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Monitoring von Klärschlammmonoverbrennungsaschen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung zur Ermittlung ihrer Rohstoffrückgewinnungspotentiale und zur Erstellung von Referenzmaterial für die Überwachungsanalytik

In Deutschland fallen jedes Jahr knapp 2 Million Tonnen Klärschlamm (Trockenmasse) an.Um das Rückgewinnungspotential von Phosphor und Technologiemetallen aus Klärschlammaschen bewerten zu können, wurden über 97 % der in Deutschland anfallenden Klärschlammaschen aus der Monoverbrennung repräsentativ beprobt und vollständig charakterisiert. Für Phosphor ergibt sich ein Rückgewinnungspotential von knapp 19.000 t/a, was über 12 % der in Form konventioneller mineralischer Dünger eingesetzten Menge an Phosphor entspricht. Eine direkte Rückgewinnung von Technologiemetallen aus der Asche scheint aufgrund geringer Gehalte nicht sinnvoll, kann aber im Verbund mit einer Phosphorrückgewinnung durch Nutzen von Synergien wirtschaftlich werden. Veröffentlicht in Texte | 49/2014.

Monitoring von Klärschlammmonoverbrennungsaschen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung zur Ermittlung ihrer Rohstoffrückgewinnungspotentiale und zur Erstellung von Referenzmaterial für die Überwachungsanalytik

In Deutschland fallen jedes Jahr knapp 2 Million Tonnen Klärschlamm (Trockenmasse) an. Knapp die Hälfte davon wird aktuell als Dünger in der Landwirtschaft bzw. zum Landschaftsbau eingesetzt, der Rest wird thermisch entsorgt. Klärschlämme stellen die Schadstoffsenke der Abwasserreinigung dar und können neben Schwermetallen auch organische Schadstoffe enthalten. Aufgrund von zunehmender Besorgnis über mögliche Gesundheits- und Umweltgefahren durch den direkten Einsatz der Klärschlämme in der Landwirtschaft ist heute davon auszugehen, dass dieser Verwertungsweg zugunsten der Verbrennung in Zukunft weiter an Bedeutung verlieren wird. Derzeit werden die Aschen fast ausschließlich entsorgt. Damit werden sämtliche in der Klärschlammasche enthaltenen Wertstoffe dem Wirtschaftskreislauf dauerhaft entzogen. Das gilt neben Technologiemetallen insbesondere für Phosphor (P). Der jährliche Phosphorbedarf in der Landwirtschaft beläuft sich in Deutschland auf über 500.000 t P, knapp 150.000 t davon werden in Form mineralischer Dünger aufgebracht. Dieser wird aus bergmännisch gewonnen Rohphosphaten hergestellt, für die in der EU eine nahezu vollständige Importabhängigkeit besteht und die teilweise stark mit Schwermetallen wie Uran und Cadmium belastet sind. Aus diesen Gründen wird die Suche nach alternativen Sekundärrohstoffquellen verstärkt. Um das Rückgewinnungspotential von Phosphor und Technologiemetallen aus Klärschlammaschen bewerten zu können, wurden über 97 % der in Deutschland anfallenden Klärschlammaschen aus der Monoverbrennung repräsentativ beprobt und vollständig charakterisiert. Für Phosphor ergibt sich ein Rückgewinnungspotential von knapp 19.000 t/a, was über 12 % der in Form konventioneller mineralischer Dünger eingesetzten Menge an Phosphor entspricht. Eine direkte Rückgewinnung von Technologiemetallen aus der Asche scheint aufgrund geringer Gehalte nicht sinnvoll, kann aber im Verbund mit einer Phosphorrückgewinnung durch Nutzen von Synergien wirtschaftlich werden. Quelle: Forschungsbericht

Monitoring von Klärschlammaschen

Von den etwa zwei Millionen Tonnen Klärschlamm, die jährlich in Deutschland anfallen, wird aktuell knapp die Hälfte landwirtschaftlich verwertet, während der Rest entweder in Monoverbrennungsanlagen oder in Kohlekraftwerken und Zementfabriken verbrannt wird. Der direkte Einsatz des Klärschlamms in der Landwirtschaft<BR>wird aufgrund der Belastung mit Schwermetallen und insbesondere mit organischen Schadstoffen zunehmend kritisch gesehen, auch von der Politik. So sieht beispielsweise der Koalitionsvertrag zwischen CDU, CSU und SPD für die 18. Legislaturperiode des Deutschen Bundestags den Ausstieg aus der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung vor. Der Anteil der Verbrennung an der Klärschlammentsorgung dürfte deshalb in Zukunft zunehmen. Während bei der Verbrennung zwar die organischen Schadstoffe nahezu vollständig abgebaut werden, gehen die im Schlamm enthaltenen Wertstoffe - insbesondere Phosphor - dem Wirtschaftskreislauf dauerhaft verloren, da die Aschen bisher hauptsächlich deponiert oder zum Bergversatz genutzt werden. Um das Rückgewinnungspotential für Wertstoffe aus Klärschlammaschen bewerten zu können, wurden in einem Vorhaben des Umweltforschungsplans fast sämtliche in Deutschland anfallenden Klärschlammaschen (KSA) aus 24 Monoverbrennungsanlagen über einen Zeitraum von einem Jahr beprobt und grundlegend charakterisiert. Es wurde festgestellt, dass in knapp 300.000 Tonnen Klärschlammasche pro Jahr etwa 19.000 Tonnen Phosphor enthalten, was 13 Prozent der Phosphormenge entspricht, die in Deutschland jährlich für Mineraldünger benötigt wird. Diese Menge könnte schon heute aus Aschen zurückgewonnen werden, die bei der separaten Verbrennung von <BR>Klärschlamm (Monoverbrennung) anfallen. Das Rückgewinnungspotential anderer Rohstoffe wie seltene Erden ist dagegen eher gering.Quelle: Krüger, Oliver; Roskosch, Andrea; Adam, Christian: Monitoring von Klärschlammaschen / Oliver Krüger ; Andrea Roskosch ; Christian Adam. - graph. Darst. In: ReSource : Abfall, Rohstoff, Energie ; Fachzeitschrift für nachhaltiges Wirtschaften. - (2014), H. 3, S. 8

Errichtung und Betrieb eines Klärschlamm-Heizkraftwerks der EnBW Energie Baden-Württemberg AG am Standort Walheim

Die EnBW Energie Baden-Württemberg AG (EnBW) mit Sitz in der Durlacher Allee 93 in 76131 Karlsruhe, plant zur regionalen Klärschlammentsorgung die Errichtung eines Klärschlammheizkraftwerkes am bestehenden Kraftwerksstandort in Walheim, Mühlstraße in 74399 Walheim. Vorgesehen ist eine sogenannte Monoverbrennung zur ausschließlichen Verbrennung von kommunalem Klärschlamm. Die maximale Feuerungswärmeleistung der Anlage beträgt 15,1 MWth. Die Anlage ist für maximal 180.000 Tonnen entwässerten Klärschlamm (EKS) sowie 5.000 Tonnen trockenen Klärschlamm (TKS) ausgelegt. Das entspricht einer Jahreskapazität von 50.000 Tonnen (Trockensubstanz) Klärschlamm.

Phosphor-Recycling aus Klärschlamm lohnt sich

Phosphor-Recycling aus Klärschlamm lohnt sich Knapp 13 Prozent der Phosphormenge, die in Deutschland jährlich für mineralische Dünger benötigt wird, könnte schon heute aus Aschen zurückgewonnen werden, die bei der separaten Verbrennung von Klärschlamm (Monoverbrennung) anfallen. Das zeigt eine Studie im Auftrag des UBA. Die Studie analysierte erstmals, wie hoch der Gehalt an Phosphor, Metallen und seltenen Erden bei den rund 300.000 Tonnen Klärschlammasche ist, die in Deutschland pro Jahr bei der Monoverbrennung entstehen. Das Potenzial für die Rückgewinnung von Phosphor ist groß, das anderer Rohstoffe dagegen eher gering. Das Interesse am Phosphor-Recycling ist hoch, da die Vorkommen an phosphathaltigem Gestein, die sich derzeit wirtschaftlich abbauen lassen, zukünftig knapper werden.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH durchgeführt. Ziel des Projektes ist es, biogene kommunale Reststoffe und Reststoffe aus der Bioökonomie für eine Nutzung als Energieträger und zur Produktion von Grundchemikalien zu erschließen. Der Kern hierbei ist die gekoppelte Erzeugung von phenol- und furanhaltigen Lösungen und einer für die Monoverbrennung geeigneten Kohle durch hydrothermale Umwandlung. Dieser integrierte Umwandlungsprozess ist ebenso neu wie die Nutzung der Reststoffe aus der Bioökonomie, die Monoverbrennung von HTC-Kohle und eine auf das Prozesswasser zugeschnittene Abtrenntechnik. Damit wird es möglich, aus den Reststoffen hochwertige grüne Produkte zu generieren. Diese können in weiteren Bereichen der Bioökonomie genutzt werden. Die Koppelung der Produktion führt zu wesentlichen ökonomischen wie ökologischen Vorteilen, da die Ausgangsstoffe besser ausgenutzt und bisherige Abfallströme einer Nutzung zugeführt werden. Ebenfalls erstmalig wird eine Monoverbrennungsanlage für diese Kohle neu errichtet, welche dezentralisierbar und komplett unabhängig von fossilen Energieträgern sind. Das DBFZ übernimmt die wissenschaftlichen Untersuchungen des angestrebten Verfahrens in der Theorie und im Labormaßstab. Dabei erfolgen, ausgehend von der Optimierung der Menge an abtrennbarem Phenol und Furan für den derzeitigen HTC-Prozess, die Übertragung der Technologie auf neuartige Edukte sowie die Maximierung der Chemikalienausbeute. Das gewonnene Know-how ist Basis für die Erstellung eines Gesamtkonzeptes und die Erprobung an der Demonstrationsanlage.

Teilprojekt 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Innovatherm Gesellschaft zur innovativen Nutzung von Brennstoffen mbH durchgeführt. Mit der Technologie können alle phosphorhaltigen Einsatzstoffe verwertet werden. In der Pilotanlage im halbtechnischen Maßstab wird die Verwertung von Klärschlammasche getestet. Es ist insbesondere zu untersuchen, wie die Asche zu Stückgut gebunden und verdichtet werden kann. Ferner wird das Prozessverhalten im Schachtofen analysiert, sowie die alternative Bewirtschaftung mit und ohne Synthesegaserzeugung geklärt. Die Qualität der Ein- und Ausgangsstoffe wird mit dem Analytikprogramm dokumentiert und die verfahrenstechnischen Messdaten bilanziert. Die Ziele sind: - Nachgewiesene Funktions- und Praxistauglichkeit der Technologie für die Verwertung von Klärschlammaschen - Bestätigte Eignung des Verfahrens für die spätere Verwertung monodeponierter Klärschlammaschen aus der Monoverbrennung. Die Arbeitsschwerpunkte sind: - Funktionsnachweis der Verarbeitung von Klärschlamm-Aschen verschiedener Zusammensetzung mit den Teilprozessen Brikettierung der Aschen und anschließende Schmelzvergasung in der Pilotanlage - Klärung der rechtlichen Rahmenbedingungen für die Verwertung weiterer Stoffe wie z.B. Tier- und Knochenmehl.

Teilprojekt C

Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Endress Holzfeuerungsanlagen GmbH durchgeführt. Ziel ist es, biogene kommunale Reststoffe und Reststoffe aus der Bioökonomie für eine Nutzung als Energieträger und zur Produktion von Grundchemikalien zu erschließen. Kern ist dabei die gekoppelte Erzeugung von phenol- und furanhaltige Lösungen und einer für die Monoverbrennung geeigneten Kohle durch Hydrothermale Umwandlung. Dieser integrierte Umwandlungsprozess ist ebenso neu wie die Nutzung der Reststoffe aus der Bioökonomie, die Monoverbrennung von HTC-Kohle und eine zugeschnittene Abtrenntechnik. Damit wird es möglich aus den Reststoffen hochwertige grüne Produkte zu generieren. Diese können in weiteren Bereichen der Bioökonomie genutzt werden. Die Kopplung der Produktion führt zu wesentlichen ökonomischen wie ökologischen Vorteilen, da die Ausgangsstoffe besser ausgenutzt werden und bisherige Abfallströme einer Nutzung zugeführt werden. Ebenfalls erstmalig wird eine Monoverbrennungsanlage für diese Kohle neu errichtet, die komplett unabhängig von fossilen Energieträgern und dezentralisierbar sind. DBFZ: theoretische und praktische Untersuchungen zur Optimierung der Ausbeute und Qualität der Kohle und Chemikalien. HWS: Versuchsbetrieb HTC-Demonstrationsanlage, Optimierung Kohlequalität und Chemikalienausbeuten an der Demonstrationsanlage, Aufbau und Betrieb Monoverbrennungsanlage Endress: passt eine Feuerung aus dem Produktprogramm an die Anforderungen der HTC-Kohlenutzung an. Für die Untersuchung der Abtrennung der Phenole und Furane ergeht ein Unterauftrag.

Teilprojekt H: Aschen aus Monoverbrennung und metallurgischer Schlacke

Das Projekt "Teilprojekt H: Aschen aus Monoverbrennung und metallurgischer Schlacke" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Institut für Technologien der Metalle, Lehrstuhl Metallurgie der Eisen- und Stahlerzeugung durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, die Rückgewinnung von Metallen aus Aschen und Schlacken durch Aufschluss aus den mineralischen Verbunden zu steigern. Durch das innovative ATR-Verfahren, ein mehrstufiges Trennungs-, Aufschluss- und Rückgewinnungs-Verfahren werden Verunreinigungen an den metallischen Anteilen praktisch vollständig abgeschlagen. So wird sichergestellt, dass auch feinste Metall-Partikel kleiner 1,0 mm hocheffizient abgetrennt werden. Elektro- und Elektronikschrott (WEEE-Abfall) stellt aufgrund des Gehaltes an seltenen und wertvollen Metallen einen Abfallstrom von besonderer Relevanz dar. Alternativ zu den bekannten aufwendigen Entsorgungsverfahren für Elektronikschrott sollen Szenarien untersucht werden, die eine thermische Behandlung bestimmter Stoffströme aus der Aufbereitung von Elektro- und Elektronikschrott in angepassten MVA bzw. EBS-Anlagen vorsehen. Im Rahmen des Arbeitspaketes werden durch die UDE Schlacken aus der Stahl-, Edelstahl- und Edelmetallindustrie identifiziert, in denen die elementaren Metalle in Form von kleinsten Tröpchen nicht mit klassischen mechanischen Trennverfahren vom mineralischen Anteil abgetrennt werden können, die sich aber für eine Prallzerkleinerung eignen. Die Schlacken werden dazu im Labormaßstab zerkleinert, klassiert und in den jeweiligen Fraktionen mittels der RFA analysiert. Darüber hinaus wird untersucht, ob die metallischen Anteile lichtmikroskopisch an Schliffen bestimmbar sind.

Teilprojekt C: Untersuchungen zu Aschen aus der Monoverbrennung

Das Projekt "Teilprojekt C: Untersuchungen zu Aschen aus der Monoverbrennung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, ATZ Entwicklungszentrum durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, die Rückgewinnung von Metallen aus Aschen und Schlacken durch Aufschluss aus den mineralischen Verbunden zu steigern. Durch das innovative, mehrstufige Trennungs-, Aufschluss- und Rückgewinnungsverfahren werden Verunreinigungen an den metallischen Anteilen praktisch vollständig abgeschlagen. So wird sichergestellt, dass auch feinste Metall-Partikel kleiner 1,0 mm hocheffizient abgetrennt werden. Der Projektpart des ATZ Entwicklungszentrums zielt auf die Einsetzbarkeit von metallurgischen Schlacken und stofflich nicht verwertbaren Aufbereitungsfraktionen des Elektrogeräterecyclings ab. Damit sollen die in diesen Einsatzstoffen enthaltenen Metalle dem Ressourcenkreislauf wieder zugeführt werden. Darüber hinaus nimmt das ATZ Entwicklungszentrum eine übergeordnete Technologiebewertung vor. Im Ergebnis sollen fachlich fundierte konkrete Empfehlungen für die mit dem innovativen Verfahren zu behandelnden Stoffströme, für die relevanten verfahrenstechnischen Auslegungskenngrößen und für die weitere Verwendung des Verfahrensoutputs ausgesprochen werden. Zur Gewinnung von Verbrennungsaschen aus Elektro- und Elektronikschrott erfolgen orientierende Verbrennungsversuche im Technikumsmaßstab (Drehrohrofen und Rostfeuerungen). Die Technologiebewertung erfolgt mit der Methodik der Multikriterienanalyse.

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