Verband Schweizer. Gewässerschutzfachleute. Abwasser- und. Fachtagung VSA/SVUT vom 07. November 2014

Transkript

1 Verband Schweizer Abwasser- und Gewässerschutzfachleute Association suisse des professionnels de la protection des eaux Associazione svizzera dei professionisti della protezione delle acque Swiss Water Association Fachtagung VSA/SVUT vom 07. November 2014 Phosphorrückgewinnung Perspektiven für die Schweiz Anders Nättorp FHNW Gruendenstrasse Muttenz

2

3 PHOSPHORUS RECYCLING FROM PROTOTYPE TO MARKET Phosphorrückgewinnung Perspektiven für die Schweiz Regionale Randbedingungen, Bewertung der Recyclingprodukte und Verfahrenskosten Anders Nättorp FHNW Luzern, 7. November 2014 Gliederung Regionalstudien in P-REX Regionale Randbedingungen Bewertung der Recyclingprodukte Verfahrenskosten Mögliche Szenarien

4 Regionalstudien in P-REX Ziel: Rückgewinnungsstrategie für 80% des Phosphors im Abwasser-Strom Umsetzung konkretisieren und dadurch beschleunigen Synthese von Verfahrenseigenschaften (Kosten, Rezyklatqualität, Umweltauswirkungen) regionalen Randbedingungen (CH, DE, ES, CR) Aktuell in CH TVA gibt Antrieb Pfad und Ziel noch auszuhandeln Regionale Randbedingungen t P t P t P t P t P

5 Aktuelle Klärschlammentsorgung t P t P2O5 Trocknung Zementwerke 25% KVA 25% Monoverbrennung 50% Technologien Rückgewinnung aus Schlamm/ Schlammwasser t P t P2O5 Trocknung Zementwerke 25% KVA 25% Monoverbrennung 50% 3 Verfahren aus Schlammwasser 2 Verfahren aus Schlamm X%

6 Technologien Rückgewinnung aus Asche 5150 t P t P2O5 Trocknung Zementwerke 25% KVA 25% Monoverbrennung 5 Rückgewinnungs- Verfahren aus Asche 50% Weitere Mineralisierungsverfahren t P t P2O5 Trocknung Zementwerke <25% KVA <25% Monoverbrennung 50% HTC Pyrolyse Nassoxidation Vergasung X%

7 Verfahren: Voraussetzungen und Datenlage Rückgewinnung aus Schlammwasser Bewertet in P-REX Benötigt Bio-P Rückgewinnung aus Schlamm P-REX: Stuttgart, Gifhorn Rückgewinnung aus Asche P-REX: ASH-DEC, Mephrec, LEACHPHOS, EcoPhos Direkter Einsatz in Düngerindustrie verträgt kaum Eisen Mineralisierungsverfahren Nassoxidation (~6), Vergasung (1), Pyrolyse (1), HTC (0) Bewertung Rezyklate Pflanzenverfügbarkeit Rezyklate sind in der Regel schlecht oder gar nicht wasserlöslich Bewertung der Pflanzenverfügbarkeit mittels Löslichkeit in neutralem Ammoniumcitrat Topfversuche: Ermittlung der «relativen agronomischen Effizienz» (RAE) im Vergleich zu TSP

8 Bewertung Rezyklate Schadstoffgehalt Mineraldünger, Erzeugnisse aus tierischen Nebenprodukten ChemRRV Organische-, Recycling- und Hofdünger ChemRRV Klärschlamm, CH KSA, CH* Cd g/t P 50 g/t TS Cr g/t TS Cu g/t TS Hg g/t TS Ni g/t TS Pb g/t TS V g/t TS Zn g/t TS Rechtliche Rahmenbedingungen Schadstoffgehalt Candinas et al. Nanzer S., ETH 1999 Zürich, unpubliziert. Krüger et al, 2014 * Werte Cr, Hg und V in KSA: Median-wert für Deutsche Monoverbrennungsaschen DüV Klärschlammasche = Recyclingdünger (Art. 5 Bst. b Ziff. 4) ChemRRV (Anhang 2.6) Klärschlamm darf in der Landwirtschaft seit 2006 nicht abgegeben werden Schadstoff-Grenzwerte für Recycling-Dünger Heute ist es wirtschaftlich nicht möglich, den Phosphor im Klärschlamm rückzugewinnen. Neue TVA: Absicht phosphorreiche Abfälle zu recyceln.

9 Pläne BLW Änderung der Dünger-Verordnung (DüV) Definition einer neuen Kategorie mit eigenen Eigenschaften (Mindestgehalt an P 2 O 5 oder anderen Elementen, Anforderungen an Pflanzenverfügbarkeit) Beispiele für mineralische Recyclingdünger Klärschlammasche Asche aus tierischen Nebenprodukten Holzasche (Kali-Dünger) Änderung der Chemikalien-Risikoreduktions-Verordnung (ChemRRV) Definition von Grenzwerten für diese neue Kategorie Ziel ist die Reduktion der Schwermetallbelastung des Bodens! Samuel Vogel, BLW, 2014 Verfahrenskosten Methodik Systemgrenze analog der Umweltbeobachtung von Kt Zürich (Lüscher und Nättorp 2009) Abwasser Faulung Entwässeru ng Trocknung Verbrennung Deponie. Einleitfähiger Ablauf Phosphor als. Dünger oder Rohstoff Systemgrenze Vergleich von Kosten mit einer Referenzentsorgungskette Kosten werden für Deutschland ermittelt und an die anderen Länder angepasst Kostentypen Investition Personal Material Sonstige Confidential P-REX Consortium

10 Verfahrensvergleich Ausbeute Phosphor- Pflanzenverfügbarkeit RRV beitung Erfüllung Chem Weiterverar- Kosten Gehalt Schlammwasserprozesse < 50% >=10% 80% UND 80% JA <5 Wenig Schlammprozesse < 50% >=10% 80% ODER 80% JA <10 Formulierung > % 80% UND 80% NEIN <5 Formulierung Asche-Prozesse > % <80% UND <80% NEIN <5? >=10% 80% ODER 80% NEIN <10 Formulierung >80 >=10% 80% UND 80% JA <5 Formulierung TSP 22% 100%, 91% NEIN 1.40 * Keine * Marktpreis Umweltauswirkungen sind ein wesentliches Kriterium für die Verfahrenswahl aber die Ergebnisse liegen noch nicht vor Szenario Rückgewinnung aus Schlamm/ Schlammwasser t P t P2O5 Trocknung Zementwerke ~10% KVA ~10% Monoverbrennung ~25% (3 Verfahren aus Schlammwasser) 2 Verfahren aus Schlamm 5-10 CHF/EW Jahr für die Rückgewinnung 40%- 50%

11 Szenario Rückgewinnung aus Asche 5100 t P t P2O5 Trocknung Zementwerke 25% KVA 25% Monoverbrennung 5 Rückgewinnungs- Verfahren aus Asche 0-20% 0-5 CHF/EW Jahr für die Rückgewinnung 30-50% t P t P2O5 Szenario Weitere Mineralisierungsverfahren Trocknung Zementwerke <25% KVA <25% Monoverbrennung 50% HTC Pyrolyse Nassoxidation Vergasung X%

12 Szenarienvergleich Rückgewinnung aus Schlamm 5-10 CHF/EW Jahr Potential % Restliches P in verdünnte Aschen Rückgewinnung aus Asche 0-5 CHF/EW Jahr Potential % mit heutige Mineralisierung Synergien mit gesteigerte Monoverbrennung Weitere Mineralisierungsverfahren HTC, Vergasung, Pyrolyse selten eingesetzt für Klärschlamm Nassoxidation allenfalls eine Alternative Monoverbrennung als Ersatzinvestition Vergleich Kosten Rückgewinnung aus Schlamm 5-10 CHF/EW Jahr aus Asche 0-5 CHF/EW Jahr Sonstige Kosten im Abwasserbereich Abwasserreinigung 130 CHF/EW Jahr Monoverbrennung 10 CHF/EW Jahr Elimination von Mikroverunreinigungen 17 CHF/EW Jahr

13 Fazit Eine Mehrzahl der im Pilot- oder Grossmassstab erprobten Verfahren kommen für Phosphorrückgewinnung in der Schweiz in Frage. Die Umweltauswirkungen der Verfahren liegen noch nicht vor und daher fehlt noch eine wesentliche Dimension für die Gesamtbewertung der Verfahren. Rückgewinnung aus Schlamm oder aus Asche möglich Rückgewinnung aus Schlamm ist wesentlich teurer und mit dem heutigen Stand der Technik kann höchstens 50% des Phosphors rückgewonnen werden. Aus Asche kann beinahe 100 % des Phosphors im Klärschlamm rückgewonnen werden. Dies bedingt eine Umstellung auf Monoverbrennung. Die Kosten für Phosphorrückgewinnung sind im Vergleich zu anderen Umweltleistungen gering. Eine neue Kategorie für mineralische Recyclingdünger würde die Anzahl in Frage kommenden Verfahren erhöhen und dadurch Kosten und Umweltauswirkungen für die Umsetzung senken. Ausblick Regionalstudien P-REX Datenlage wird verfeinert Ende 2014 Anfang 2015 Dialog mit Stakeholdern zu den Szenarien Detaillierte Resultate und Berichte in 2015 Die Umsetzung der Phosphorrückgewinnung in der Schweiz steht kurz bevor und ist gut machbar!

14 Quellen Aus P-REX Technologie-Data LCA Kosten Regionale Randbedinungen Binder et al. (2009) Phosphorflüsse in der Schweiz. Stand, Risiken und Handlungsoptionen, Bafu «Kläranlagen Datenbank» (2014), BAFU Laube, Vonplon (2004) Klärschlamm-Entsorgung in der Schweiz Mengen- und Kapazitätserhebung, BUWAL Simone Nanzer, Analyseresultate zu Mono-Verbrennungsaschen, ETH Zürich, unpubliziert Candinas et al. (1999) «Klärschlamm: Die Qualität ist laufend besser geworden», Agrarforschung Krüger et al (2014) «Monitoring von Klärschlammaschen», ReSource 3/2014 AbegglenC., Siegrist H. (2012) Mikroverunreinigungen aus kommunalem Abwasser. Verfahrenzur weitergehenden Elimination auf Kläranlagen. BAFU S. Vogel, BLW (2014), Vortrag i-net-tagung, Basel Danksagung Herzlichen Dank an Sirja Hukari und Jan Stemann für die Unterstützung bei der Präsentation Danke an alle beteiligten Kollegen an der FHNW und an die Projektpartner in P-REX P-REX is a research project supported by the European Commission under the Seventh Framework Programme (Priority: From Prototype To Market ) Contract No P-REX Duration: 01/09/12-31/08/15