Ökologische Bewertung der Klärschlammentsorgung

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1 Ökologische Bewertung der Klärschlammentsorgung Aktualisierung und Erweiterung bisheriger Studien Horst Fehrenbach Zusammenfassung Im Rahmen einer Aktualisierung der Arbeiten des MUNLV zum Thema Klärschlamm [1] wurden auch die früheren ökobilanziellen Untersuchungen [2] ergänzt und neu bearbeitet. Diese aktuelle Arbeit bestätigt die grundsätzliche Richtung der ersten Ö- kobilanz, bezieht aber auch weitere Alternativen ein. So wurde der Kreis der Mitverbrennungsoptionen um Zementwerke ergänzt, die sich im Ergebnis vergleichbar mit den Kraftwerken darstellen. Bezüglich der Vorbehandlungsverfahren zeigt sich eine Solartrocknung vor einer Verbrennung als deutliche Verbesserung der ergiebilanz. Grundsätzlich günstig bewertet wird auch das Schilfbeetverfahren. Erstmals bewertet wurden außerdem zwei Ansätze zur P-Rückgewinnung: 1. ein Verfahren zur Schlammbehandlung, das weniger ergieaufwand, dafür aber eine geringe P- Ausbringung hat, 2. ein Verfahren zur Aschebehandlung (nach Monoverbrennung) mit hohem Aufwand, dafür aber hoher P-Ausbringung. Beide Ansätze führen zur Schonung von P-Ressourcen und sind gleichzeitig mit minimalen Schadstoffeinträgen in den Böden verbunden. 1 Einführung Im Jahr 2001 hatte das nordrhein-westfälische Umweltministerium (MUNLV) eine vom ifeu-institut Heidelberg erarbeitete Ökobilanz zur Klärschlammentsorgung veröffentlicht [2]. Darin fand die stoffliche Verwertung kommunaler Klärschlämme gegenüber einer alternativen Verbrennung eine in der Tendenz deutlich ungünstigere Bewertung. Dies war damals mit ein Auslöser einer intensiven Diskussion zum Thema der Klärschlammentsorgung. tsorgungsoptionen für Klärschlamm wurden bereits in mehreren Ökobilanzarbeiten bewertet. Schon in den frühen 90er Jahren hatte das ifeu-institut für das Bundesland Bremen eine umfangreiche Systemanalyse durchgeführt [3]. Andere Länder wie Schleswig-Holstein haben im Anschluss an die NRW-Studie vergleichbare Ökobilanzen durchführen und dabei weitere Optionen bewerten lassen [4]. Von Seiten des MUNLV wurden angeregt durch die Diskussion seit 2001 verschiedene Arbeiten zum Thema Klärschlamm durchgeführt. Diese Arbeiten wurden

2 H. Fehrenbach jüngst in einer gemeinsam mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) der RWTH Aachen erstellten Monographie zusammengeführt und einer Aktualisierung unterzogen [1]. Die Ergänzungen und Aktualisierung zum Thema Ökobilanz sind Inhalt des hier vorliegenden Tagungsbeitrages. 2 Ziel, Rahmen und Vorgehensweise Die akteulle ökobilanzielle Bewertung erfolgt vor dem Hintergrund der aktuell laufenden Diskussion zur Neuordnung der tsorgungspraxis für kommunale Klärschlämme. Für die stoffliche Verwertung auf Böden wird zurzeit eine Verschärfung der Grenzwerte diskutiert. Vorschläge wurden außer von BMU/BMVEL [5], dem ATV- DVWK [6], dem VDLUFA [7] und auch vom MUNLV [8] vorgelegt. Auch wenn bei Redaktionsschluss dieser Arbeit unklar ist, welche Werte in Zukunft gelten werden, so ist eine Verschiebung der Stoffmengen von der Verwertung auf Böden hin zu einer Verbrennung oder ähnlichen tsorgung sehr wahrscheinlich. Vor diesem Hintergrund soll an dieser Stelle bewertet werden, ob und in welche Maße die Alternativen zur landwirtschaftlichen und landschaftsbaulichen Verwertung ökologisch vorteilhafter sind. Dazu werden die Daten der ersten NRW-Ökobilanz [1] aktualisiert und die Auswahl der Optionen den neueren twicklung nach ergänzt. In diesem Zusammenhang soll auch die Zukunftsoption der Phosphor-Rückgewinnung mit untersucht werden. 2.1 Bilanzumfang Als Bezugsgröße liegt dieser Arbeit die Gesamtheit der in Nordrhein-Westfalen zur tsorgung anfallenden kommunalen Klärschlämme zu Grunde. Für das Jahr 2003 sind dies rund t Trockenmasse Klärschlamm. Der Bilanzraum der vergleichenden ökologischen Bilanzierung umfasst aus den oben genannten Gründen den gesamten Verfahrensablauf der Reinigung kommunalen Abwassers mit der Erzeugung eines stabilisierten Klärschlamms und dessen tsorgung. Für einen Vergleich der tsorgungsoptionen ist zunächst als Anfangspunkt ein (aerob oder anaerob) stabilisierter Klärschlamm ausreichend. Jeder tsorgungsweg setzt diesen Status voraus. Bezieht man jedoch die Phosphor-Rückgewinnung in Betracht, so muss die Systemgrenze zumindest dann früher ansetzen, wenn die P- Gewinnung aus dem Abwasserstrom heraus oder während der Schlammerzeugung erfolgt. Dies trifft für fünf der sieben der betrachteten Verfahren zu. Als dpunkt der tsorgung des Klärschlamms wird im Falle des Einsatzes in der Landwirtschaft oder im Landschaftsbau die Aufbringung auf den Boden angesetzt,

3 wobei zeitlich nachfolgende, von selbst ablaufende Prozesse, soweit möglich abgebildet werden sollen. Bei den Verbrennungsoptionen wird der Betrachtungsrahmen bis zur Beseitigung von Abfällen, die im Verbrennungsprozess anfallen, gezogen. Dabei werden, wie auch bei der MBA-Option mit Deponie, die bestimmungsgemäßen langfristigen Aufwendungen und Auswirkungen der Ablagerung (Sickerwassererfassung und Behandlung, Ableitungen in Vorfluter) berücksichtigt. Vergleicht man verschiedene Systeme bzw. deren Umweltauswirkungen, muss zwischen diesen Systemen eine Nutzengleichheit herrschen. Da die betrachteten tsorgungsoptionen zu unterschiedlichen Nutzen führen (z.b. ersetzt landwirtschaftlich verwerteter Klärschlamm mineralische Düngemittel, eine Verbrennung ersetzt im Falle von ergieüberschuss ggf. primäre ergieträger), müssen die ersetzten primären Produktionsprozesse mit in den Bilanzraum einbezogen werden. Die eingesparten Primärprozesse werden als Äquivalenzprozesse bezeichnet. Die mit ihnen verbundenen Umweltwirkungen werden dem entsprechenden tsorgungssystem gutgeschrieben. 2.2 Wirkungsabschätzung Um das in aller Regel sehr umfangreiche Datenwerk der Sachbilanz auf eine überschaubare Anzahl an zu bewertenden Daten zu konzentrieren, werden alle in die Umwelt freigesetzten oder von der Umwelt entnommenen Stoffe mit gleichartiger Wirkung zusammengefasst (Klassifizierung, z.b. Kohlendioxid und Methan tragen zum Treibhauseffekt bei). Ist bekannt, in welchem Maße die verschiedenen Stoffe zur jeweiligen Wirkung beitragen, können diese nach Verrechnung mit Äquivalenzfaktoren aggregiert werden (Charakterisierung, 1 kg fossiles Methan hat die gleiche Wirkung wie 25,8 kg Kohlendioxid). Bei der Auswahl der Wirkungskategorien wird Bezug auf die vergleichbaren Ökobilanzstudien zur Klärschlammentsorgung genommen. Zusätzlich zu den grundsätzlichen Themen wie Treibhauseffekt, Versauerung und Eutrophierung, wird auch die Kategorie Humantoxizität betrachtet. Diese wird in der vorliegenden Arbeit durch drei Indikatoren repräsentiert: krebserzeugende Stoffe, Quecksilber und Feinstaub. Mit Blick auf die spezifischen Umweltaspekte der stofflichen Klärschlammverwertung werden zwei weitere Wirkindikatoren betrachtet: Die Beanspruchung der mineralischen Ressource Phosphaterz und der Eintrag von Schadstoffen in das Umweltschutzgut Boden. Mineralischen Ressourcen wird in Ökobilanzen in aller Regel wenig Bedeutung zugemessen, da sie vorwiegend als ökonomische Güter aufgefasst werden. Tatsächlich sind sie als elementare Stoffe nicht zerstörbar. Durch ihren Abbau und ihre Nutzung können ist jedoch in dem Maße dispers verteilt werden, dass sie als wirtschaftlich abbauwürdige Lagerstätten nicht mehr zur Verfügung stehen. Für die derzeit abbauwürdigen Phosphorlagerstätten (je nach Qualität) wird eine Reichweite von wenigen Jahrzehnten angesetzt. Auf der anderen Seite ist Phosphor als elfthäufigstes Element der Erdkruste und darin mit 0,1 % enthalten in einem

4 H. Fehrenbach durchschnittlichen Ackerboden in Deutschland liegt sein Gehalt eine Größenordnung niedriger. Ein in der Mehrzahl der Ökobilanzstudien kaum berücksichtigtes Umweltmedium stellt der Boden dar. Als Wirkungsendpunkt wird er zwar über terrestrische Eutrophierung und Versauerung tangiert, aber die Vielzahl an direkten und indirekten Wirkungen durch Eintrag toxischer Stoffe in Böden ist zumeist ausgeblendet. Im hier vorliegenden Fall der Klärschlammentsorgung, in welchem ein direkter Eintrag ein Kernelement der zu bewertenden Optionen darstellt, ist es unumgänglich, diesen Aspekt in die Wirkungsabschätzung und Auswertung einzubeziehen. Der Eintrag von toxischen Stoffen in den Boden steht hier als eigene Kategorie für einen Komplex aus zahlreichen negativen Wirkungen: z.b. direkte toxische Wirkungen für das Boden-Ökosystem, Schadstofftransfer in andere Medien (Nahrungspfad, Verfrachtung in Gewässer, Anreicherung im Boden selbst). Wie bei den Kategorien Human- und Ökotoxizität handelt es sich um Wirkungspotenziale und um die Betrachtung von Einzelstoffen. 2.3 Bewertung Der zur Anwendung kommende Bewertungsansatz wurde am Umweltbundesamt entwickelt [9]. Ihm liegen zwei, der ISO entnommene, Elemente zu Grunde: Normierung (spezifischer Beitrag): welche Bedeutung ist den Unterschieden zwischen den Systemen beizumessen, vergleicht man sie mit den aktuellen Gesamtemissionen bzw. verbräuchen in Deutschland. Rangbildung (ökologische Gefährdung und Abstand zum Schutzziel): welche Bedeutung ist den einzelnen Kriterien nach Stand der Wissenschaft wie auch der Sensibilität der Öffentlichkeit oder der Politik auch mit Blick auf die politische Zielerreichung zuzumessen. Der spezifische Beitrag, der sozusagen das rechnerische Ergebnis der Bilanzierung darstellt (Normierung der Wirkungsabschätzung), wird hier in absoluter Größe in der Einheit Einwohnerdurchschnittswerte (EDW) ausgedrückt. Der Einwohnerdurchschnittswert stellt die mittlere Pro-Kopf-Last eines Bundesbürgers dar (z.b. 12 t CO 2 - Äquivalente pro Jahr). Teilt man die Last einer Verwertungsoption bzw. den Unterschied zwischen zwei Optionen durch diesen Wert, so erhält man die Anzahl an Einwohnern, die der Option oder dem Unterschied entspricht. Das zweite qualitative - Element wird unabhängig von der einzelnen Ökobilanz allgemein definiert. Dazu wird gemäß der UBA-Methode jeweils in fünf Klassen unterteilt. In diese fünf Klassen werden je nach Bedeutung die Wirkungskategorien eingeordnet (Rangbildung der Wirkungskategorien: Klasse A für sehr große, B für große, C für mittlere, D für geringe und E für sehr geringe Bedeutung). Treibhauseffekt z.b. wird angesichts der sowohl globalen als auch gravierenden Wirkung und

5 der vermutlichen Irreversibilität eine sehr große ökologische Gefährdung zugewiesen, angesichts der stockenden Minderung der issionen und der damit kaum erreichbaren politischen Zielsetzungen wird auch ein sehr großer Abstand zum Schutzziel angesetzt. Tab. 1: Gesamtemissionen und -verbräuche in der Bundesrepublik Deutschland umgelegt auf einen Einwohner (Einwohnerdurchschnittswert, EDW) sowie Bewertungsvorschlag des UBA zur ökologischen Bedeutung. Normierung Pro-Kopf-Belastung Rangbildung Ökologische EDW Quelle: Bedeutung Fossile ergieressourcen 145,5 GJ/a (a) mittel Phosphorerz 21 kg/a (c) gering Treibhauseffekt kg CO 2 Äq/a (a) sehr hoch Eutrophierung, terr. 5,1 kg PO 4-3+ Äq/a (a) hoch Eutrophierung, aquatisch. 4,7 kg PO 4-3+ Äq/a (e) mittel Versauerung 37,6 kg SO 2 Äq/a (a) hoch Karzinogene issionen 4,6 g As Äq/a (b) sehr hoch Quecksilber (luftseitig) 0,38 g/a (a) hoch Feinstaub (PM10) 28,7 kg PM10 Äq./a (a) hoch Eintrag von Blei in den Boden 11 g/a (d) mittel Eintrag von Cadmium in den Boden 0,86 g/a (d) hoch a) UBA - Daten zur Umwelt 2000 b) Berechnung ifeu c) Statistisches Bundesamt d) ifeu/plancotec UBA Forschungsvorhaben (FZK ) e) UBA-Texte 82/03 Ökologische Bedeutung nach UBA [1999] für fossile Ressourcen, Treibhauseffekt, Versauerung, Eutrophierung; Begründung für die Rangbildung der anderen Indikatoren: Phosphaterz: Trotz der dlichkeit der derzeit beanspruchten Lagerstätten wird Phosphat letztendlich nicht zerstört, sondern ungünstigstenfalls dispers in der Umwelt verteilt. Durch effizientere Düngeweise und quasi Wegfall des Phosphatverbrauchs im Waschmittelsektor ist die Beanspruchung rückläufig D Krebsrisikopotenzial: gravierende, nicht reversible gesundheitliche Wirkung, keine Wirkungsschwelle, betrachtete Stoffe persistieren und akkumulieren in der Umwelt, issionen zwar rückläufig, aber Abstand zu Zielwerten (z.b. LAI) noch weit A Feinstaub: Nach jüngeren Erkenntnissen führen Staubpartikel von <10µm zu erheblichen Gesundheitsgefahren, Wirkung lokal regional, keine Persistenz B Quecksilber: toxisch hoch wirksames Metall, tendiert zu Anreicherung in der Umwelt B Blei in Boden: mittelschwere Wirkung, praktisch irreversibler Eintrag, aber lokal begrenzt, rückläufige Einträge durch Minderung in Luft und Sekundärdüngemitteln C Cadmium in Boden: schwere Wirkung, praktisch irreversibler Eintrag, aber lokal begrenzt, rückläufige Einträge durch Minderung in Luft und Sekundärdüngemitteln B

6 H. Fehrenbach 3 Zusammensetzung der Klärschlämme Zur Beschreibung der stofflichen Zusammensetzung von Klärschlamm in Nordrhein- Westfalen liegen verschiedene, z.t. sehr umfangreiche, Quellen vor. Zunächst ist das LUA-Kataster NIKLAS-IGL zu nennen, in welchem Daten zum Schlamm jeder einzelnen Kläranlage im Land dokumentiert sind. Des Weiteren steht das umfassende Messprogramm des LUA aus den Jahren 2001 und 2002 zur Verfügung. Ergänzt werden die für die Untersuchung zu Grunde gelegten Werte durch eigene Recherchen von ISA und ifeu. Die festgelegten Referenzwerte sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Darin sind auch die derzeit noch geltenden Grenzwerte der Klärschlammverordnung (AbfKlärV 1992), sowie die Grenzwertvorschläge des MUNLV für Schwermetalle [8] und Organik [10] enthalten. Tab. 2: Rechenwerte für kommunalen Klärschlamm in Nordrhein-Westfalen. Stoff(-eigenschaften) alle Werte bezogen auf Trockenmasse Referenzwerte Grenzwerte AbfKlärV 1992 Vorschläge MUNLV 2004/2005 [8,10] Organik (otr) % 50 Stickstoffgehalt, Gesamt-N % 6,5 b) Phosphorgehalt (als P 2 O 5 ) % 5 Kaliumgehalt (als K 2 O) % 0,3 b) Magnesiumgehalt (als MgO) % 1 Kalziumgehalt (als CaO) % 10 Arsen mg/kg 5 a) Blei mg/kg Cadmium mg/kg 1,68 10/5 1,2 Chrom mg/kg Kupfer mg/kg Nickel mg/kg Quecksilber mg/kg 0,84 8 0,8 Zink mg/kg / AOX (als Cl) mg/kg PCB Summe (6) mg/kg 0,091 1,2 0,05 Dioxine/Furane ng TE/kg Chlorphenole Triclosan mg/kg 3,4 0,5 3 Moschusverb. Galaxolid mg/kg 5,92 5 Tonalid mg/kg 2,65 2 Organozinnv. Monobutylzinn mg/kg 0,17 0,1 0,2 Dibutylzinn mg/kg 0,22 0,01 0,15 Tributylzinn mg/kg 0,033 0,005 0,03 PBDE PentaBDE mg/kg 0,048 0,04 DecaBDE mg/kg 0,57 0,3 PAK Benzo(a)pyren mg/kg 0,47 0,04 0,3 Chrysen mg/kg 0,64 0,4 Phthalate DEHP mg/kg 27, Tenside LAS mg/kg Nonylphenol mg/kg 21, a) keine Angabe für Klärschlamm aus Nordrhein-Westfalen, Schätzwert ifeu b) Wert vor twässerung

7 4 Betrachtete tsorgungswege Der Weg des Klärschlamms von der Erzeugung auf der Kläranlage bis zur schlussendlichen tsorgung verläuft in aller Regel über mehrere Prozessschritte. Diese können grundsätzlich in vielfältiger Form kombiniert werden. Tabelle 3 zeigt sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten auf, aus denen Fallvarianten für die hier vorliegende Bewertung ausgewählt werden. Darüber hinaus gehende Kombinationsmöglichkeiten sind im Übrigen nicht völlig auszuschließen. So kann auch mit Polymeren entwässerter Schlamm landwirtschaftlich verwertet werden. Dies wird jedoch wegen des Restanteils an stark toxischen Monomeren in den organischen Flockungshilfsmitteln stark problematisiert. Umgekehrt können auch mineralisch entwässerte Schlämme verbrannt werden, doch lehnen Betreiber von Verbrennungsanlagen diese Praxis grundsätzlich ab, da sie gegenüber organischen Präparaten den Ascheanteil erhöht und den Heizwert absenkt. Ebenso wenig ist es vernünftig anzunehmen, aufgekalkter oder kompostierter Schlamm gehe in eine Verbrennung oder MBA. Tab. 3: Kombinationsmöglichkeiten der Basisoptionen mit vor- und nachgelagerten Prozessschritten. keine min. FHM polym. FHM thermisch solar Abwasser Schlamm Asche twässerung Aufkalkung Trocknung Kompo stierung Schilfbeetvererdung Phosphor- Rückgewinnung Landwirtschaftliche Verwert. Landschaftsbauliche Verwert. Verbrennung Mono MVA Braunkohlekraft Steinkohlekraft. Zementwerk Mech. biol. Abfallbehandlung Erläuterung: Die tsorgungsoption in der Regel erforderlicher Prozessschritt, wird in dieser Kombination als Fallvariante modelliert und bewertet Alternativer Prozessschritt, in dieser Kombination als zusätzliche Fallvariante modelliert und bewertet Grundsätzlich mögliche Variante, wird nicht als eigenständige Fallvariante modelliert und bewertet

8 H. Fehrenbach Aus Tabelle 3 wurden folgende Fallvarianten für die Untersuchung herausgearbeitet: L1 L2 L3 MoV1 MoV2 MoV3 MiV1 MiV2 MiV3 MiV4 MiV5 MiV6 MiV7 MiV8 MBA Landwirtschaftliche Verwertung (mech. entwässerter Schlamm, mineral./organ. FHM) Landschaftsbauliche Verwertung (Basisvariante, mech. entwässerter Schlamm, überwiegend organische FHM) Untervariante mit Schilfbeetvererdung Monoverbrennung (Basisvariante, mech. entwässerter Schlamm, organ. FHM, Zugabe von fossilen Brennstoffen) Untervariante mit thermischer Trocknung aus eigener Abwärme Untervariante mit Rückgewinnung von Phosphor aus der Asche Mitverbrennung in einer MVA (Basisvariante, mech. entwässerter Schlamm, organ. FHM, thermischer Trocknung aus eigener Abwärme) Mitverbrennung in einem Braunkohlekraftwerk (Basisvariante, mech. entwässerter Schlamm, organ. FHM, keine spezifische Hg-Minderung) Untervariante mit spezifischer Hg-Minderung Untervariante mit twässerung und Teiltrocknung über Schilfbeetvererdung Untervariante mit Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm Mitverbrennung in einem Steinkohlekraftwerk (Basisvariante, mech. entwässerter Schlamm, organ. FHM, thermischer Trocknung aus eigener Abwärme) Untervariante mit solarer Klärschlammtrocknung Mitverbrennung in einem Zementkraftwerk (mech. entwässerter Schlamm, organ. FHM, thermischer Trocknung aus eigener Abwärme) Mitbehandlung in einer MBA (mech. entwässerter Schlamm, organ. FHM, anaerob/aerobe Behandlung, Deponierung nach 4 AbfAblV) Beispielhaft ist in Abbildung 1 eine der Fallvarianten (MoV1, Monoverbrennung, Basisvariante) mit einer schematischen Darstellung des Stoffstroms und des Bilanzraums gegeben.

9 MoV1 Klärschlamm nass, stabilisiert R Bereitstellung twässerungshilfsmittel twässerung Filtrat / Zentrat Kläranlage tsorgungssystem R Kohlestaub Bereitstellung Hilfsmittel Lkw-Transport Mono-Verbrennung in Wirbelschicht Nutzen: Strom Transport Versatz / Deponie Äquivalenzsystem Feststoffstrom Wasserstrom R Kraftwerkspark Deutschland Brennstoffbereitstellung + Transport R Rohstoffbeanspruchung ergiebeanspruchung, inkl. Bereitstellung der ergieträger ission Abbau Kohlelagerstätte Gaslagerstätte Uranlagerstätte Erdöllagerstätte Abb. 1: Schema für das Szenario MoV1 Monoverbrennung

10 H. Fehrenbach 5 Ergebnisse Mit Blick auf die kompakten Normierung wie Rangbildung kombinierenden Darstellungen in Tabelle 5 lassen sich die Ergebnisse der erweiterten und aktualisierten Ökobilanz wie folgt zusammenfassen: 1) Es wird deutlich, dass der Einsatz im Landschaftsbau in der Weise, wie er sich in den vergangenen Jahren als typisch darstellt (Mischung entwässerten Klärschlamms mit anderen Materialien und Aufbringung als Rekultivierungsschicht auf Halden und Tagebauflächen als Szenario L2) durchweg in allen Wirkungskategorien und indikatoren ungünstig abschneidet und an keiner Stelle einen nennenswerten Umweltvorteil gegenüber den Alternativen zeigt. 2) Für die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm (L1) lässt sich gegenüber allen anderen Optionen die Schonung von Phosphaterzressourcen als wesentlicher Vorteil herausstellen. Zwar wird dieser Indikator im Vergleich zu den anderen Umweltwirkungen mit einer geringen Bedeutung belegt, doch zeigen die Einsparpotenziale mit 5,2 Mio. EDW einen erheblichen Wirkungseinfluss. Voraussetzung ist allerdings die Gewähr der guten fachlichen Praxis beim Düngen und zumindest langfristig die vollständige Verfügbarkeit des im Klärschlamm enthaltenen Phosphors. Durch die Nutzung als P-Dünger gestaltet sich für diese Option ferner der Eintrag von Cadmium in den Boden vergleichsweise günstig. Am Beispiel Blei (4,4 Mio. EDW) zeigt sich jedoch exemplarisch die Problematik für nahezu alle übrigen Schadsubstanzen. Das sind alle Schwermetalle (außer Chrom) und alle organischen Schadstoffe, von denen eine Vielzahl ausschließlich über den Klärschlammweg auf den Boden gelangt (z.b. Organozinnverbindungen, Phthalate). Aufgrund der sehr lückenhaften Gesamtinventardaten sind diese schwer in eine Ökobilanzbewertung einzubeziehen. Ungünstig ist ferner die Bilanz an versauernden und eutrophierenden issionen. Ursache ist die vergleichsweise hohe Freisetzung an Ammoniak (NH 3 ) aus dem Klärschlamm gegenüber mineralischen Stickstoffdüngern. Bezüglich toxischer issionen stellt sich das Ergebnis der landwirtschaftlichen Verwertung zunächst günstig dar. Dies beruht z.t. auch auf Wissenslücken. So ist derzeit nicht abzuschätzen, in welchem Umfang auf Böden ausgebrachtes Quecksilber durch Verdampfung und Resuspension in die Luft gelangt. Unterstellt man 10 %, so ist die issionsrate bereits in dem Bereich der Mitverbrennung in Braunkohlekraftwerken. 3) Die Monoverbrennung (MoV1 bis 3) ist im Kontext toxischer Belastungen günstiger als die konventionelle Mitverbrennung in Kraft- oder Zementwerk. Die nach den hier getroffenen Systemannahmen eher ungünstige ergiebilanz (plus die feuerungstypischen Lachgasemissionen) führen zu einem Manko im Treibhauseffekt um die EDW gegenüber der landwirtschaftlichen Verwertung, um die EDW gegenüber der Mitverbrennung.

11 4) Die Mitverbrennung in einer MVA (MiV1) unterscheidet sich von der Monoverbrennung vor allem durch höheren ökologischen Ertrag aus der ergiegutschrift. Die von den Klärschlamm einsetzenden MVA in NRW faktisch betriebene Fernwärmenutzung entlastet insbesondere durch die substituierten Öl- und Gasheizungen. Auf den Aspekt der Verwertung der Schlacke und dem damit verbundenen mehr oder weniger kontrollierten Austrag der Schwermetalle in den Oberboden wurde bereits hingewiesen. Von der Qualität ist dieser Sachverhalt sicher nicht vergleichbar mit der direkten Ausbringung (L1 bis L3), von der Quantität her durchaus. 5) Die Mitverbrennung in Kohlekraftwerken (MiV2 bis 7) zeichnet sich durch die Möglichkeit der optimalen ergieeffizienz aus, die sich im Treibhauseffekt am deutlichsten niederschlägt. Am größten ist hier der Vorteil, wenn der Klärschlamm ohne fossilen ergieeinsatz oder Eigendampfverbrauch vorgetrocknet wird (MiV4 über Schilfbeetvererdung oder MiV7 über Solartrocknung). Dies kann auch über Strahlungswärme der Kraftwerksasche erfolgen. Die Nachteile liegen auf der Seite der toxischen issionen, namentlich Quecksilber. Die für Steinkohlekraftwerke pauschal angesetzte höhere issionsrate kann im Einzelfall niedriger liegen. Hier sind außerdem Verfahrensführungen in twicklung, diese Rate weiter abzusenken. Braunkohlekraftwerken wird eine geringere Rate zugewiesen. Außerdem zeigt das Beispiel der spezifischen Hg- Rückhaltung über Herdofenkoks (MiV3) verschiedene positive Effekte: Neben einer Annäherung in der Hg-ission auf unter EDW gegenüber der Monoverbrennung weist diese Option den Vorteil der Minderung über den gesamten Abgasstrom auf. 6) Die Mitverbrennung in Zementwerken (MiV8) verhält sich in vielfacher Weise sehr ähnlich wie die Mitverbrennung in Steinkohlekraftwerken. Die Möglichkeiten der weitergehenden Hg-Minderung beschränken sich hier jedoch auf die Absenkung der Abgastemperatur. Die stofflichen Gutschriften (Kalk etc.) tragen gegenüber dem Heizwert nur kleinere Zusatzvorteile zur Bilanz bei. 7) Die MBA mit anaerober/aerober Variante zeigt im Vergleich zu den Verbrennungsvarianten überwiegend Vorteile. Allerdings ist hierzu ein vergleichsweise hoher Bedarf an Deponievolumen in Kauf zu nehmen. Günstig wirken sich insbesondere folgende Faktoren aus: Günstige ergiebilanz wegen zusätzlicher Biogasgewinnung Langfristige Stabilisierung nicht umgewandelten Kohlenstoffs im Deponiekörper. Die intensive Abluftreinigung. 8) Das mit dem Verfahren der Schilfbeetvererdung erzeugte Produkt (mineralisierte und teilgetrocknete Klärschlammerde) kann grundsätzlich jeder der tsorgungsoptionen zugeführt werden. Daher werden hier zwei Varianten betrachtet: 1. die Nutzung im Garten- und Landschaftsbau (L3) und 2. die Verbrennung

12 H. Fehrenbach in einem Braunkohlekraftwerk (MiV4). Zunächst zeichnen sich die Ergebnisse der Szenarien mit Schilfbeetvererdung gegenüber allen anderen Optionen durch deutlich geringere issionen in Gewässer aus. Eine um bis zu EDW geringere Belastung als bei allen anderen Optionen mit mechanischer twässerung ergibt sich dadurch bei aquatischer Eutrophierung. Darüber hinaus zeigt die stoffliche Verwertung der Klärschlammerde (L3) gegenüber L2 Vorteile durch den geringeren ergieverbrauch und die angenommene Produktqualität (Substitution von Torf und Rindenhumus). Keinen Einfluss hat dies allerdings auf die Ergebnisse in der Kategorie Eintrag in den Boden hier sind die Nachteile gleich denen von L2. Für die Verbrennung von Klärschlammerde (MiV4) wiederum führt die Teiltrocknung zu einer Verbesserung der ergiebilanz und damit der Klimabilanz (um EDW weniger Treibhausgase als MiV2). 9) Die Phosphorrückgewinnung wurde in zwei auf sehr unsicheren Datengrundlagen modellierten Varianten betrachtet. Die Rückgewinnung aus Asche der Monoverbrennung (MoV3) weist dabei aufgrund des vergleichsweise hohen Hilfsstoff- und ergieverbrauchs das schlechteste Ergebnis im Treibhauseffekt auf: EDW mehr als die direkte landwirtschaftliche Verwertung. Dies ist der Aufwand für die nahezu vollständige Rückgewinnung des Phosphors und gleichzeitig die effizienteste Minimierung des Schadstoffeintrags in den Boden. Die Rückgewinnung aus dem Klärschlamm über MAP-Fällung weist zwar nicht die hohe Rückgewinnungsrate auf, ist dafür jedoch nur geringfügig mit verbrauchsbedingten Belastungen verbunden und führt zu weitergehenden tlastungen der Gewässer mit Phosphor und damit der Eutrophierung.

13 Tab. 4: Gesamtschau der Unterschiede zwischen den Szenarien, skaliert nach spezifischem Beitrag in EDW. Landwirtschaft Landschaftsbau Monoverbrennung MVA MBA L1 L2 L3 MoV1 MoV2 MoV3 MiV1 Ressourcen Fossile Ressourcen Phosphorerz Treibhauseffekt Versauerung Eutrophierung terr. Eutrophierung aqu. Humantoxizität Krebsrisikopotenzial Quecksilber Feinstaub Bodeneintrag Blei *) Cadmium *)

14 H. Fehrenbach Tab. 4: Gesamtschau der Unterschiede zwischen den Szenarien, skaliert nach spezifischem Beitrag in EDW Fortsetzung Ressourcen Braunkohlekraftwerk Steinkohlekraftwerk Zementwerk. MiV2 MiV3 MiV4 MiV5 MiV6 MiV7 MiV8 Fossile Ressourcen Phosphorerz Treibhauseffekt Versauerung Eutrophierung terr. Eutrophierung aqu. Humantoxizität Luft Krebsrisikopotenzial Quecksilber Feinstaub Bodeneintrag Blei Cadmium Erläuterung: Bezug: t mt Klärschlamm ; Spez. Beitrag: 1 Quadrat entspricht EDW (gerundet); Unterschiede, die bei weniger als EDW liegen werden durch Punkte ( ) je EDW (gerundet) kenntlich gemacht. Die jeweils beste Option wird mit gekennzeichnet Ökologische Bedeutung: durch Farbe kenntlich gemacht: sehr groß groß mittel gering *) Abschwächung bei MiV1 (MVA) beim Bodeneintrag weist auf bedingten Bodeneintrag hin.

15 6 Fazit und Handlungsempfehlung Wie bei der Ökobilanz von 2001 [1] ist die Einstufung des Klärschlammeinsatzes im Landschaftsbau vergleichsweise eindeutig. Hier sind die Schadstoffeinträge in den Boden der entscheidende Nachteil. Da Klärschlamm im Landschaftsbau (Haldenrekultivierung) keine primären Stoffe ersetzt, können keine ökologischen Gutschriften in Rechnung gestellt werden. Somit weist die Option im Vergleich zu den Alternativen keine entscheidenden Vorteile auf und stellt damit den ökologisch ungünstigsten tsorgungsweg dar. Auch die landwirtschaftliche Verwertung ist mit dem Nachteil des Schadstoffeintrags in den Boden behaftet. Durch die Substitution von Mineraldüngern werden zwar auch Cadmiumeinträge vermieden. Die Vielfalt an organischen Schadstoffen, die im Rahmen einer Ökobilanz schwer zu bewerten sind, stellen jedoch eine Umweltproblematik dar, die ganz spezifisch der Klärschlammausbringung anzulasten ist. Ein signifikanter Vorteil gegenüber der Verbrennung/MBA besteht in der Schonung der Ressource Phosphaterz. Die Trendergebnisse für die P-Rückgewinnung weisen jedoch darauf hin, dass das Ziel der Schonung dieser Ressource auch durch technische Lösungen mit der Verbrennung in Überstimmung zu bringen ist. Weitere Nachteile erwachsen darüber hinaus vor allem aus den mit gegenüber Mineraldüngern höheren N-Verlusten und damit verbundenen versauernd und eutrophierend wirkenden issionen. Somit stellt die landwirtschaftliche Verwertung aus ökologischer Sicht nicht die Option der Wahl dar. Bezüglich der technischen Optionen der Verbrennung halten sich Vor- und Nachteile zwischen Monoverbrennung und MVA (nach 17. BImSchV genehmigte Anlagen mit einem hohen Stand der Abgasreinigungstechnik) und der Mitverbrennung in Zementoder Kohlekraftwerken in vielen Punkten die Waage. Auf beiden Seiten bestehen jedoch Optimierungsmöglichkeiten für die Monoverbrennung in Richtung Verbesserung der ergieeffizienz, für die Mitverbrennung in Richtung Minderung der Quecksilberemissionen. Die MBA verhält sich im Ergebnis ähnlich der MVA. Dieses kalte Verfahren kann gerade bei Schlämmen mit geringem twässerungsgrad und hohem Aschegehalt die aus energetischer Sicht adäquatere Behandlung darstellen. Als Nachteil ist der verbleibende Bedarf an Deponieraum zu nennen. Die Schilfbeetvererdung erweist sich nach Stand der Datenlage, unabhängig davon, welchen Weg man für die Klärschlammerde vorsieht, als aus Gewässerschutzgründen vorteilhafte Alternative zu einer mechanischen twässerung. Gegenüber dieser werden mit der langsamen und langfristigen Ableitung von Filtraten aus den Schilfbeeten tendenziell weniger Nähr- und Schadstoffe ausgetragen. Die Datenlage hierzu muss jedoch noch verbessert werden. Das Hauptziel des Verfahrens, die Herstellung eines im Garten- und Landschaftsbau einsetzbaren Humussubstrats kann für Schlämme mit eher geringer Schadstoffbelastung als ökologisch sinnvoller Weg angesehen werden.

16 H. Fehrenbach Handlungsempfehlungen Die derzeit noch immer etwa ein Drittel umfassende landwirtschaftliche Verwertung sollte künftig nur noch mit Klärschlämmen mit nachweislich hohem und gut verfügbaren Phosphorgehalt und gleichzeitig geringem Schadstoffgehalt durchgeführt werden. Sie sollte sich zur Vermeidung von Transporten auf möglichst ortsnahe Beziehungen beschränken. Verschiedene Optionen der Verbrennung bieten sich als tsorgungsalternative an. Bei der Mitverbrennung in Kohlekraftwerken sollten, wenn keine weitergehenden Maßnahmen zur Minderung von Quecksilberemissionen umgesetzt werden, Inputbeschränkungen erfolgen. Dasselbe gilt für Zementwerke. Mit der Monoverbrennung sind zwar energetische Defizite in Kauf zu nehmen, sie liegt jedoch in den anderen Umweltaspekten auf der sicheren Seite. Außerdem ermöglicht sie eine hochgradige P-Rückgewinnung. Eine vertretbare Alternative ist ebenso die Mitbehandlung in einer MBA. Auch hier zeichnen sich Möglichkeiten der Optimierung an, wie z.b. der Rückgewinnung von N- Dünger über Auswaschen von NH 3 -reicher Abluft. Zukunftsweisend erscheint in jede Falle die Phosphorrückgewinnung. Die Gewinnung aus Asche der Monoverbrennung ist nach Stand der Datenlage in stofflicher Hinsicht hocheffizient, in energetischer Hinsicht dagegen weniger attraktiv. Im Gesamtergebnis der Ökobilanz erscheint eine Kombination aus Verbrennung plus Rückgewinnung jedoch lohnender als die direkte landwirtschaftliche Verwertung so Phosphor der hohe Stellenwert als knappe Ressource eingeräumt wird. Durch Maßnahmen auf der Schlammseite kann auch eine Option der Mitverbrennung mit einer Phosphorrückgewinnung kombiniert werden. Die Ausbeute an P ist dabei zwar geringer, ein Vorteil liegt jedoch in der bereits auf der Kläranlage stärkeren Elimination und damit der tlastung der Gewässer. Die Schilfbeetvererdung weist ebenso günstige Ergebnisse bei aquatischen issionen auf. Da das Vererdungsprodukt grundsätzlich in jedem weiteren Verwertungs- oder Beseitigungsweg einsetzbar ist, steht einer Umsetzung dieser Technik, wo immer es aus räumlichen Gegebenheiten vernünftig erscheint, nichts Grundsätzliches entgegen. Ein Einsatz im Landschaftsbau, wie er in den vergangenen Jahren für Klärschlamm in zunehmendem Maße verfolgt wird, weist dagegen keine ökologischen Vorteile auf. Der Verteilung der in der Abwasserreinigung angereicherten Schadstoffe stehen nur eine marginale Nutzung der Nährstoffe und keine Einsparung von Ressourcen entgegen. Dieser tsorgungsweg sollte nicht weiter verfolgt werden.

17 7 Literatur 1 MUNLV, ISA, ifeu: Klärschlammentsorgung, ein Bestandsaufnahme: Hg.: MUNLV, ISA, FiW; Düsseldorf, Aachen, FiW-Verlag, MUNLV (Hrsg.): Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (Hg.): Abfälle aus Kläranlagen in Nordrhein-Westfalen; Berichte zur Umwelt, Bereich Abfall Band 5, Studie des ifeu-instituts Heidelberg ; Düsseldorf ifeu Fehrenbach, H., Knappe, F.: Ökobilanzielle Betrachtung von tsorgungsoptionen für Klärschlamm im Land Schleswig-Holstein; im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Natur und Forsten (MUNF) des Landes Schleswig-Holstein, Kiel, ifeu Franke, B., Fehrenbach, H., Franke, A., Patyk, A., Six, R.: Vergleichende Untersuchung zu den Umweltauswirkungen unterschiedlicher Verfahren der Behandlung von Klärschlamm aus Bremen. Im Auftrag der Bremer tsorgungsbetriebe, Bremen, BMU/BMVEL: Gute Qualität und sichere Erträge. Wie sichern wir die langfristige Nutzbarkeit unserer landwirtschaftlichen Böden? Gemeinsames Diskussionspapier der Bundesministerien für Umwelt (BMU) und Landwirtschaft/Ernährung (BMVEL), Berlin Juni ATV-DVWK: Ansätze der ATV-DVWK zu einer Neuberwertung der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung unter Berücksichtigung des Boden- und Verbraucherschutzes, in: KA Wasserwirtschaft, Abwasser, Abfall 10/ VDLUFA - Severin, K., H.-C. Scharpf, P. Rieß: Harmonisierung von Schwermetallgrenzwerten von Düngemitteln, in: KTBL (Hg), Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm, Gülle und anderen Düngern unter Berücksichtigung de Umwelt- und Verbraucherschutzes, als Ergebnis einer wissenschaftlichen Anhörung des BMU/BMVEL, König, W., Ortseifen, H., Friedrich, H., Delschen, Th.: Bewertungskonzept zur Begrenzung des Eintrags von Schadstoffen bei der Düngung unter Beachtung der Schutzziele des Bodenschutzrechts Artikel im Müllmagazin; Heft 02/ Umweltbundesamt: Bewertung in Ökobilanzen. Methode des Umweltbundesamtes zur Normierung von Wirkungsindikatoren, Ordnung (Rangbildung) und Wirkungskategorien und zur Auswertung nach ISO und 14043, Berlin 1999 (= UBA-Texte 92/99) 10 MUNLV (Hrsg.): Ministerium für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (Hg.): Abfälle aus Kläranlagen in Nordrhein-Westfalen Teil E: Organische Schadstoffe in Klärschlämmen Bewertung und Ableitung von Anforederungen an die landwirtschaftliche Verwertung; Studie der IFUA-Projekt GmbH Bielefeld; Düsseldorf 2005