Wie können wir die Phosphor Ressourcen sichern?

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1 Wie können wir die Phosphor Ressourcen sichern? Stefan Gäth Professur für Abfall und Heinrich Buff Ring Giessen FhG Projektgruppe IWKS Recycling & Wertstoffkreisläufe Brentanostraße Alzenau für abfälle.de

2 Statische Reichweite ausgewählter Rohstoffe Seltene Erdenmetalle Magnesmium Aluminium/Bauxit Phosphor Kupfer abbauwürdige Reserven [Mg] konstante Abbaurate [Mg/a] Silber Jahre

3 Ein Mensch (80 Jahre) braucht in Deutschland ca. 150 kg Phosphat im Leben (BGR, 2007) 10 Milliarden Menschen %

4 Verwendung von Phosphaten (in Mg P 2 O 5 ) Europa Amerika Asien Sonstige Welt Düngemittel Seifen & Detergenzien Lebensmittel & Getränke Wasserbehandlung Zahnpasta ~95 % gehen in die Landwirt schaft Andere Verwendungen Summe Quelle: IFA, 2007; Schrödter et al., 2008, BmBf, 2011

5 Geschätzter Verbrauch an Phosphor in Deutschland UBA, Mg/Jahr Weltweite Phosphat Produktion (2007) Elsner (BGR), Mg/Jahr

6 Das Problem abnehmender P Konzentrationen in den Lagerstätten kg Abraum / kg Erz Erzgehalt [%]

7 Das P-Problem 120 Kompost 100 Klärschlamm Rindergülle 200 g Schwermetall/kg P Schweinegülle Mineraldünger mg Schwermetall/kg P Cd 20 0 Pb Cr Cu Ni Zn

8 Geschätzter Verbrauch an Phosphor in Deutschland Mg/Jahr Theoretische P Recyclingpotenziale in Deutschland Abwasser (kommunal) Mg/Jahr Abwasser (industriell) Mg/Jahr Wirtschaftsdünger Mg/Jahr Tierische Nebenprodukte (Kat. 1 3) Mg/Jahr Summe: ~ Mg/Jahr Der P Bedarf kann um den Faktor 3 gedeckt werden! Quelle: UBA, 2012

9 P Fracht: 1,8 g/einwohner. d 1 davon Ausscheidung 1,3 g/einwohner. d 1 Lebensmittelreste 0,2 g/einwohner. d 1 Waschen/Putzen 0,4 g/einwohner. d 1

10 Einsatzstellen zur Phosphorrückgewinnung in kommunalen Kläranlagen Kläranlagenablauf im Prozess Klärschlamm Klärschlammasche Quelle: Pinnekamp et al., 2010

11 Phosphorbilanz für eine konventionelle Belebungsanlage ohne Phosphorelimination Quelle: Cornel, 2002

12 Zusammensetzung des Klärschlamms (Auswahl) Element Konzentrationsbereich (mg/kg TM) Phosphor Blei Cadmium 1,5-4,5 Kupfer Zink Quelle: UBA, 2012

13 Aufbereitungsmöglichkeiten bei der P Rückgewinnung nasschemisch unter Einsatz verschiedener Chemikalien, z.b. durch Säurebehandlung und Laugung MAP Verfahren (Magnesium Ammonium Phosphat) CSH (Calcium Silikat Hydrat) thermochemisch durch chemische Vorbehandlung und anschließende thermische Behandlung im Drehrohrofen AshTec Ziel: P-Aufkonzentrierung bei gleichzeitiger Schwermetallentfrachtung

14 Phosphorgehalte und -verfügbarkeiten verschiedener P-Recyclate und mineralischer Düngemittel KöWa CAL Ca(NO3) P [g/kg] Ulo PASCH I PASCH II PASCH III P RoC 08 P RoC 09 BAM Al P Al P entfr. Fix SESAL MAP S MAP G Sea Ash 08 Ash 09 RP TSP phosphorhaltige Düngemittel RP-Rohphosphat TSP-Triple-Super-Phosphat

15 18 16 Kupfer-Gehalt und verfügbarkeit verschiedener P-Recyclate und mineralischer Düngemittel KöWa EDTA Ca(NO3) Cu /Pges [g/kg] PASCH, getr. FS PASCH, entw. FS PASCH, ASCHE PASCH I PASCH II PASCH III Prophos (Basis) P RoC 08 P RoC 09 ÜSS WAR Al P Al P entfr. FIX SESAL TSP phosphorhaltige Düngemittel TSP-Triple-Super-Phosphat

16 Cadmium Gehalt und verfügbarkeit verschiedener P Recyclate und mineralischer Düngemittel RP-Rohphosphat TSP-Triple-Super-Phosphat

17 Schwermetallminderungspotenzial verschiedener P-Recyclate in % vom Ausgangsprodukt Material Verfahren Schwermetallminderungspotenzial in % vom Ausgangsprodukt Abwasserrecyclat P-Roc 0,7-2,2 % MAP 1,8-3,5 % Klärschlammrecyclat Klärschlammasche Seaborne Fix Al-P PASCH BAM 0,5 % 0,8 % % 2,7-15,6 % 13,1 %

18 Phosphor-Recycling mit Hilfe magnetisierbarer Nanomaterialien

19

20 P-Extraktion mit magnetischen Nanomaterialien % in 10 min Adsorption of PO4-P in % mg/l PO 4 P Contact time in hours

21 Justus Liebig 50. Chemischer Brief ES GIEBTEINRECEPT FÜR DIE FRUCHTBARKEIT UNSERER FELDER, UND FÜR DIE EWIGE DAUER IHRER ERTRÄGE..: (...) DIE LANDWIRTHE SOLLTEN... MIT VEREINIGTEN MITTELN ANSTALTEN ZUR AUFSAMMLUNG DER MENSCHLICHEN UND THIERISCHEN AUSLEERUNGEN BEGRÜNDEN, UND IHRE ÜBERFÜHRUNG IN EINE VERSENDBARE FORM BEWERKSTELLIGEN. (...) UM DIES MÖGLICH UND AUSFÜHRBAR ZU MACHEN, SOLLTEN DIE REGIERUNGEN UND POLIZEIBEHÖRDEN IN STÄDTEN SORGE DAFÜR TRAGEN, DASS DURCH EINE ZWECKMÄSSIGE EINRICHTUNG DER LATRINEN UNDCLOAKEN EINEM VERLUST AN DIESEN (Nähr )STOFFEN VORGEBEUGT WIRD.

22 Fazit Ressourceneffizienten Umgang lernen Phosphor schonend und nutzeneffizient einsetzen Sekundärquellen nutzen Primärquellen schonen Technologien zur Marktreife bringen Monoverbrennung keine Mitverbrennung P-Aschen deponieren - Depotverordnung