Recycling von Phosphor aus Klärschlammaschen. Ludwig Hermann

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1 Recycling von Phosphor aus Klärschlammaschen Ludwig Hermann Vortragsabend: Die Ressource Abfall rohstofflich oder energetisch nutzen Baden, am

2 Inhalt 1. Wer ist ASH DEC? 2. Der Markt Rohstoff Klärschlammasche 3. Verfahren und Pilotanlage 4. Dünger 5. Benchmark und Produktionskosten 6. Warum P-Recycling mit ASH DEC? 2

3 1. Wer ist ASH DEC? 3

4 Wer ist ASH DEC? Management: L. Hermann CEO, Finanzen E. Bachleitner COO, Einkauf 6 Mitarbeiter, davon 3 F&E Shareholders: 60% 5 Gründer 25% Private Equity 15% BEKO HOLDING AG Technologieunternehmen mit einem marktreifen Verfahren zur Rückgewinnung von Nährstoffen (P) und Herstellung von Düngemitteln aus Klärschlammaschen und nährstoffreichen Verbrennungsrückständen 3 internationale Patente Entwickeltes Kunden- und Technologienetzwerk 4

5 2001 Meilensteine bis 2004 ASH DEC Gründung auf Basis der von 2 Mitgründern entwickelten Technologie zur Dekontamination von Aschen durch Einbindung der Schwermetalle in Glasmatrix Konstruktive Kritik an der Einbindung von Schwermetallen durch namhafte Vertreter von Wissenschaft und BUWAL. Auseinandersetzung mit den Forschungsarbeiten des PSI im Rahmen des Schweizer Prioritätsprogramm Umwelt (SPPE) 2003 Equity Investition von 2,0 Mio. für die Weiterentwicklung der Technologie zur Abscheidung von Schwermetallen durch Integration von PSI Erkenntnissen in das ASH DEC Verfahren Entscheidung für Phosphatrecycling Versuche im Industriemaßstab Anlagenkonzept und Basic Engineering. 5

6 Meilensteine bis Erzeugung von PK Düngern Positive Gutachten von Sachverständigen Erfolgreiche Topfversuche mit Nutzpflanzen Start des EU-Projekts SUSAN mit BAM Erste Zulassung eines PK-Düngers aus Klärschlammaschen LOIs mit Betreibern von Schlammverbrennungsanlagen Start des KTI Projekts PhosKraft mit ETH Zürich und VBSA Inbetriebnahme der Pilotanlage Leoben Ende 2007 Untersuchung aller Schweizer Klärschlammaschen 5 Schweizer Aschen zu Dünger verarbeitet für Untersuchungen, Analysen, Topf- und Feldversuche. 6

7 2. Der Markt Rohstoff Klärschlammasche 7

8 Klärschlamm Anfall und Entsorgung Weltmarkt TS = Trockensubstanz Europa > 30 Mio. t TS in entwickelten Märkten > 3 Mio. t Asche mit > to P 2 O 5 Klärschlammanfall: > 10, t/a TS Klärschlammmonoverbrennung: 24% Klärschlammverbrennungsanlagen: ~100 Aschenentsorgung: Deponie / teilweise Ersatzbaustoffe USA Klärschlammanfall: > 8, t/a TS Klärschlammmonoverbrennung: 22% Klärschlammverbrennungsanlagen: ~170 Aschenentsorgung: Deponie Japan Klärschlammanfall: > 3, t/a TS Klärschlammmonoverbrennung: 50% Klärschlammverbrennungsanlagen: ~80 Aschenentsorgung: Deponie / Verglasung 8

9 Klärschlamm Anfall und Entsorgung Europa 10 Mio. t Klärschlamm TS ~ 24% Monoverbrennung Hauptkläranlage Wien SNB Klärschlammverbrennung Partner im FP6-Projekt SUSAN > 100 Verbrennungsanlagen > 1 Mio. t Klärschlammaschen > t P 2 O 5 9

10 Marktentwicklung Asche als Rohstoff 100% 90% 80% 70% Deponie Wachstumsfaktoren Deponie 60% 50% 40% 30% Landwirtschaft Schlamm- -Aufkommen -P 2 O 5 Gehalt - Verbrennung Landwirtschaft 20% 10% 0% 11% Verbrennung Biomasse als Energieträger Verbrennung + 162% 24%

11 Rohstoff Rohphosphat Statische Reichweite der Reserven 88 Jahre Preise volatil mit steigender Tendenz Geringe Ressourcen in Europa Vorkommen häufig in politisch instabilen Gebieten 45% der Ressourcen unter staatlicher Kontrolle 11

12 Rohstoff Klärschlammasche Klärschlammasche ist der neue Rohstoff zur Phosphatgewinnung. Schlammverbrennungsanlagen sind die neuen Lagerstätten. Abb. 4. Klärschlammasche Aschen von Klärschlamm enthalten, neben Kalzium, Silizium und mehreren Spurennährstoffen, meist 15-20% Phosphor (als P 2 O 5 ). Im Rohstoff sind, wie in der Natur auch, Schwermetalle mit dem Phosphat vergesellschaftet. Die Phosphatverbindungen in der Asche sind nur begrenzt für Pflanzen verfügbar. Asche ist kein sinnvoller Dünger! 12

13 Phosphorgehalte in Schweizer Aschen 13

14 Schwermetallgehalt am Beispiel Zink 14

15 P Pflanzenverfügbarkeit in Aschen 15

16 3. Das Verfahren und die Pilotanlage 16

17 Das Verfahren 1. Asche wird mit harmlosen, reaktionsauslösenden Solelösungen in einem Intensivmischer homogenisiert und in einer Matrizenpresse pelletiert. Die Additive werden so dosiert, dass die P-Löslichkeit optimal verbessert und den gesetzlichen Anforderungen sicher entsprochen wird. 2. Die Pellets werden in einen Thermoreaktor aufgegeben und bis zu 30 Minuten einer Temperatur von C ausgesetzt. Dabei bilden bis zu 99% der Schwermetalle, insbesondere Quecksilber, Cadmium, Blei, Zink und Kupfer, gasförmige Verbindungen und werden als Aerosole mit dem Rauchgas ausgeschieden. 93% der eingesetzten Asche werden als P-reiches Granulat ausgetragen. 7% der Asche werden über ein mehrstufiges Rauchgasreinigungssystem als staubförmiges Metallkonzentrat ausgeschieden. 3. Um ein Mehrnährstoff-Düngemittel zu produzieren, das optimal auf die Bodenbeschaffenheit, den Nährstoffbedarf der Kulturpflanzen und die Marktbedingungen abgestimmt ist, wird das P-Granulat nach Bedarf mit zusätzlichen Phosphaten und anderen Nährstoffen wie Stickstoff, Kalium und Schwefel angereichert. 17

18 Prozess-Flussdiagramm Atmosphäre Reingas I n.b. Klärschlamm trocken KS-Asche 1 Verbrennung Mit RGR 0, Mischer+ Pelletierer Rohgranulat Rauchgas 0,52 Drehrohr 0,07 Reingas II n.b. Rauchgas- Reinigung Systemgrenze Granulat 0,45 Düngemittel- Konfektion 3. [t TS] Additive 0,07 Additive 0,07 Mehrnährstoff- Dünger 0,6-1,3 Handel 0,15-0,9 Additive 0,05 Dolomit 0,07 Untertage- Deponie SM- Konzentration 18

19 Industrielle Versuchsanlage Aschen-/Additivmischung Kurztrommelofen, Betrieb mit 500 kg/h Abgasreinigung der industriellen Anlage Granulation Granulataustrag Eine industrielle 500 kg/h Versuchsanlage ist seit November 2006 periodisch in Betrieb. Sie bestätigt die Ergebnisse der Vorversuche im Labor- und Technikmaßstab. Gegenwärtig wird die Versuchsanlage für den industriellen 3-Schicht Betrieb aufgerüstet. Ab Dezember 2007 Produktion von bis zu t Dünger p. a. 19

20 4. Der Dünger 20

21 Primär-, Sekundär- und Spurennährstoffe Stoffgehalte im P-Dünger nach der Behandlung 35,00 30,00 25,00 Anteil in % 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 P2O5 K2O CaO MgO Na2O SO3 SiO2 Fe2O3 Al2O3 Das Produkt ist aus Klärschlammaschen der Fernwärme Wien auf Basis der jährlichen Aschen-Durchschnittsgehalte und den Ergebnissen mehrerer Produktionsserien in der ASH DEC Versuchsanlage mit den erreichten Durchschnittswerten dargestellt. 21

22 Schwermetallgehalte im Vergleich Vergleich der Ist-Gehalte im PhosKraft Produkt mit den schärfsten Grenzwerten in den Kernmärkten Phos Kraft Klärschlamm Asche aus Klärschlamm Mineralischer Dünger 5 4, , CH 200 D 70 1) CH 50 A NL 897 Cr Cu Ni Pb Zn NL 2, ,5 1, Cd A 1 0,6 Hg 0 mg/kg mg/kg 1) Der nahe dem deutschen Grenzwert liegende Kupfergehalt wird voraussichtlich im Rahmen der Ausnahmebestimmungen für Spurennährstoffe auch im möglichen Schwankungsbereich akzeptiert. Schweizer Grenzwerte gelten nur für Recyclingdünger. 22

23 PhosKraft P Mehrnährstoffdünger Gut pflanzenverfügbare Calcium-Phosphate mit Kalk, Silikaten und Spurennährstoffen steigern den Ernteertrag nachhaltig und fördern die Nährstoff-Verfügbarkeit im Boden. Die effektive Abscheidung der Schwermetalle führt zu einem Phosphor-Dünger mit vernachlässigbar geringen Cadmium- und Uran-Gehalten. ASH DEC PhosKraft Produkte erfüllen sämtliche Anforderungen aller geltenden und vorhersehbar geplanten Dünger-Verordnungen. PhosKraft wurde im Mai 2006 nach 9 Düngemittelgesetz (Österreich) zugelassen. 23

24 Topfversuche mit Raygrass 12 Versuchsanstalt: AGES, Agentur für Ernährungssicherheit, Wien MWg TM Kontrolle 2 PhosKraft Produkt x Produkt y Schnitt 2 3,1 5,9 4,9 4 Schnitt ,9 4,1 Gefäße: Kick-Brauckmann mit 6 kg Zwettler Boden plus 3 kg Sand Boden: ph 6,1, Karbonatgehalt < 1%, CAL-P 22 mg/kg (A), CAL-K 80 mg/kg (B), Mg in CaCl 2 77 mg/kg (D), Ton 8% PhosKraft PK 12/ S, Stufe 1 mit 2,5 g (0,3 g P 2 O 5 ), Stufe 2 mit 5 g (0,6 g P 2 O 5 ), Stufe 3 mit 7,5 g (0,9 g P 2 O 5 ) 2 Wettbewerbsprodukte, Stufen wie oben; alle Gefäße inkl. Kontrolle einheitlich mit Stickstoff gedüngt 8 Varianten mit 4 Wiederholungen, 32 Gefäße pro Versuchsboden 24

25 Ergebnis Das Verfahren bringt einen P-Dünger mit 18% P 2 O 5 Gehalt hervor, der in seiner Wirkung, auch in kurzzeitigen Topfversuchen, SSP ebenbürtig ist. Der P18 Dünger ist nicht wasserlöslich, aber in Zitronensäure (2%) nahezu vollständig löslich (wie Thomasphosphat). Der P18 Dünger enthält zusätzlich Kalzium, Silikate und Spurennährstoffe, die jedenfalls einen Zusatznutzen für den Landwirt bringen. 25

26 5. Benchmark und Produktionskosten 26

27 Benchmark Produktkosten Single Super Phosphat (SSP) Hochgerechnete Kosten bei führenden Herstellern: 116,-/t Grundlage: Rohphosphat, gemahlen, gelandet: 70,- H 2 SO 4, gelandet: 80,- Rohstoffkosten = 65% der Produktkosten 27

28 PhosKraft P18 Produktionskosten Grundlage: Anlage im Verbund mit Verbrennungs- oder Industrieanlage mit energetischen (billige Abwärme), tariflichen und personellen Synergieeffekten. P18 Produktionskosten - Standardszenario Schweiz 1,5 t/h Anlage 180 Hilfsstoffe Energie Personal Overhead Finanzierung Erlöse Aschen Nettokosten Kosten Erlöse Aschen Nettokosten 28

29 Fazit Mit dem ASH DEC Verfahren lässt sich in der Schweiz ein PhosKraft P18 Dünger zu Vollkosten von 107,- herstellen. Ein gleichwertiger Mineraldünger vom Typ Single Super Phosphat wird in Europa bei führenden Herstellern nicht unter 116,- erzeugt. 29

30 6. Warum P-Recycling mit ASH DEC? 30

31 Warum P-Dünger Produktion in Europa? In Europa liegt die Produktion deutlich unter dem Verbrauch 31

32 Vorteile des ASH DEC Verfahrens Kein anderes P-Recycling Verfahren kommt gegenwärtig auf annähernd vergleichbare Produktionskosten. Kein anderes P-Recycling Verfahren bringt ein nach Düngemittelverordnung zugelassenes Produkt hervor. Die Produktion von Phosphatdünger aus Klärschlamm- und Bioaschen ist zur Zeit die einzige Option zur Erschließung von nachhaltigen P- Ressourcen in Europa und in der entwickelten Welt. Das Verfahren ist im Technikmaßstab erprobt und reif für den Transfer in die industrielle Praxis. 32

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Ludwig Hermann Kontakt in der Schweiz und in Liechtenstein: Walter Artho Donaufelderstraße 101/4/5 A-1010 Wien Mail: Tel.: Schollenmatt 2, CH-8832 Wollerau Tel.: Fax: info@artho-biovis.ch Url: