Phosphor in der Schweiz Stoffflüsse, P-Rückgewinnung, Aktivitäten BAFU

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1 Federal Department of the Environment, Transport, Energy and Communications DETEC Federal Office for the Environment FOEN Abteilung Abfall und Rohstoffe Phosphor in der Schweiz Stoffflüsse, P-Rückgewinnung, Aktivitäten BAFU Dr. Kaarina Schenk BAFU, Abteilung Abfall und Rohstoffe BDU-Herbsttagung, 13. November 2008 Inhalt der Präsentation Umwelt- und Abfallpolitik Schweiz Phosphor Phosphorflüsse in der Schweiz P-Rückgewinnung Schlussfolgerungen 2 1

2 Umweltpolitik = Ressourcenpolitik Natürliche Ressourcen, wie Luft, Wasser, Boden, Wald und Landschaft sind für die Gesellschaft und die Wirtschaft langfristig zu erhalten und zu nutzen 3 Ziele der Umwelt- und Ressourcenpolitik Sicherheit Gesundheit Rohstoffe Natürliche Vielfalt 4 2

3 Von der Abfallpolitik zur Rohstoffpolitik Ziele Nachhaltige Nutzung der Rohstoffe Umweltverträgliche Abfallentsorgung Gewährleistung der Entsorgungssicherheit Beachtung der wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Anforderungen an eine nachhaltige Rohstoffnutzung und Abfallentsorgung 5 Phosphor Phosphoros - lichttragend vom Leuchten des weissen Phosphors bei der Reaktion mit O 2 ; Phosphorverbindungen sind für alle Lebewesen essentiell und ist bei Aufbau und Funktion der Organismen in zentralen Bereichen beteiligt (DNA, zelluläre Energieversorgung) In der Natur kommt Phosphor ausschliesslich in gebundener Form vor Gehalt in der Erdkruste beträgt 0.09% Apatit und Phosphorit sind ökonomisch die wichtigsten Phosphate 6 3

4 Phosphor - Apatite 7 Phosphorvorkommen Grössten Vorkommen an Phosphatmineralien in Marokko, China und USA Grosse Vorkommen am Meersboden, die momentan nicht abgebaut werden P in Ablagerungen von Vogelkot (Guano): pazifische Inseln Nauru und Kiribati, Chile, Peru Jährlich werden 100 Mio. Tonnen Rohphosphate gefördert, davon 90% zur Herstellung von Düngemitteln Dünger werden direkt aus Ca-Phosphat hergestellt, indem dieses mit Schwefelsäure aufgeschlossen wird 8 4

5 Der Rohstoff Phosphor 9 Phosphordünger - Preisentwicklung Gründe Price [US$/t] Quelle: S. Nanzer Urea DAP TSP nicht erneuerbare Ressource P ist nicht ersetzbar die kontinentalen Vorkommen sind endlich Qualität der Primärvorkommen nimmt ab Grosse Nachfrage 10 5

6 Phosphorflüsse in der Schweiz (1) Fragestellungen Wie ist der Phosphorkreislauf aktuell strukturiert? Wie kann die effiziente Nutzung der Ressource Phosphor verbessert werden? 11 Phosphorflüsse in der Schweiz (2) Ziele Quantifizierung und Validierung der P-Flüsse für 2006 Handlungsoptionen erarbeiten Monitoringsystem entwickeln zur Messung der Effektivität von Massnahmen Systemgrenze Zollrechtliche Landesgrenze der Schweiz 12 6

7 Modellierungssoftware STAN Technische Merkmale: Dateneingabe berücksichtigt Einheit und Unsicherheit (Massenflüsse, Konzentrationen, Lager, Transferkoeffizienten) Datenimport und -export von und nach Excel Darstellung von Flüssen in Sankey-Form Erstellung von Subsystemen Berechnungsmöglichkeiten Mehrere Perioden & Ebenen (Gut, Stoffe, Energie) Berechnung unbekannter Größen Ausgleichsrechnung Fehlerfortpflanzung & Sensitivitätsanalyse Statistische Tests zum Auffinden von Datenfehlern 13 Das Gesamtsystem Phosphor 14 7

8 Gesamtsystem (1) 15 Gesamtsystem (2) FAZIT 1 Schweiz Netto-Importeur von Phosphor - Grössenordnung > t/a % des Imports Landwirtschaft >10 % des Imports Produktion nicht biogener Güter FAZIT 2 Landwirtschaft: Kreislaufwirtschaft Pflanzen und Tiere von ca t/a Verluste im Bereich Tiere: ca t FAZIT 3 In Abfallwirtschaft werden ca t P/a umgesetzt. 23 % Verwertung (Grüngut, 10 % des Klärschlamms, tierische Abfälle Export) 77 % Verluste (Abfluss Abwasser, Klärschlamm, tierische Abfälle) 16 8

9 Subsystem Konsum (1)? 17 Subsystem Konsum (2) FAZIT 1 Totaler Input t/a 83 % Nahrungsmittel 10 % Reinigungsmittel 3 % Holz und Papier 3 % Dünger FAZIT 2 Abwasser mit 6 000t/a grösster Output im Subsystem Konsum >50 % des Subsystem-Outputs: menschliche Ausscheidungen 28 % im Kehricht ( KVA) 10 % pflanzliche Abfälle 18 9

10 Subsystem Abfallwirtschaft (1) < t >9 000 t 19 Subsystem Abfallwirtschaft (2) FAZIT 1 Input in Abfallwirtschaft t/a Output t (Klärschlamm, tierische Abfälle, Kompost) Verluste: 77 % (Deponierung, Zementwerk, Abwasserstrom) FAZIT 2 Monoverbrennung von Klärschlamm t/a (steigende Tendenz) Effizienzsteigerung bei der P-Elimination in ARAs P-Verluste in Oberflächengewässer nur noch 1 000t/a 20 10

11 Zusammenfassung Stoffflussanalyse P Phosphorflüsse für die Schweiz liegen in bisher neuartiger Auflösung, Datenqualität und Konsistenz vor Potentiale zur Rückgewinnung von Phosphor sind: Kompost und Gärgut Klärschlamm und Klärschlammasche Menschliche Ausscheidungen (Urin, Fäkalien) Tierische Abfälle Theoretische Potentiale sind: KVA-Schlacke Geschirrspülwasser 21 Zusammenfassung Stoffflussanalyse P Unsicherheitsanalyse absolute/relative Unsicherheiten zeigen an, wo weitere Recherchen erforderlich sind Schliessen von Kenntnislücken - Klärschlamm-Monoverbrennungsanlagen - grosse Unsicherheiten bzgl. KS-Mengen, Aschemengen, Filteraschemengen Messungen/Messreihe für die Konzentrationen durchführen 22 11

12 Ausblick: Monitoring- und einfaches Simulationstool 3. STAN: Ausgleichsrechnung +Visualisierung 4. Publikation Themen- /Jahresbericht: Darstellungen per Prozessgruppe möglich 1. Dateneingabe MS Excel: Zyklus Δt= 1-2 a 2. Kopplung MS Excel STAN: Datenimport 23 Mögliche Innovationsfelder für P-Effizienz Neue Quellen Phosphate von Böden in Seen und Meeren Industrie Neue P-Düngerformulierung Pflanzenbau P-Mobilisation im Boden durch: Mikroorganismen; Pflanzenzüchtung (verbesserte P-Resorptionsrate, P-Effizienz) Abfallwirtschaft P-Recycling bei Abfällen - Klärschlamm - Tiermehl - Tierische Abfälle 24 12

13 P-Rückgewinnung Entsorgungswege für Klärschlamm Landwirtschaft Monoverbrennung Zementwerk KVA seit 2008 ist das direkte Ausbringen verboten t/a Trockensubstanz Deponie Export % 10% 20% 30% 40% Quellen: S. Nanzer und BAFU 25 P- Rückgewinnung aus Klärschlammasche Monoverbrennung von Klärschlamm Zerstörung von organischen Schadstoffen Aufkonzentrierung von P hohe Schwermetallkonzentrationen Entwicklung eines thermisch-chemischen Behandlungsverfahren (ASH DEC Umwelt AG) KTI-Projekt PHOSKRAFT: Dissertation von Simone Nanzer

14 Thermisch-chemischer Prozess Zugabe von CaCl 2 zur Asche Pelletisierung der Mischung Behandlung bei C ca Minuten Sofortige Abkühlung Konfektionierung zu Dünger Schwermetallentfrachtung Quelle: S. Nanzer Effiziente Entfrachtung für Cd, Zn, Cu und Pb Für den Einsatz als Dünger sind Cu und Ni noch kritisch 28 14

15 Schlussfolgerungen Aufgrund der Ergebnisse wird ein besseres Systemverständnis für Phosphor erreicht Der Phosphorhaushalt kann hinsichtlich des Potentials zur Steigerung der Materialeffizienz bewertet werden Die Datenlage ist weiter zu verbessern P-Rückgewinnung aus Klärschlammasche sieht Erfolg versprechend aus 29 Aktivitäten des BAFU Optimierung des Nährstoffmanagements unter Berücksichtigung des Schadstoffeintrags Prüfung weiterer Technologien zur P-Rückgewinnung Monitoring der Klärschlammzusammensetzung / Fällungsmittel Überprüfung der rechtlichen Rahmenbedingungen - TVA-Revision Ziel: P in Abfällen ist zurückzugewinnen Optimierung der Abfallströme 30 15

16 Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 31 16