Klärschlammverwertung Region Nürnberg

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1 Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Region Nürnberg Klärschlamm zu Energie, Dünger und Eisen mit metallurgischem Phosphorrecycling in einem Verfahrensschritt Stadtentwässerung und Umweltanalytik und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg Metropolregion Nürnberg / / 2 Projektpräsentation. Motivation Bund + Land + Stadt Nürnberg 2. Ziele Klärschlammaufkommen Wertschöpfungskette Metropolregion 3. Verfahren Metallurgisches Phosphorrecycling 4. Kalkulierte Leistungen Energiebeitrag Stoffrecycling Ökobilanz 5. Projekt Verbundpartner Pilotanlage Großanlage 6. Aussicht Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 2 / 2 Motivation Beschluss Bundesrat (Drucksache 576/3 vom ) Phosphor ist essentieller Baustein des Lebens. Für die moderne Landwirtschaft ist Phosphor ein unverzichtbarer Dünger.. Bundesrat begrüßt die Initiativen zur nachhaltigen Bewirtschaftung Phosphor aus Abwasser 2. Bundesregierung soll sich Europa weit einsetzen für Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und sonstigen Abfällen, Festlegung konkreter und verbindlicher Anforderungen und Maßnahmen, EU-einheitliche, anspruchsvolle Grenzwerte für Schwermetalle und Uran bei P-Dünger. 3. Deutschland soll Vorreiterrolle für Bereitstellung P-Dünger aus Klärschlamm haben. Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 3 / 2

2 Motivation 2 Landesregierung Bayern (Geleitwort Minister Dr. Huber zu Klärschlammentsorgung, StMUG 05-20) kommt künftig nur die thermische Behandlung von Klärschlamm in Frage Nach Aufbereitung der Aschen ist der wertgebende Inhaltsstoff Phosphor zurückzugewinnen Die veraltete Klärschlammverordnung bildet das erkannte Gefahrenpotenzial des Klärschlamms längst nicht mehr ab. Entsorgungspflichtige sind gut beraten nach zukunftsfähigen Alternativen Ausschau zu halten. Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 4 / 2 Motivation 3 Stadt Nürnberg (Leitziele Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg SUN) Konsequenter Umweltschutz ist verantwortliche Daseinsvorsorge, zivilisatorische Grundleistung und ist volkswirtschaftlich die weltweit nachhaltig sinnvollste Lösung.. Die Ziele der WRRL sind erfüllt. SUN leistet Leitbeitrag zu Klimaschutzzielen Nürnbergs. 2. Die Energie- und Stoffströme sind geschlossen. 3. SUN ist als umwelttechnischer Dienstleister Vorbildbetrieb der Metropolregion. Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 5 / 2 Ziele Optimale energetische und stoffliche Bilanz der Abwasserreinigung Eliminierte Schadstoffe des Abwassers über den Klärschlamm. Abwasserinhaltsstoffe unter Minimierung Treibhausgasemissionen optimal genutzt (Brutto-Null-Haushalt Strom (>93%) und Wärme (>00%)). Klärschlamminhaltsstoffe umweltgerecht verwertet (Metalle + schadstoffarmer/-freier P-Dünger). Abfall regional allokiert (Vermeidung ca., Mio Km). Stärkung regionaler Standort Wertschöpfung in der Metropolregion, Sicherung der Arbeitsplätze Unabhängigkeit von Oligopolisten und knappen Energieressourcen Intensivierung der Zusammenarbeit der Regio-Umweltbetriebe (Verbandsarbeit) Werbung für die Metropolregion als leistungsfähiger, innovativer Standort Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 6 / 2

3 Ziele 3 Klärschlammaufkommen Metropolregion Schlamm (ca. 25% TS) Schlamm TS [t] Stadt und Landkreis Ansbach Stadt und Landkreis Bamberg Stadt Erlangen und Landkreis Erlangen-Höchstadt Stadt und Landkreis Fürth Landkreis Forchheim Landkreis Nürnberger Land Stadt Nürnberg Landkreis Neustadt Aisch Landkreis Roth Stadt Schwabach Landkreis Würzburg Stadt Würzburg gesamt t TS t TS Mitverbrennung: t TS Rekultivierung: t TS Landwirtschaft: t TS Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 7 / 2 Verfahren der metallurgischen Klärschlammschmelze Luft Luftvorwärmung 6 Abgas Koks 2 Kupolofen Abgasreinigung 7 Reststoffe Gasreinigung Zuschlagstoffe Klärschlamm 3 4 Brikettierung Gasverwertung -Trocknung Sauerstoff 5 Schlackegranulierung 8 P Schlacke Eisenabstich Eisenlegierung 9 Brüdenkondensation Abwasser 0 Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 8 / 2 Leistungen Energie Energiefluss Ausgangszustand Nürnberg Faulung BHKW Stromversorgung Abgas Notkühlung Heizöl Gebäudeheizung Klärschlammentsorgung Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 9 / 2

4 Leistungen Energie 2 Energetisches Potenzial Nürnberg Faulung BHKW Stromversorgung Abgas Gebäudeheizung Erlangen Fürth Schwabach Trocknung Brikettierung Kupol - Ofen BHKW Phosphor Eisenschrott Hüttenkoks Abluft Quenchwasser Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 0 / 2 Leistungen Stoffrecycling Phosphorausbeute Verfahren > 95% Gesamt-P aus Abwasserstrom im Klärschlamm (P-Fällung mit Eisen III) > 80% Gesamt-P in metallurgischer Schlacke (davon ca. 4% in Eisenschmelze, Rest in Flugstaub) Ca. 0 bis 2% liegen als P 2 O 2 vor; Rest in diversen sonstigen Verbindungen > 82% Pflanzenverfügbarkeit (citratlöslich) Schlackenart CaO % MgO % SiO 2 % Al 2 O 3 % Fe-Oxide % P O % Citratlösl. % 2 5 Mephrec-Schlacke 32,3 3,6 27,0 20,6 3,9,6 8,9 Thomas-Schlacke Aus Mischung Klärschlamm 60% Nürnberg, 40% München (Analyse Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft TLL) Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg / 2 Leistungen Stoffrecycling 2 Phosphorausbeute geplante Anlage Verfahrensbedingte Variabilität: P-Gehalt im Abwasser konstant (keine Tendenzen der letzten Jahre feststellbar) Reinigungsleistung durch chemische Fällung nahezu konstant P-Löslichkeit in Eisen (Konstante noch nicht bestimmt) Übergang P-Verbindungen in Gasphase (Konstante noch nicht bestimmt) Verunreinigungen durch Vermischung Schlacke/Eisen (nicht für Großbetrieb erwartet) Gegebenenfalls Wiederverarbeitung Flugstaub im Verfahren über Quenchwasser und Dekantierung Klärschlamm Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 2 / 2

5 Leistungen Stoffrecycling 3 Aktuelle Schadstoffregelungen [mg/kg TM] Gesetzliche Bestimmung As Pb Cd Cd/kg P 2 O 5 Cr VI Ni Hg Tl Cu Zn U Bioabfallverordung (BioAbfV) 50, Düngemittelverordnung (DüMV) 40 50, Klärschlammverordnung < 5% P 2 O 2 in der TM Klärschlammverordnung > 5% P 2 O 2 in der TM (AbfKlärV) (AbfKlärV) Phosphatdünger aus (DüMV) Schmelzvergasung Nachgewiesene Werte Mephrec- Schlacke aus Schmelzvergasung , , , , 0 5 0, 0, ,59 < 20 0,04 0,4 < < 5 <0,0 0, ,3 Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 3 / 2 Leistungen Stoffrecycling 4 Qualität des Phosphorertrags [mg/kg TM] Dünger P 2 O 5 As Pb Cd Cr Ni Hg Tl Cu Zn U Teilaufgeschlossenes Rohphosphat 39,8 24,6 0, 64, ,7 0,08,3 79, Mittelwert aus 2 untersuchten Düngern Triple Super-phosphat Mittelwert aus untersuchten Düngern Rohphosphat mit kohlensaurem Kalk aus Meeresalgen, mit Mg Mittelwert aus 5 untersuchten Düngern 45,5 3,7 32,3 62, ,9 0,04 0,8 33, ,8 22,2 2,5 65, ,4 0, 6,7 30, Mephrec-Schlacke aus Klärschlamm,6 5, < NG 0, k.a. < NG 0,0 0, 637, Grenzwertüberschreibung nach DüMV Quellen: Dr. Dittrich, Barbara und Dr. Klose, Ralf. Schwermetalle in Düngemitteln. Schriftenreihe Sächsiche Landesanstalt für Landwirtschaft 3/2008 Leiterer, M. und Riedel, R. Konformitätsbescheinigungen zur düngemittelrechtlichen Bewertung eines phosphathaltigen Düngemittels (hier: Phosphat-Dünger aus der Hochtemperatur Schmelzbehandlung von Klärschlamm nach dem Mephrec -Verfahren). Jena : Thüringer Landesanstalt für LaWi, 20 Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 4 / 2 Leistungen 5 Ökobilanz Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 5 / 2

6 Leistungen 6 Ökobilanzieller Vergleich Mitverbrennung Braunkohlekraftwerk Indikator ökologische Bedeutung Referenz Mitverbrennung Braunkohlekraftwerk Mephrec optimum Mephrec konservativ Phosphorressourcen Fossile Ressourcen Treibhauseffekt (nicht bewertet) mittel sehr Bewertung nach normierten Einwohnerdurchschnittsswerten (EDW) Versauerung Bestes Szenario Aquat. Eutorphierung Terrestr. Eutrophierung Quecksilber luftseitig Cadmium bodenseitig mittel x-fach schlechtere EDW EDW.000 EDW < 00 EDW Blei bodenseitig mittel EDW Ökologische Bedeutung der Indikatoren nach Beurteilung Umweltbundesamt (UBA) Bewertung unter Annahme, dass erzeugter Strom alternativ zu Kraftwerksstrom aus Braunkohlekraftverbrennung ins Netz eingespeist wird. (Keine Eigennutzung) Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 6 / 2 Leistungen 7 Ökobilanz Treibhausgasäquivalente [t CO 2 ] t CO 2 -Äq. Referenz Mitverbrennung Braunkohlekraftwerk System Gutschrift Mephrec optimum System Gutschrift Mephrec konservativ System Gutschrift Gutschrift Strom Gutschrift Dünger + Eisen Gutschrift Wärme P-Nutzung Logisitk Verbrennung Entsorgung P-Verfahren Vorbehandlung Dieser Anteil an der Gutschrift entfällt, wenn die Eigenstromerzeugung der Mephrec-Anlage nicht als Braunkohlestrom CO 2 - Äquivalent sondern als Netz-Mix CO 2 - Äquivalent Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 7 / 2 Projekt Pilotanlage Planung+Bau und Probebetrieb 2 Jahre Anlagenleistung 0,5 t/h Klärschlamm (TS) Investitionskosten brutto 3,5 Mio. EUR Laufende Kosten brutto 2,0 Mio. EUR Klärschlamm verwertung Regio Nürnberg Verbundprojektkoordination ERWAS Mittel Förderantrag Quote Klärschlammverwertung Nürnberg GmbH Wirtschaftspartner + Wissenschaftspartner STULZ-PLANAQUA GmbH INNOVATHERM GmbH Fraunhofer UMSICHT Institut Energie- Umweltforschung GmbH RWTH Aachen Universität der Bundeswehr München Quote Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 8 / 2

7 Projekt 3 Großanlage Anlagenleistung 2,5 t/h Klärschlamm (TS) t Klärschlamm (27%TS) Investitionskosten netto 2,5 Mio. EUR Laufende Kosten netto 4,8 Mio. EUR/a Erlöse netto 2, Mio. EUR/a Klärschlamm verwertung Regio Nürnberg Geplante P-Leistung t/a Schlacke (.380 t/a P 2 O 5 ) Kosten Phosphorproduktion 0,50 EUR/kg ohne Berücksichtigung -Entsorgung, Stromeinspeisung, Wärmenutzung, Eisenverkauf (Kostenabschätzung im Vergleich zu PhoBe RWTH Aachen) Wirtschaftslichkeitskriterien: Mindestanlagengröße, Betriebsmittel (Sauerstoff, Koks, Dauerbetrieb) Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 9 / 2 Kosten Großanlage Return of Invest ohne P-Verkauf Mio. EUR (Zinsfaktor: 4,5 %) Entsorgungskosten in der Mit/Mono-Verbrennung 40 Gesamtkosten inkl. Erträge Strom u. Schrott Investition + Reinvestition Anlage Alter [a] Entsorgungskosten Klärschlamm [EUR / to 27% TS incl. MWSt] Entsorgung Verwertung Erlös aus Phosphorverkauf [EUR / to P 2 O 2 ] Deckungsbeitrag aus Substitution Klärschlammentsorgung: 72 EUR/t mit 28% TS (incl. MwSt) Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg 20 / Bau Kanalisation Nürnberg > Gesundheit und Komfort 93 Erste Großkläranlage > Beginn Umweltschutz 203 Klärschlammrecycling > Schließen der Energie- und Stoffströme Abfall Klärschlamm zu wertigen Pflanzendünger mit Eigenbedarfsdeckung der Energie Stadtentwässerung und Umweltanalytik Nürnberg Werkleiter Adolf-Braun-Straße Nürnberg Burkard Hagspiel +49 (0)9 / burkard.hagspiel@stadt.nuernberg.de Stadtentwässerung und Umweltanalytik und Umweltanalytik Nürnberg Klärschlammverwertung Nürnberg Klärschlammverwertung Metropolregion Nürnberg Metropolregion Nürnberg 2 2 / / 2