Im Zuge des Forschungsvorhabens wurde die Datenbasis zu installierten Anlagen der thermischen Klärschlammbehandlung und Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm bzw. dessen Verbrennungsasche aktualisiert. Es wurden die in Entwicklung befindlichen Phosphorrückgewinnungsverfahren hinsichtlich ihres technologischen Reifegrades bewertet und abgeschätzt, inwieweit bis zum Auslaufen der Übergangsfrist der novellierten Klärschlammverordnung in 2029 der Bedarf an Kapazitäten zur thermischen Klärschlammbehandlung sowie zur Phosphorrückgewinnung gedeckt sein wird. Veröffentlicht in Texte | 56/2025.
Die thermische Behandlung des stickstoffreichen Abfallstoffs Klärschlamm erfolgt überwiegend in stationären Wirbelschichten. Die Betriebsführung dieser Anlagen fokussiert auf eine weitgehende Minderung der Stickoxidemissionen und berücksichtigt bisher nur teilweise die Minderung des klimarelevanten Abgasparameters Lachgas (N2O). Die Treibhausgaswirkung von N2O ist um den Faktor 300 höher im Vergleich zu CO2 und kann bei hohen Emissionen die Klimabilanz der Klärschlammverbrennung deutlich verschlechtern. Infolge der Umsetzung der Vorgaben der AbfKlärV wird zu den bestehenden Anlagen ein massiver Zubau an neuen Monoverbrennungsanlagen ( 30) erwartet, welcher bis 2029 weitgehend abgeschlossen sein soll. In diesem Zusammenhang bietet sich durch Anwendung geeigneter Feuerungs- und Abgasreinigungskonzepte die Möglichkeit, die Klimawirkung der thermischen Klärschlammbehandlung insgesamt zu mindern. Im Rahmen des Vorhabens sollen Emissionsdaten von NOx/N2O unter Berücksichtigung der angewandten Feuerungs- und Abgasreinigungskonzepte ermittelt und ausgewertet werden. Basierend hierauf werden Einsatzbereiche und Minderungseffizienzen primärer und sekundärer Schadgasminderungsmaßnahmen identifiziert und praktische Handlungsempfehlungen zur Minderung der NOx/N2O-Emissionen abgeleitet.
Im Zuge des Forschungsvorhabens wurde die Datenbasis zu installierten Anlagen der thermischen Klärschlammbehandlung und Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm bzw. dessen Verbrennungsasche aktualisiert. Es wurden die in Entwicklung befindlichen Phosphorrückgewinnungsverfahren hinsichtlich ihres technologischen Reifegrades bewertet und abgeschätzt, inwieweit bis zum Auslaufen der Übergangsfrist der novellierten Klärschlammverordnung in 2029 der Bedarf an Kapazitäten zur thermischen Klärschlammbehandlung sowie zur Phosphorrückgewinnung gedeckt sein wird.
Die in Deutschland betriebenen Abfallbehandlungsanlagen emittieren neben den klassischen Schadstoffen auch klimarelevante Gase wie Lachgas (N2O), Methan (CH4) und fossiles Kohlendioxid (CO2). Diese Abgasparameter werden von nationalen und internationalen Berichtspflichten erfasst, beruhen allerdings zum großen Teil auf veralteten bzw. insbesondere für die Parameter Lachgas und Methan auf sehr eingeschränkten Datenbasen. Mit dem Vorhaben soll der aktuelle Stand der Emissionsminderungstechnik bei Abfallbehandlungsanlagen (Verbrennungs-anlagen für Hausmüll, Klärschlamm, Sonderabfälle und Altholz sowie Bioabfallvergärungsanlagen) eruiert werden und validierte Messdaten zu CH4, N2O und CO2 sowie ggf. weiteren relevanten Abgasparametern an repräsentativen Abfallbehandlungsanlagen zur Ableitung spezifischer Emissionsfaktoren ermittelt werden. Im Hinblick auf den Parameter Lachgas, der im Rahmen der Novellierung des BVT-Merkblattes Abfallverbrennung künftig mit einer Monitoringpflicht insbesondere für Klärschlammverbrennungsanlagen versehen ist, sollen zusätzlich geeignete Maßnahmen zur Emissionsminderung bei Wirbelschichtanlagen aufgezeigt werden. Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund des im Zuge der novellierten Klärschlammverordnung zu erwartendenen Ausbaus der thermischen Klärschlammbehandlung von Bedeutung. Zur Schließung von Kenntnislücken sollen darüber hinaus Emissionsmessungen an ausgewählten Anlagen zu relevanten POP (z.B. TBBPA) durchgeführt und untersucht werden, inwieweit diese Verbindungen bei der thermischen Abfallbehandlung vollständig zerstört werden können.
Mit der 2017 novellierten AbfKlärV wird der Ausstieg aus der bodenbezogenen KS-Verwertung weiter forciert, was zu einem höheren Bedarf an thermischen KS-Vorbehandlungskapazitäten führen wird. Die größten KS-Mitverbrennungskapazitäten bestehen derzeit im Bereich der Kohlekraftwerke, deren Verfügbarkeit mit dem geplanten Kohleausstieg sukzessive eingeschränkt werden wird. Die bestehenden KS-Verbrennungskapazitäten reichen mit knapp 500.000 t TS/a bei weitem nicht aus, um die zukünftig thermisch vorzubehandelnden KS-Mengen (etwa 1,5 Mio t TS/a) aufzunehmen. Änderungen des Düngerechts zeigen zudem eine unmittelbare Wirkung auf die bodenbezogene KS-Verwertung und führten bereits in einigen Regionen zu Entsorgungsengpässen. Des Weiteren besteht ab 2029 gemäß AbfKlärV die Verpflichtung, Phosphor (P) aus dem KS oder aus der KS-Verbrennungsasche zurückzugewinnen. Die hierfür erforderlichen Rückgewinnungstechnologien befinden sich aktuell noch überwiegend im Entwicklungsstadium und es ist derzeit noch nicht hinreichend klar, ob diese Technologien zu Beginn der Pflicht zur P-Rückgewinnung ab 2029 in ausreichender Kapazität und Verfahrensreife verfügbar sind; bei Bedarf können KS-Verbrennungsaschen in einem Langzeitlager unter der Voraussetzung gelagert werden, dass die verpflichtende P-Rückgewinnung zu einem späteren Zeitpunkt gewährleistet bleibt. Mittels systematischer Erhebungen soll der Status Quo und die Entwicklungstendenzen der KS-Vorbehandlung untersucht werden sowie darauf aufbauend die bestehenden bzw. konkret geplanten Kapazitäten und Standorte zur thermischen KS-Vorbehandlung sowie zur P-Rückgewinnung evaluiert werden. Zusätzlich sollen die Möglichkeiten der Langzeitlagerung von KS-Verbrennungsaschen untersucht und u.a. unter ökonomischen Aspekten bewertet werden. Darüber hinaus sollen Hemmnisse zur Neuerrichtung von Vorbehandlungskapazitäten bzw. zur Durchführung der P-Rückgewinnung identifiziert sowie Lösungsstrategien und Handlungsempfehlungen entwickelt werden
Das P-XTRACT-Verfahren ist ein 2-stufiges thermisches Wirbelschichtverfahren, in dem integriert unter Anwendung von kalkhaltigem Bettmaterial und anderen Additiven Calciumphosphate als Intermediate zur weiteren Verarbeitung erzeugt werden, bei gleichzeitig hoher P-Konzentration und P-Rückgewinnungsquote von mindestens 80%. Schwermetalle werden durch Ascheabscheidung bei hohen Temperaturen reduziert, sodass die Asche mit geringem Aufwand lokal zum Dünger aufgearbeitet werden kann. Die Pflanzenverfügbarkeit des Phosphors kann durch mehrere Maßnahmen innerhalb der gesamten Prozesskette von der thermischen Klärschlammbehandlung bis zur Art der Ausbringung auf das Feld verbessert werden. Lange Transportwege für mechanisch entwässerten Klärschlamm entfallen durch die regionale Verwertung.
Ziel dieses gemeinsamen Forschungsprojektes der TU-Darmstadt, der Universität Hannover und der Forschergruppe Feuchtemesstechnik (SMG) der Universität Karlsruhe ist es, umfassend die Möglichkeiten einer Phosphorrückgewinnung in der kommunalen Abwasserreinigung als wichtige P-Senke zu untersuchen und zu optimieren, um wieder verwertbare Rohstoffe zu schaffen. Durch die Kooperation der Projektteilnehmer kann dabei eine Betrachtung sowohl der wässrigen Phase als auch des Klärschlamms und der Klärschlammasche erfolgen. Das Hauptziel ist, Phosphat verfahrenstechnisch praktikabel und wirtschaftlich aus Abwasser (Teilstudie A), Klärschlamm und -asche (Teilstudie B) zurückzugewinnen und ein gut verwertbares, möglichst reines, d.h. schadstofffreies Produkt zu schaffen, das entweder direkt z.B. als Dünger verwendet oder als Rohstoff in der Düngemittel- oder P-verarbeitenden Industrie eingesetzt werden kann.
Ziel des Forschungsprojektes ist die Flexibilisierung der Energieströme einer Kläranlage in der Interaktion mit Infrastruktureinrichtungen. Ein wichtiger Baustein ist hierbei aus technischer Sicht die Klärschlammbehandlung als Energieverbraucher, -speicher und -erzeuger; u.a. durch eine Nutzung von Restwärme/regenerativen Energien für einen thermischen Aufschluss, Erweiterung/Flexibilisierung der Betriebsparameter der Faulung oder Implementierung einer Hochlastfaulung. Im Gesamtkonzept einer thermischen Verwertung soll hierbei das Energieoptimum erzielt werden. Zusammen mit Untersuchungen zur Ökologie (Ökobilanz), Ökonomie (volkswirtschaftliche und betriebswirtschaftliche Kosten) sowie Fragestellungen zur gesellschaftlichen Innovationsarena erfolgt die Entwicklung eines Anwendertools zum Transfer, der exemplarisch für die Stadt Darmstadt ermittelten Forschungsergebnisse, aus technischer, ökologischer, ökonomischer und gesellschaftlicher Sicht als allgemein verfügbare Planungsgrundlage. Die Projektbearbeitung erfolgt in einem interdisziplinären Projektteam aus Wissenschaft, Praxis (Berater, Planer, Anlagenbauer) sowie Kommune/Betreiber.
Die Zielsetzung ist die Optimierung im Zusammenspiel von Energie (Nutzung der Energie durch geeignete Kraft-Wärme-Kopplungsprozesse mit Stromerzeugung und Wärmenutzung für die Klärschlammtrocknung und Energiebereitstellung z.B. für die Thermodruckhydrolyse), Nutzungspotential der Ressource Phosphor sowie Entsorgungssicherheit im Bereich der thermischen Klärschlammverwertung. 1.Darstellung und Bewertung der aktuellen Verfahren zur thermischen Klärschlammbehandlung; 2.Konzeptentwicklung für eine thermische Klärschlammbehandlung am Beispiel des ZKW Darmstadt. Vergleich von konventionellen und neuen Verbrennungstechnologien 3.Kostenvergleichsrechnung; 4.Sensitivitätsuntersuchung; 5. Bewertung und Untersuchung des Einflusses von anderen innovativen Konzepten in den vorgeschalteten Verfahrensstufen.
Gesamtziel des Verbundprojektes ist die Flexibilisierung der Energieströme von Kläranlagen in der Interaktion mit Infrastruktureinrichtungen. Ein wichtiger Baustein ist hierbei die Klärschlammbehandlung als Energieverbraucher, -speicher und -erzeuger; u.a. durch den effizienten und flexiblen Einsatz einer thermischen Schlammhydrolyse. Die Arbeitsziele dieses Teilvorhabens bestehen in der Entwicklung und Optimierung eines verbesserten Verfahrens zur Thermodruckhydrolyse (TDH) von Klärschlämmen. Hierdurch soll mittels einer additiven Teiloxidation ein erhöhter Anteil schwerabbaubarer Schlamminhaltsstoffe für eine energetische Nutzung verfügbar gemacht werden sowie die Möglichkeiten der TDH zur dynamischen Regelbarkeit der Faulgasbildungsrate untersucht werden. Zur Durchführung dieser Untersuchungen und Entwicklungen werden am CUTEC-Institut vorhandene Laboranlagen umgebaut und erweitert sowie mit dem Partner IWAR-AT eine halbtechnische Versuchsanlage aufgebaut. In mehreren Versuchsphasen werden gezielt die Einflussgrößen der TDH auf die weitergehende energetische Nutzung von schwerabbaubaren Inhaltsstoffen sowie auf die Flexibilisierung der Faulgasproduktion untersucht. Neben einer erweiterten Analytik zur Charakterisierung der Stoffumwandlungsvorgänge während der TDH unter verschiedenen Prozessbedingungen werden parallele Faulungsversuche zum Gasertrag und -bildungsrate der gewonnenen Hydrolysate durchgeführt sowie reaktionskinetische Daten zur Prozessbeschreibung ermittelt.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 15 |
| Land | 14 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 11 |
| Text | 3 |
| unbekannt | 15 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 19 |
| offen | 10 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 29 |
| Englisch | 1 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 2 |
| Keine | 20 |
| Webseite | 7 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 10 |
| Lebewesen & Lebensräume | 23 |
| Luft | 6 |
| Mensch & Umwelt | 29 |
| Wasser | 9 |
| Weitere | 29 |