Phosphor-Recycling in der Praxis: Herausforderungen, Erwartungen, Wirtschaftlichkeit

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1 KALOGEO [Καλό γη] griechisch, Schöne Erde Phosphor-Recycling in der Praxis: Herausforderungen, Erwartungen, Wirtschaftlichkeit DI Dr. Andreas Glatzer KALOGEO Anlagenbau GmbH Round Table: Ressource Phosphor Wien W W W. K A L O G E O. A T Seite 1

2 Gruppe Inhalt KALOGEO Rahmenbedingungen (P-Anfall, P-Aufkommen, etc.) Aktueller Status Kurzinfo zu EU-Projekt Eco Sludge im Rahmen des Förderprogrammes Eco-innovation inkl. Verfahrenspatent Ascheaufbereitung Überlegungen wirtschaftliche Situation Erforderliche Festlegungen für die Zukunft Seite 2

3 KALOGEO Anlagenbau GmbH KALOGEO Wirbelschicht KALOGEO Rauchgasreinigung Gruppe SEILER Ultrafiltrationstechnik Anlagenbau GmbH Neue Technologien Phosphor-Recycling Neuer Rauchgaswäscher (2-stufiger Strahl-Sprüh-Wäscher) Seite 3

4 KALOGEO Anlagenbau Kalogeo Anlagenbau ist spezialisiert auf Gesamtanlagen und Systeme zur thermischen Verwertung von niederkalorischen Brennstoffen mit dem Schwerpunkt im Bereich Klärschlamm. Der Fokus liegt dabei auf kleineren bis mittleren Anlagen im Leistungsbereich von 1 bis 15 MW th Zum Einsatz als Verbrennungssystem kommt hierbei jeweils eine von Kalogeo weiterentwickelte bzw. adaptierte stationäre Wirbelschicht mit nachgeschalteter Wärmerückgewinnung und anschließender Rauchgasreinigung. Die Verwertung von Klärschlamm in Klärschlamm-Mono-Verbrennungsanlagen stellt die einzig sinnvolle Möglichkeit zum Recyceln des in der Asche enthaltenen Phosphors (5-15/20)% der Aschemenge) dar. Neben den Standardlösungen für Rauchgasreinigung hinter z.b. Klärschlammverbrennungsanlagen beschäftigt sich Kalogeo auch intensiv mit der Weiterentwicklung der herkömmlichen Verfahren für z.b. Anwendungsfälle unmittelbar neben Kläranlagen (vgl. Patent kaminlose Verbrennung und Entwicklung 2-stufiger Strahl-Sprüh-Wäscher). Seite 4

5 Rohstoff Klärschlamm Positiv: + Energiegehalt + Erneuerbare Biomasse + CO2 neutral + nährstoffreich (P, N, ) Abwasser Möglichkeiten der Klärschlammentsorgung: Klärschlamm (i.d.r. Faulschlamm) Mechanische Entwässerung Phosphor-Recycling möglich Ausbeute gering ggf. Trocknung (für Lagerstabilität) Zu beachten: - schadstoffreich (Schwermetalle, organische Schadstoffe, Hormone, Arzneimittelrückstände, Mono-Verbrennung Wirbelschicht Etagenofen Drehrohr Mitverbrennung in Kohlekraftwerken in Zementwerken in MVA Spezialverfahren Vergasung Pyrolyse Landwirtschaft, Landbau Ausbringung Kompostierung Krankheitserreger, etc.) - Biologischer Brennstoff (Lagerung, Transport) - hoher Wassergehalt Phosphor-Recycling möglich Ausbeute hoch Um die organischen Schadstoffe zu eliminieren, ist eine thermische Verwertung die einzige technische Lösung! Seite 5

6 Phosphor-Recycling Ca. 90% des Phosphor im Abwasser finden sich im Klärschlamm wieder Klärschlamm stellt sowohl energetische Ressource dar (energetische Nutzung) als auch stoffliche Ressource (stoffliche Verwertung). Bis dato haben sich diese beiden Verwertungswege ausgeschlossen z.b. Ausbringung auf Felder = nur stoffliche Nutzung Mitverbrennung in Zementwerk, MVA, Kohlekraftwerk = primär energetische Nutzung Klärschlamm-Monoverbrennung ist eine Voraussetzung für P-Recycling aus der Klärschlammasche! Seite 6

7 Phosphor-Recycling Asche aus Klärschlamm-Monoverbrennungsanlagen: es besteht ein sehr hoher Verwachsungsgrad der einzelnen Komponenten in den Aschen in jedem Partikel, (die Partikel sind Agglomerate aus Quarz, Hämatit, Whitlockit, Stanfieldit, Feldspäten, Mischkristallen und amorpher Phase unterschiedlicher Zusammensetzung), was keine Möglichkeit zur Aufbereitung der Klärschlammaschen durch mechanische und physikalische Methoden zuläßt. Möglichkeit, direkt Asche auszubringen, aber - Schadstoffe und Schwermetalle - Pflanzenverfügbarkeit des P, insbes. im Falle von Phosphatfällung mit Eisenerzen in der Kläranlage stark eingeschränkt Herausforderung für die Entsorgungswirtschaft: Schadstoffe aus dem Kreislauf zu entfernen und gleichzeitig die Nährstoffe zu erhalten! Seite 7

8 Phosphor-Recycling aktuelle Wege in Ö, D, CH Österreich: Schweiz: Deutschland: derzeit Ausbringung auf Felder, Kompostierung, Mitverbrennung, Monoverbrennung ohne P-Recycling Ca. 1/3 bis die Hälfte des im Land verbrauchten Phosphates könnte durch Rückgewinnung aus Klärschlammasche wiedergewonnen werden ab Mitte 2016 Verbot der Mitverbrennung mit dem Ziel P-Recycling! (Zwischenlagerung in getrennten Deponien) per Gesetz vorgegeben! neues Kreislaufwirtschaftsgesetz, seit Juni 2012 in Kraft Phosphor-Verordnung in Vorbereitung!! Bayern: Deutschland: im Mittel ca. 3,2% P in TM t TS/a(2010) ergibt das 8700 t/a P Über Mineraldünger den Böden ca t P zugeführt t TS/a aus kommunalen Kläranlagen bei 100% Monoverbrennung ca t/a P rückgewinnbar entspricht ca. 55% des landwirtschaftlichen Verbauchs an mineralischem Phosphor Geschätzter Gesamtverbrauch P in D: t/a; Import ca t/a Quelle: LAGA-Bericht Jänner 2012 Seite 8

9 Phosphor-Recycling Verfahren Folgende Verfahren sind grundsätzlich denkbar: - Naßchemische Verfahren Möglichkeit aus - Abwasser - Klärschlamm (Naßschlamm, entwässerter Klärschlamm) - Klärschlammasche (aus Monoverbrennung) - Thermische Verfahren - Klärschlammasche (aus Monoverbrennung) Seite 9

10 Phosphor-Recycling Förderprogramm: Eco-innovation (EU) Projektpartner: KALOGEO, BMG, Eurawasser (vormals Suez, jetzt Remondis), E-on Ziel 1: Verfahren, das Schlamm in vollem Umfang verwertet und geeignete Aschen als Sekundärrohstoff bereitstellt. Ziel 2: Untersuchung unterschiedlicher Nutzungsarten für die anfallenden Aschen Ziel 3: Identifikation von Technologien für weiterführende Verwertungsmethoden Nebeneffekt: thermische Verwertung generiert MWh pro Jahr Überschussenergie Status des Projektes: - EU-Projekt abgeschlossen - Umsetzung einer Pilotanlage in Diskussion (mit dt. Ind.-partnern) Seite 10

11 KALOGEO-Verfahren kalte Trocknung Entfernt H 2 O Reduziert Schlammmenge Vermeidung Leimphase Heizwertanstieg für autarke Verwertung Thermische Verwertung Wirbelschicht Pyrolyse Mengenreduktion Energienutzen Deponiefähigkeit Inerter Reststoff (Wertstoff) Energienutzung Sehr gut nutzbar ( C) Dampf, Heizwasser ORC, Stirling Vorwärmung Abgas (EU RL 2000/76/EG) Abgasreinigung H 2 O OTS Mineralisch H 2 O OTS Mineralisch Mineralisch Inerte Asche Baustoff Wertstoff (P) Deponie Seite 11

12 Im Projekt Biomasse Großwilfersdorf (BMG) Partnerschaft Auftraggeber: Biomasseverwertung Großwilfersdorf GmbH (BMG) 50,1% STRABAG AG, 39,9% Eurawasser(Remondis) 10% Kalogeo Anlage besteht aus Kontakttrockner Wirbelschicht- Reaktor (inkl. Heißentschwefelung) Thermalölkessel Trockene Rauchgasreinigung (Quench, Gewebefilter) Kapazität t/a Klärschlamm (mit 25%TS) Monoverbrennungsanlage! Inbetriebnahme 2012 Dezentrales Konzept Ausschließlich Verwendung von Fremdschlämmen Lieferung von Wärmeüberschuss an benachbartes Fertigteilbetonwerk Seite 12

13 Phosphor-Recycling KALOGEO-Patent EP ( ) Thermische Aufbereitung von Asche Europaweit Seite 13

14 Verfahrenspatent Ascheaufbereitung (Phosphor-Recycling) Eckpunkte des Verfahrens für P-Recycling: - Erhitzen der Asche mittels Induktion, evt. unterstützt durch Teilverbrennung von Kohlenstoff (Reaktionstemperatur im Bereich C) - Reduktion der Asche zu - Eisenlegierungen - elementaren Phosphor - Schlacke - schwermetallreiche Staubfraktion - Restgas Seite 14

15 Wirtschaftliche Überlegungen Preis Rohphosphat 70% BPL : - jahrzehntelang <50 EUR/t, Sprung 2008 auf 300 EUR/t, aktuell ca. 150 EUR/t - enthält ca. 18% P, d.h.: - für Produktion 1 t P 2 O 5 werden 3,3-3,4 t Rohphosphat benötigt bzw. - für Produktion 1 t P werden 7,6 t Rohphosphat benötigt, d.h.: für 1 t P Kosten von ca EUR für Rohphosphat Düngerpreise: Faktor 2 3 für Transport, Produktion, etc. - Phosphatdünger ca EUR/t mit 46% P 2 O 5 ohne Berücksichtigung Wert für N, etc. bedeutet dies: 1 t P ca EUR Bedeutet: Erlöse für t P ca EUR (P aus Asche von z.b. 4 Anlagen wie Großwilfersdorf) Annahme: für Wirtschaftlichkeit 3-fache Erlöse erforderlich! d.h. zusätzlich EUR bedeute tpro EWG zusätzliche Kosten von ca. 2 EUR/a Seite 15

16 Phosphor-Recycling Ausblick Sinnvolle Zielsetzungen: Zeithorizont Ziel 1: kompletter Ausstieg aus der landwirtschaftlichen Klärschlammentsorgung (Anteil in Ö ca. 18 (rein LW) bis 50% wenn inkl. Kompostierung) Ziel 2: 100% Monoverbrennung 4-8 Jahre Ziel 3: Errichtung von Wertstoffdeponien (rückbaufähige Deponien für Mono- Verbrennungsanlagen) (bis entsprechende wirtschaftliche Recycling- Verfahren technisch verfügbar sind) Ziel 4: Forcierung der Entwicklung entsprechender wirtschaftlicher Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus Aschen von Klärschlamm-Monoverbrennungen 8-13 Jahre Für roll-out von Anlagen Seite 16

17 Phosphor-Recycling Vision Österreich Klärschlamm-Monoverbrennungsanlage > t/a Klärschlamm-Monoverbrennungsanlage t/a P-Recycling aus Aschen von Klärschlamm-Monoverbrennungsanlagen Seite 17

18 Wir danken für Ihre Aufmerksamkeit! W W W. K A L O G E O. A T