Industriepartner durchgeführt hat, stellt fest, dass die HTC gegenüber der thermischen Trocknung über 60 Prozent an thermischer und elektrischer Energie einsparen kann [9]. Da eine Phosphorrückgewinnung aus der HTC-Kohle möglich ist, kann dieser Wertstoff auch in Zukunft mitverbrannt werden. Die hydrothermale Carbonisierung beschreibt generell ein chemisch-physikalisches Verfahren, welches unter Druck und Temperatur wässerige organischer Materialien (Biomasse) in braunkohleartige Partikel umwandelt. Diese sogenannte wässerige Inkohlung findet bei Klärschlämmen bei etwa einem Druck von 23 bar, einer Temperatur von 210 Grad Celsius und einer Verweilzeit von circa vier Stunden statt. Während dieser Zeit laufen im Reaktor verschiedene chemische Reaktionen mit unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten teilweise parallel ab. Der erste Reaktionsschritt ist die Hydrolyse, also die Spaltung einer chemischen Verbindung durch die Reaktion mit Wasser. Sie stellt durch die Zerlegung der Biomasse eine große Anzahl an Reaktionspartnern im Reaktor zur Verfügung. Je nach vorgegebenen Prozessbedingungen bilden sich damit unterschiedliche chemische Verbindungen und Spaltprodukte. Die unter diesen Bedingungen gelösten Substanzen werden weiter unter Abspaltung von Wasser, Kohlenmonoxid und -dioxid umgewandelt und zersetzt. Liegen genügend gelöste, reaktive Reaktanden vor, führen Polymerisations- und Kondensationsreaktionen zu entsprechenden Kristallisationskernen, die die Ausgangsbasis für die sich anschließende Karbonisierung bilden. Die Qualität der HTC-Kohle hängt in erster Linie von substrat- und prozessspezifischen Parametern ab. Zu den wichtigsten Eigenschaften der Ausgangsmaterialien gehören etwa die Aufbereitung und Zusammensetzung der Biomasse, der Wassergehalt und das Verhältnis von organischen zu anorganischen Anteilen. Zur Einordnung eines erfolgreichen Prozessverlaufes dient das Inkohlungsdiagramm oder Van Krevelen Diagramm. Hier wird das molare Wasserstoff/ Kohlenstoff-Verhältnis über das molare Sauerstoff/Kohlenstoff- Verhältnis einer Biomasse aufgetragen und bewegt sich im Normalfall von rechts oben nach links unten. Die Abnahme der Wasserstoff- und Sauerstoffgehalte deutet auf die Bildung von Wasser, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid hin. Die Ingenieure stimmen die Prozessführung exakt auf die jeweiligen Biomasseeigenschaften ab und beeinflussen über eine vordefinierte Temperatur-Zeit-Führung und -Regelung im Reaktor sowie über eine intelligente Prozesswasserführung in der Gesamtanlage die hydrothermalen Carbonisierungsreaktionen. Im Einklang mit den weiteren resultierenden Prozessparametern wie dem Druck und dem ph-wert wird eine stabile Raum-Zeit-Ausbeute erzielt, die es nicht nur ermöglicht, qualitativ hochwertige Klärschlammkohle im industriellen Maßstab herzustellen, sondern während des gesamten Betriebs einer HTC-Anlage eine sehr homogene Biokohle herzustellen. Dies ist für die thermische Verwertung in der Industrie von großer Bedeutung. Dass die Prozesstechnik zuverlässig funktioniert, kann die Unternehmensgruppe an ihrem F&E-Standort in Karlsruhe nachwei- 20 ReSource 3/2015

3 sen. Um die erwähnte und beweisbare Redundanz sicher einhalten zu können, haben sich die Ingenieure für das Batch- beziehungsweise Multibatch-Verfahren entschieden. Der Vorteil des Batchbetriebes liegt in der stabilen Fahrweise, bei der beispielsweise keine sogenannten Kurzschlussreaktionen auftreten, durch welche die berechnete Reaktionsdauer nicht für die gesamte Biomasse garantiert werden kann, oder Wärmeübertragungsprobleme durch Anhaftungen sowie Belagbildung aufgrund von Strömungsgeschwindigkeitsgradienten. Die Nachteile bezüglich einer großen Industrie- beziehungsweise Entsorgungsanlage werden durch einen quasi-kontinuierlichen Multibatchbetrieb negiert und zu einem skalierbaren Vorteil gewandelt. Die Ingenieure nutzten diesen Umstand zur Entwicklung verschieden großer am Markt geforderter Industriemodule (siehe Abb. 1), zum Beispiel und Jahrestonnen MEKS (Mechanisch Entwässerter Klärschlamm) mit 25 Prozent Trockensubstanzgehalt. Die Module können zu beliebigen Größen und Jahrestonnagen zusammengestellt werden. Ein Segment eines Moduls (siehe Abb. 2) wird in Karlsruhe für Versuchsreihen verwendet und kann pro Batchdurchlauf circa eine Tonne Biokohle Trockensubstanz produzieren. Das Produkt aus dem Reaktor ist ein kohlehaltiger Schlamm, der sich im Vergleich zu den Ausgangsmaterialien im anschließenden Trennschritt sehr gut entwässern lässt. Tests beweisen, dass sich durch die hydrothermale Umsetzung des Klärschlammes sphärische Partikel mit hydrophoben Eigenschaften bilden. Die schnelle Wasserabgabe aus der Suspension und die erreichten Trockenrückstandsgrade von 70 Prozent belegen das Verhalten eindeutig. Die produzierten HTC-Klärschlamm-Kohlen weisen eine Steigerung der Energiedichten um circa 20 Prozent auf bis Kilojoule pro Kilogramm (kj/kg) auf, die denen der Braunkohlen entsprechen. Diese Werte gelten aber nur für den umgewandelten, organischen Anteil. Der real zur Verfügung stehende Heizwert der HTC- Kohlen reduziert sich durch den hohen Inertanteil in Klärschlämmen von bis zu 55 Prozent bestehend aus beispielweise Sand, Silt (Schluff) und Phosphaten und der verbleibenden Restfeuchte deutlich. (2) Um schon im Vorfeld eine Aussage über die Karbonisierbarkeit einer Biomasse treffen zu können, wird der HTC-Prozess anhand einer Analyse des Ausgangsmaterials simuliert. Abbildung 1: Verschieden große Industriemodule möglich Abbildung 2: HTC-0 Industriemodul, Standort AVA-CO2-Forschung GmbH Karlsruhe ReSource 3/ Phosphorrückgewinnung aus HTC-Kohle Im Hinblick auf die politisch gewünschte und in Zukunft gesetzlich geforderte Phosphorrückgewinnung stellte sich die Frage, ob eine Rückgewinnung von Phosphor aus dem HTC-Prozess oder aus der HTC-Kohle möglich wäre. Ein solcher Ansatz würde den Königsweg für die Verwertung von Klärschlamm darstellen, da zum einen die thermische Trocknung durch eine effizientere und energiesparendere hydrothermale Carbonisierung abgelöst werden könnte und zum anderen die Mitverbrennung in z. B. Zementwerken weiterhin möglich wäre, womit auf den Bau von Monoverbrennungsanlagen verzichtet werden könnte. Bei der Phosphor-Rückgewinnung konnte bereits die Studie der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) aufzeigen, dass die Rückgewinnung von Phosphor aus der Asche von HTC-Klärschlammkohle keine Nachteile gegenüber einer möglichen Rückgewinnung aus der Asche von thermisch verwertetem Klärschlamm aufweist. Im Gegenteil: Die Rückgewinnung aus der HTC-Asche ist gemäß den Ergebnissen der Studie dank der tieferen Alkalinität (die Alkalinität beschreibt das Säurebindungsvermögen, also die Menge basisch wirkender Kationen oder anderer säurebindender gelöster Stoffe) effizienter [10]. Die Rückgewin- 21

4 nung von Phosphor aus der HTC-Kohle entpuppte sich als noch deutlich effizienter. Den Schlüssel zu dieser Entwicklung stellt die veränderte chemische Struktur der HTC- Klärschlammkohle dar. Verschiedene Versuchsreihen zeigten, dass die sphärischen, hydrophoben Kohlepartikel zwar eine hohe Bindungsaffinität gegenüber den in der Klärschlammkohle eingelagerten Schwermetallverbindungen aufweisen, nicht aber zu den vorhandenen Phosphatverbindungen. Diese liegen lediglich schwach angelagert in Schlierenform vor und lassen sich zu Prozent durch einen Säureaufschluss (Acid-Leaching) in ein Substrat (Leachwasser) überführen. Der spezifische Säureverbrauch an Schwefelsäure liegt theoretisch (stöchiometrisch bestimmt) bei 4,8:1, das heißt es werden 4,8 Gramm Schwefelsäure (g H2SO4) für 1 Gramm rückgelösten Phosphor benötigt. Bedingt durch Stör ionen, aber auch durch die zum Beispiel unterschied liche Zusammensetzung (etwa durch verschiedene Fällungsmittel wie Aluminium und Eisen), kann diese Relation variieren (Abb. 3). Durch dieses einfache Trennverfahren wird der Metallanteil (85-90 Prozent), der in der Klärschlammkohle verbleit, von der im Leachwasser verbleibenden Phosphatfraktion getrennt: Beide stehen somit separat weiteren Veredelungsschritten zur Verfügung. Die Abbildung 4 stellt die wichtigsten Elemente in der flüssigen Phase (Leachwasser) und der festen Phase (Filterkuchen) dar. Es ist deutlich zu sehen, dass nach der Säure- Rücklösung über 90 Prozent des Phosphors im Filtrat zu finden sind, während die meisten Schwermetalle, mit Ausnahme von Cadmium, in der HTC-Kohle verbleiben. Die Klärschlammkohle wird in einem anschließenden Prozessschritt einer mechanischen Entwässerung unterzogen. Dank der Rücklösung des Phosphors, was zu einer Zerstörung von Hydrathüllen führt, werden Entwässerungswerte von bis zu 75 Prozent erreicht. In einem weiteren Schritt kann die HTC-Kohle auf bis zu 95 Prozent nachgetrocknet werden. Da die verbleibende Restfeuchte nur noch aus Oberflächenwasser besteht, kann die Nachtrocknung mit wenig Energieaufwand durchgeführt werden. Die trockene, phosphorfreie HTC-Klärschlammkohle kann somit auch nach einer allfälligen Verordnung zur Phosphorrückgewinnung in der Mitverbrennung eingesetzt werden. Insbesondere der Einsatz in Zementwerken stellt einen interessanten und effizienten Verwertungsweg dar. Der Sand-/Siltanteil wird im Zementwerk stofflich verwertet und die HTC-Klärschlammkohle kann aufgrund des verbesserten Heizwertes fossile Brennstoffe ersetzen und so den Kohlendioxid-Fussabdruck der Zementindustrie reduzieren. Der Phosphor kann auf zwei unterschiedliche Wege zu einem vermarktungsfähigen Produkt aufgearbeitet werden. 1 Über den Verfahrensschritt einer Membranfiltration lässt sich der Restanteil der Metallfraktion 10 bis 15 Prozent, die als gelöste Metallsalze vorliegen (etwa Aluminium und Eisen), von der Phosphorsäure abtrennen. Während die Metallsalze wie zum Abbildung 3: P-spezifischer Säureverbrauch bei verschiedenen HTC-Kohlen Abbildung 4: Verteilung von Phosphor, Kohlenstoff, Metallen in Filtrat und Filterkuchen Beispiel Metallsulfate als Fällungsmittel in die Kläranlagen zurückgeführt werden, findet die Phosphorsäure ihre Abnehmer in der Industrie. Die Qualität der Phosphorsäure, die bei diesem Prozess entsteht, ist dank der tiefen Schwermetallkonzentrationen heutiger industrieller Phosphorsäure überlegen. 2 Über den Verfahrensschritt der Zudosierung von Calziumhydroxidlösung kann als Alternative pflanzenverfügbares Calziumphosphat ausgefällt werden. Kürzlich durchgeführte Versuchsreihen an der FHNW in Basel bestätigen sowohl die technische Machbarkeit als auch die positive Düngewirkung des derart gewonnenen Calziumphosphates. Die Abbildung 5 verdeutlicht die unterschiedlichen Stoffströme und möglichen Synergieeffekte innerhalb der Kombination von hydrothermaler Carbonisierung und integriertem AVA cleanphos Prozess. 5 Vorteil Ökobilanz Die Autoren der Ökobilanz-Studie, Bättig et al. (2011) [11], verglichen mittels einer Multikriterienanalyse 15 verschiedene Verfahren der Klärschlammentsorgung. In der Multikriterienanalyse 22 ReSource 3/2015

5 Abbildung 5: Gesamtkonzeption HTC mit integriertem AVA-cleanphos-Prozess wurden wirtschaftliche, soziale und umweltbezogene Dimensionen betrachtet. Im damaligen Vergleich wurden unter anderem die Monoverbrennung, die Mitverbrennung in einem Heizkraftwerk, die Verbrennung in einer Müllverbrennung, die Entsorgung in der Zementindustrie, die Schlammvergasung, die Nassoxidation, die Vergärung und die Ausbringung in der Landwirtschaft verglichen. Das HTC-Verfahren wurde damals nicht berücksichtigt. Eine Studie der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften hat nachträglich die Umweltauswirkungen der HTC auf Basis der Multikriterienanalyse umfassend beurteilt und mit den fünf häufigsten thermischen Entsorgungswegen verglichen. Der Vergleich mittels Ökobilanz verfolgte zwei Ziele: 1) Identifikation der wichtigsten Beiträge zu den Umweltauswirkungen des HTC-Prozesses und Erarbeiten von Empfehlungen für eine Umweltoptimierung des HTC-Verfahrens. 2) Vergleich des HTC-Prozesses mit weiteren Verfahren der Klärschlammentsorgung aus Umweltsicht. Für die funktionelle Einheit und Systemgrenze der Ökobilanz wurde die Verarbeitung von 1 Kilogramm ausgefaultem Klärschlamm mit einem TS von 21,3 Prozent zu HTC-Kohle mit einem TS von 70 Prozent und einem Brennwert von 14 Megajoule pro Kilogramm (MJ/kg) festgelegt. Die entsprechende Systemgrenze umfasste das gesamte HTC-Verfahren inklusive Energieverbrauch für den HTC-Prozess, die erforderliche Infrastruktur und die Entsorgung des Prozesswassers. Das Bereitstellen des Klärschlamminputs und das Verbrennen der HTC-Kohle wurden nicht miteinbezogen. Der Vergleich zeigt relativ geringe Unterschiede zur thermischen Klärschlammtrocknung mit Abwärme. Sobald jedoch auch für den HTC-Prozess Abwärme für die Dampferzeugung verwendet wird, zeigt die Ökobilanz eine deutliche Überlegenheit der HTC gegenüber der thermischen Trocknung. Auch der Einsatz von HTC- Kohle, als Ersatz für fossile Energieträger, wie dies beispielsweise in Zement- und Stahlwerken möglich wäre, macht die HTC aus Sicht der Ökobilanz zur bevorzugten Technologie. Der Ersatz von fossilen Brennstoffen durch HTC-Kohle und die damit verbundene Reduktion von Treibhausgasemissionen wurde in einer Studie von Vogt & Fehrenbach (2012) untersucht. Die Studie identifizierte ein großes Klimaschutzpotenzial beim Ersatz von Heizöl durch HTC- Kohle in der Stützfeuerung von Schlammverbrennungsanlagen im Bundesland Berlin. Die ZHAW-Studie kommt zu dem Schluss, dass aus Sicht der Ökobilanz die Verbrennung von Klärschlamm in einer Müllverbrennungsanlage die höchsten negativen Umweltauswirkungen in Bezug auf Metalle & Mineralien, Eutrophierung, Humantoxizität und die Methode der ökologischen Knappheit verursacht. Im Gegenzug schneidet die Verbrennung von HTC- Kohle, in einem Zementwerk, in Bezug auf den Verbrauch von nicht erneuerbaren Energien, den Treibhausgasemissionen, Eutrophierung, Human- & Ökotoxizität und radioaktiven Abfällen besonders positiv ab. Die HTC in Kombination mit der beschriebenen Möglichkeit zur Phosphorrückgewinnung erlaubt genau dieses Szenario und stellt daher aus diesem Blickwinkel die effizienteste Technologie zur Klärschlammverwertung dar. 6 Hochleistungskohlenstoffe Hydrothermale Prozesse stellen die Basis für eine ganze Reihe von Produkten oder Anwendungsbereichen dar. Neben der thermischen Verwertung von HTC-Kohle ergeben sich auch unterschiedliche Möglichkeiten bei stofflichen Anwendungen. Hier steht insbesondere die Herstellung von sogenannten Hochleistungsstoffen wie Aktivkohle oder Carbon Black im Vordergrund. So haben beispielsweise erste Versuche beim Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) gezeigt, dass sich HTC-Klärschlammkohle ausgezeichnet eignet, Pulveraktivkohle für die Adsorption von Spurenstoffen herzustellen. Dies ist im Hinblick auf die Einführung der 4. Reinigungsstufe in Kläranlagen von Interesse. Die Laborergebnisse haben gezeigt, dass HTC-Klärschlammaktivkohle bei der Adsorption ähnlich Ergebnisse erzielt wie handelsübliche Pulveraktivkohlen. Eine Pilotphase in 2015 soll nun zeigen, ob die Laborergebnisse auch in einer Kläranlage repliziert werden können. 7 Fazit Das zukünftige Gebot zur thermischen Verwertung von Klärschlamm, welches im Koalitionsvertrag explizit erwähnt wird, gibt die Richtung vor wie Klärschlamm in absehbarer Zeit in Deutschland verwertet werden wird. Die HTC eröffnet hier neue Chancen und Möglichkeiten, um fossile Energieträger mit Klärschlammkohle zu ersetzen und so einen nicht unwesentlichen Beitrag zur Reduzierung des Kohlendioxid-Ausstoßes zu leisten. Die Ergebnisse der Studie des Schweizerischen Bundesamtes für Umwelt zeigen: Die hydrothermale Carbonisierung ist den herkömmlichen thermischen Trocknungsverfahren in Bezug auf die Energie- und Ökobilanz überlegen. Die Technologie der Phosphorrückgewinnung aus der HTC-Kohle ermöglicht zudem auch, nach einer zukünftigen Verordnung zur Phosphorrückgewinnung die Mitverbrennung, was zu zusätzlichen Kohlendioxid-Einsparungen durch den Ersatz fossiler Energieträger führen würde. Zudem ist die HTC-Technologie eine Alternative zu Monoverbrennungsanlagen mit entsprechenden Kosteneinsparungen. HTC-Anlagen erfüllen deshalb alle technologischen Voraussetzungen, um zu einem festen Bestandteil der Klärschlammverwertung zu werden. Literatur [1] Zitiert in: Laukenmann, Joachim (2013): Mit dem Klärschlamm das Überleben sichern. Phosphor ist wichtig für Mensch, Natur und Landwirtschaft. Recycling soll die drohende Knappheit des Schlüsselelements verhindern. In: sonntagszeitung.ch. Beitrag vom 6. September Im Internet: sonntagszeitung.ch/archiv/detail/?newsid= [2] Van Kauwenbergh, Steven: IFDC World Phosphate Rock Reserves and Resources. Im Internet: [Stand 9. März 2015] ReSource 3/

6 [3] Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland e.v. (Herausgeber) (2006): BUNDposition Klärschlamm. BUNDforderungen für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft im Einklang mit Gesundheits- und Bodenschutz. BUNDposition 41/2006 der BUND Bundesarbeitskreise Abfall, Landwirtschaft, Bodenschutz und Wasser, Seite 6-8. Bearbeiter: Bandt, Olaf; Prenzel, Thorben. Im Internet: [4] Laukenmann, Joachim (2013), a.a.o. (Fn. 1) [5] European Sustainable Phosphorus Platform - Phosphate rock in EU Critical Raw Materials list. Im Internet: news/359-phosphate-rock-in-eu-critical-raw-materials-list.html [Stand 9. März 2015] [6] Bundesamt für Umwelt (BAFU): 4. TVA-Newsletter zum Stand der TVA-Revision. Im Internet: [Stand 9. März 2015] [7] Bergs, Claus-Gerhard (BMU), Beitrag auf der Konferenz European Sustainable Phosphorus Platform, Berlin 5/6 März 2015 [8] Bergs, Claus-Gerhard (BMU), Beitrag auf Workshop Abwasser-Phosphor- Dünger, BAM, Berlin, 28/29. Januar 2014 [9] Krebs, R.; Baier, U.; Deller, A.; Escala, M.; Floris, J.; Gerner, G.; Hartmann, F.; Hölzl, B.; Kohler, C.; Kühni, M.; Stucki, M. Wanner, R. (2013): Weiterentwicklung der hydrothermalen Karbonisierung zur CO 2 -sparenden und kosteneffizienten Trocknung von Klärschlamm im industriellen Massstab sowie der Rückgewinnung von Phosphor. Schlussbericht UTF / IDM Herausgegeben von der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) [10] Hochschule Ostwestfalen-Lippe (Herausgeber) (2014): Verbesserte energetische Nutzung organischer Industrieabfälle durch HTC. Forschungsbericht, Höxter [11] Bättig, M.; Klingler, G.; Büsser, S.; Frischknecht, R.; Schulthess, R. v.; Küttel, P. (2011): Vergleich verschiedener Entsorgungswege des Klärschlamms aus der Region Luzern mittels Multikriterienanalyse und Ökobilanzen. Herausgegeben vom Bundesamt für Umwelt (BAFU), Kanton Luzern, Dienststelle Umwelt und Energie (uwe) und Recycling Entsorgung Abwasser Luzern (REAL), Zürich, Uster, Luzern, Schweiz. Kontakt: Thomas M. Kläusli AVA-CO2 Schweiz AG Baarerstrasse 20 CH-6304 Zug Tel tk@ava-co2.com Internet: Dipl.-Ing. Stepan Kusche AVA-CO2 Forschung GmbH Im Schlehert 14 D Karlsruhe Tel Internet: IMPRESSUM ReSource Abfall Rohstoff Energie Fachzeitschrift für nachhaltiges Wirtschaften ISSN: (Früher: MÜLLMAGAZIN ISSN: ) (Gegründet 1988 vom IföR-Institut) 28. Jahrgang 2015 Chefredakteur Professor Dr. Dr. h. c. Karl J. Thomé-Kozmiensky (verantw.) Redaktion Dr.-Ing. Stephanie Thiel, Dipl.-Pol. Bernhard Reiser Redaktionsbeirat Professor Dr.-Ing. Michael Beckmann, Technische Universität Dresden / Professor Dr. rer. nat. Matthias Finkbeiner, Technische Universität Berlin / Professor Dr.-Ing. Daniel Goldmann, Technische Universität Clausthal / Professor Dr.-Ing. Karl E. Lorber, Mon tanuniversität Leoben / Dipl.-Ing. Johannes J. E. Martin, Martin GmbH für Umwelt- und Energietechnik, München / Dipl.-Chem.-Ing. Luciano Pelloni, TBF + Partner AG Zürich / Dipl.-Ing. Christian Tebert, Ökopol GmbH, Hamburg / Prof. Dr. Andrea Versteyl, Andrea Versteyl Rechtsanwälte, Berlin Herausgeber und Verlag RHOMBOS -VERLAG, Bernhard Reiser Fachverlag für Forschung, Wissenschaft und Politik Kurfürstenstraße 15/16, D Berlin, Telefon: 030/ oder , verlag@rhombos.de, Internet: und Redaktionsanschrift TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky Dorfstraße 51, D Nietwerder Tel , Fax tkverlag@vivis.de Abonnentenbetreuung/Vertriebsleitung Özge Kartal (Anschrift siehe RHOMBOS -VERLAG) Telefon: 030/ ReSource@rhombos.de Anzeigen Özge Kartal (Telefon: 030/ , verlag@rhombos.de) Anschrift siehe RHOMBOS -VERLAG Es gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 26 vom Anzeigenschluß für ReSource, Heft 4, 2015, ist der 23. Oktober Satz/Layout: Gerhard Karle, Tel Druck: Druckhaus Humburg GmbH & Co. KG, Bremen Erscheinungsweise: ReSource erscheint vierteljährlich, jeweils zur Mitte eines Quartals (Febr., Mai, Aug., Nov.). Ein Abonnement gilt zunächst für vier Ausgaben und verlängert sich automatisch um ein weiteres Jahr, wenn es nicht sechs Wochen vor Ablauf des Bezugszeitraums schriftlich gekündigt wird. Bezugspreise Einzelheft 20, Euro, incl. Versandkosten und MwSt. Jahresabonnement Inland 62, Euro, incl. MwSt. und Versand, Jahresabonnement Ausland 72, Euro), incl. Versand, ohne MwSt. Für Bezieher in Ausbildung 35, Euro, incl. MwSt. und Versand. Ausbildungsnachweis erforderlich. Bei Luftpostlieferungen ins Ausland erfolgt ein Zuschlag auf die Versandkosten. 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