Nährstoffrückgewinnung und -recycling in Europa (?!) Dr. Christian Kabbe

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Ida Gerhardt
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1 Nährstoffrückgewinnung und -recycling in Europa (?!) Dr. Christian Kabbe Bonn, 21. Juli 2016

2 Klärschlamm / Biosolids N & P Rückgewinnung Aus der Wasserphase P Rückgew. aus der Festphase / Asche Die Säulen des P-Recyclings aus Abw. in Europa 40%??% Nahrung Landwirtschaft Mensch Abwasser Nährstoffe KA Klärschlamm

Visible Prozesse und deren Reife/Umsetzung Nassschlamm / Prozesswasser auf der KA Wässr.

Budenheim DCP LYSOGEST AirPrex ANPHOS STRUVIA PHORWater Gifhorn /CaP WASSTRIP NuReSys

4 /DCP MEPHREC P-Schlacke THERMPHOS P 4 EDASK H 3 PO 4 TetraPhos H 3 PO 4 AshDec

3 Visible Prozesse und deren Reife/Umsetzung Nassschlamm / Prozesswasser auf der KA Wässr. Phase (ortho-p gelöst) Nach forcierter P- Rücklösung PEARL PHOSPAQ PhosphoGreen Naskeo Budenheim DCP LYSOGEST AirPrex ANPHOS STRUVIA PHORWater Gifhorn /CaP WASSTRIP NuReSys REPHOS NutriTec, DAS Ecobalans, NPK Stuttgart TDH (allgemein) Thermik nach KA Schlamm und Asche Nasschem. Ascheaufschluss Thermische (Vor)-Behandlung DüM-Industrie Mineraldünger ECOPHOS H 3 PO 4 /DCP MEPHREC P-Schlacke THERMPHOS P 4 EDASK H 3 PO 4 TetraPhos H 3 PO 4 AshDec (Outotec) P-calciniert RecoPhos FP7/ICL H 3 PO 4 /P 4 LEACHPHOS H 3 PO 4 RECOPHOS DE MCP PYREG P-reiches Pyrolysat KUBOTA P-Schlacke Full-scale Demo / Pilot Labor

-> v.a. auch eine Frage der Homogenität! Schlamm Organo-Mineral-Dünger (40% EU28 rec.

4 Rückgewinnung Recycling (nicht ohne Wertschöpfungsketten möglich!) Rückgewinnung Recycling Andere Ind. Haushalte, Gewerbe Kläranlage Rohstoff Düngemittel Landwirtschaft Düngemittel Recyclat oder Produkt? Abnahme/Markt/Verwendung Abfall, Rohstoff oder Produkt? -> v.a. auch eine Frage der Homogenität! Schlamm Organo-Mineral-Dünger (40% EU28 rec. von über 11 Mio t/a) (C, N and P) NP Dünger in einigen MS (erwiesene Dü eff!) KS-Asche fragliche Dü eff, eher nur Rohstoff für DüM-Prod. (nur P) Biokohle Was ist das überhaupt??? Noch keine klare Konvention! Brauchbarer EBS und ggf. Bodenverbesserer (sofern SM-arm bzw. frei)

Traditionelles Recycling Tendenz fallend in MS mit Verbrennungsinfrastruktur KS-Ausbringung als althergebrachtes Recycling (bzw. Entsorgungsweg) (EU28: 40% KS, in DE ca. 29% KS entspricht ca.

auch Vorurteile durch Intransparenz Qualitätsverbesserung und strikte Überwachung wie in Schweden eine Option?

5 Traditionelles Recycling Tendenz fallend in MS mit Verbrennungsinfrastruktur KS-Ausbringung als althergebrachtes Recycling (bzw. Entsorgungsweg) (EU28: 40% KS, in DE ca. 29% KS entspricht ca. 20% P im Klärschlamm) C, N & P Recycling (reales Nährstoffrecycling für P nicht klar definierbar) Wertschöpfungskette (v.a. KMU als Nexus KA KMU Landwirt) Infragestellung durch Qualitätsbedenken (Schadstoffsenke) bzw. auch Vorurteile durch Intransparenz Qualitätsverbesserung und strikte Überwachung wie in Schweden eine Option? other landfill application to land incineration AT BE BG CY CZ DE DK EE ES FI FR GR HU IE IT LT LU LV MT NL PL PT RO SE SI SK UK CH Klärschlammverwertung/-entsorgung in EU27+CH (2010) Klärschlammverwertung/-entsorgung in DE (2013)

Kabbe 2016: CG made in Amersfoort Alternative Rückgewinnung auf der KA P gelöst (also kleinteilig und dezentral) Rückgewinnung auf der KA (EBPR+AD) als ist Stand der Technik!

6 Kabbe 2016: CG made in Amersfoort Alternative Rückgewinnung auf der KA P gelöst (also kleinteilig und dezentral) Rückgewinnung auf der KA (EBPR+AD) als ist Stand der Technik! Zahlreiche Anlagen installiert -> da für Betreiber beneficial!!! Optimierung (energetisch und RW-Rate läuft durch Kombination mit z.b. Lysis) Kaskadierung (C, N & P erlaubt Synergien von Energie- und Ressourceneffizienz (siehe KA Amersfoort und bald KA Steinhof 2018/19) Einsatz limitiert auf gelösten PO 4 -P > 100 mg/l also EBPR+AD bzw. UASB Systeme, kann aber jeglichen Rücklöseverfahren nachgeschaltet werden Kraus 2016

7 Stand der Umsetzung verfahren Kabbe 2016, PEARL 2K in Amersfoort Kabbe 2015, AirPrex in Amsterdam West Kabbe 2016

8 Stand der Umsetzung auf der KA aus der Festphase des Nassschlamms Rückgew. auf der KA aus der Festphase des Schlamms nach wie vor in der Entw./Pilotphase Quasi für alle KS einsetzbar (Chem-P und Bio-P) Trade-off zw. Aufwand (Chemikalien) und Nutzen?! Zusätzliche Abfälle bzw. belastete Prozesswässer? Operative Vorteile für KA-Betreiber nicht immer gegeben Reduktion der P-Rückbelastung (X?) Verbesserung der Schlammentwässerung bzw. Volumenreduzierung(Y?) ggf. Eröffnung/Erhalt der KS-Mitverbrennungsroute (Entsorgung, (Z?)) Mineralsäure-Leaching: Pilotierungen/Demo von Stuttgarter (Offenburg) und Seaborne (modif.) in Gifhorn Mobile Einheiten MSE (Stuttgarter) Trade-off fraglich! Diverse HTC-Verfahren bislang weit unter den Erwartungen/Versprechungen. (Energieeff., Entwässerungsgrade, refraktärer CSB, hochbelastete Prozesswässer, reale P- Rückgewinnung wie bei Stuttgarter/Gifhorn von Säureeinsatz abh.) CO 2 -Extraktion nach Budenheim: Pilotierung in Mainz, Demo-Projekt mit Zementindustrie (zero waste Option) in Planung -> kommerzielles Produkt: DCP

9 Stand der Umsetzung thermische Route (eher zentralisiert wg. economy of scale) Erfordert unverdünnte thermische Vorbehandlung (auf oder nach KA, Mono-V, Pyrolyse ) - Rohphosphatteilsubstitut in kommerzieller DüM-Produktion: - erste pilot/großtechn. Versuche durch ICL (2012/2013) erfolgreich -> machbar für Premiumaschen (P, Fe, Al, Si ) Kraus 2016 nach Krüger & Adam 2014

10 Stand der Umsetzung thermische Route - Ascheaufbereitung nasschemisch: Trend zu H 3 PO 4 -Produktion EcoPhos Demo in Varna (2016), Full-scale in Dunkerque (2018) -> H 3 PO 4, DCP TetraPhos Pilotierung in HH seit > H 3 PO 4 Nebenproduktvalorisierung (Fe/Al-Salze, Ca-Salze ) weitere Projekte in CH, DE, DK, ES, NL, SE Ferner noch in Weiterentw. : - Bio-leaching (P-bac) und - Elektrodialyse (EDASK, DK) Abfallproblematik nach Leaching bislang wenig beachtet! - Schlamm-/Ascheaufbereitung thermisch: - Rezyklatqualitäten (außer P 4 ) bedingen weitere Behandlung um überhaupt verwendet werden zu können (AshDec, Mephrec, EUPHORE ) - Pyrolyse als Alternative zur Monoverbrennung (PYREG Demo in Linz-Unkel) Valorisierung des Pyrolysates (DüM, Bodenverbesserer/-hilfsstoff?) - RecoPhos (FP7) wird von ICL weiterentwickelt (P 4 -Produktion bietet höchste Wertschöpfung im P-Kreislauf und findet definitiv reißenden Absatz!) Letztlich werden sich nur Verfahren durchsetzen, die homogene Produkte (stabile Qualität weitestgehend unabh. von Inputqualität) garantieren (reale SM-Abtrennung) und Ressourcen- sowie Klimaeffizienz in einer marktfähigen Wertschöpfungskette beachten.

11 Apropos Koalitionsvertrag und Klimaschutz spezifizischer Aufwand/Emissionen Verbrauch Deutschland Gesamtaufwand/ -emission D total: D total: 951 EcoInvent 3.1, 2016 IVA, 2015 F. Kraus 2016

12 Wollen, Können, Dürfen!?!?!? Was nützt ein Rückgewinnungsgebot, wenn die Verwertung der Rezyklate gesetzlich be- oder verhindert wird? BM/DG X BM/DG Y BM/DG Z

Enabling Framework and Circular Economy?

(legally and economic) Derzeit werden Rezyklate gg.

Harmonisierung der Anforderungen!!! (Water and Waste Frame Dirs.

, Sewage Sludge, Animal byproducts, Fertiliser Reg.

13 Enabling Framework and Circular Economy? Level playing field for both, primary and secondary nutrients (legally and economic) Derzeit werden Rezyklate gg. Primärrohstoffen/-produkten in meisten MS diskriminiert. Harmonisierung der Anforderungen!!! (Water and Waste Frame Dirs., Nitrates Dir., Sewage Sludge, Animal byproducts, Fertiliser Reg., Organic Farming, Soil conservation, IED, EMAS, Ecolabels, REACH) Member States UNIT D2 GROW: Fertiliser WG IPTS STRUBIAS ( ) Stakeholder (NGOs and individuals)

14 Enabling Framework and Circular Economy? STRUBIAS: Mandatiert von DG GROWTH bis 2018 Qualitäts- und End-of-Waste - Kriterien für STRUvit, BIokohle und ASchen zu definieren. -> Ziel, Aufnahme dieser Materialklassen in die überarbeitete EG DüMV. (EC 2003/2003) Erste Feedback-Runde bis <- ihr input ist gefragt Einspeisung über DPP EIP-WATER Action Group ARREAU WG Nutrients: seit 2014 aktiv Best Practice Radar für Nährstoffrückgew. und Aufbau von value chains ARREAU e Recovery & Recycling Learning Alliance (Praktiker- Netzwerk: Erfahrungsaustauch, gegens. Unterstützung, Support für -REACH- Konsortium) EIP-AGRI Focus Group 19 Nutrient Recycling: aktiv Zusammenfassung des state-of-the-art zum Thema sustainable nutrient management Definition von best practice und R&D needs im Themenfeld (übergreifend) ESPP European Sustainable Phosphorus Platform (seit 2013 aktiv) Mittlerweile etablierte und einflussreiche Plattform zum Thema sustainable nutrient management (enge Kooperation mit der DPP) Agiert stoffstromübergreifend REACH, EG DüMV und Rezyklat-Valorisierung prioritär (v.a. aus Gülle und Klärschlamm)

Wisdom just written on paper will be ash one day; Only the wisdom

15 PHOSPHORUS RECYCLING FROM PROTOTYPE TO MARKET Thank you Think forward, act circular! Wisdom just written on paper will be ash one day; Only the wisdom applied will shape our future! Guess who @P_RecoRecy

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