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.
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.
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
Die Seraplant GmbH wurde 2016 als Projektgesellschaft mit dem Ziel gegründet, Düngemittel aus Sekundärrohstoffen wie Klärschlammasche und Gärresten herzustellen. Potenzielle Abnehmer sind die Fort- und Landwirtschaft, Gärtnereien sowie Industriebetriebe. Ziel des Vorhabens ist es, Phosphor aus der Klärschlammasche in eine pflanzenverfügbare Form zu überführen und dadurch mineralischen Phosphordünger zu ersetzen. Geplant ist, jährlich ca. 60.000 Tonnen Düngemittel zu produzieren. Dabei wird zunächst aus Klärschlammasche, Mineralsäure (insbesondere Phosphorsäure) und weiteren Nährstoffkomponenten eine Suspension erzeugt. Der hergestellten Suspension, ein (Phosphor)Säure-Wassergemisch, können je nach gewünschtem Endprodukt, weitere Nährstoffkomponenten zugegeben werden. Als Nährstoffkomponenten sind Stoffe zu verstehen, die das Nährstoffangebot für die angebaute Pflanze liefert oder ergänzt, um das Wachstum der Pflanze zu steuern (z.B. Stickstoff, Schwefel, Kalium). Die so erzeugte Suspension wird anschließend zur Sprühgranulation in einer Wirbelschichtanlage weitergeleitet und dort zu Düngemittelgranulate verarbeitet. Die Innovation des Vorhabens besteht daran, die beschriebenen Prozesse der Suspensionsherstellung und der Granulation voneinander zu trennen. Bei der Zusammenführung von Mineralsäure und phosphorhaltiger Klärschlammasche findet eine exotherme Reaktion statt, bei der sich die Suspension auf bis zu 60°C erwärmt. Diese Wärmeenergie soll beim Trocknungs- und Granulationsprozess nutzbar gemacht werden, wodurch sich eine Energieeinsparung von 10 Prozent ergibt. Die Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm wird laut der neuen Klärschlammverordnung für die nach thermischer Behandlung anfallenden Aschen ab 2029 bzw. 2032 zwingend vorgeschrieben. Techniken für die gezielte Rückgewinnung oder Nutzbarmachung von Phosphor aus Klärschlammaschen haben sich bisher am Markt noch nicht etabliert. Mit der neuen Anlage sollen bei der Seraplant GmbH zunächst zwei Sorten Dünger hergestellt werden: P39-Phosphordünger aus Klärschlammasche und Phosphorsäure sowie NP-Dünger aus Stickstoff, Phosphor und Schwefel. Grundsätzlich können mit der Technologie jedoch je nach verwendeter Asche und zugeführten Nährstoffkomponenten auch andere Düngemitteltypen hergestellt werden. Das Verfahren ist auf alle Klärschlammaschen übertragbar, die einen ausreichend hohen Phosphorgehalt aufweisen und die gesetzlichen Schadstoffgrenzen der Düngemittelaufbereitung einhalten.
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.
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 des Forschungsantrages ist es, die Möglichkeit der Phosphatrückgewinnung aus der Wasserphase sowohl im Hauptstrom- als auch im Nebenstromverfahren und aus Zentraten der Schlammdesintegration unter realen Bedingungen im Pilotmaßstab aufzuzeigen, um das jeweilige Potenzial zu quantifizieren und wieder verwertbare Produkte (Düngemittel, Phosphatrohstoff) mittels Kristallisation zu schaffen. Als Kristallisationskeim eignet sich neben Calcit hauptsächlich tobermoritreicher Porenbetonbruch, ein Abfallprodukt der Baustoffindustrie. Einstellungen des pH-Wertes, Vorabentfernung von Carbonat und Aufsalzung des Wassers entfallen dadurch. Weitgehend ungeklärt ist die Bindungsform Ca-P in Abhängigkeit der Parameter Sättigungsindex, pH-Wert, P-Konzentration und vor allem vom Gehalt des Wassers an organischem Kohlenstoff. Weitere Untersuchungen betreffen die Materialauswahl im Hinblick auf die Wirksamkeit bezüglich des P-Recyclings. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen in die Entwicklung einer anwendungsreifen, großtechnischen Anlage einfließen.
Die Verteilung von stofflicher und thermischer Verwertung kommunaler Klärschlämme hat sich von 2007 bis 2016 von einer Gleichverteilung zugunsten der thermischen Behandlung verschoben. Aufgrund jüngster gesetzlicher Änderungen ist zusätzlich ein deutlicher Trend hin zur thermischen Behandlung von Klärschlamm zu erkennen. Die Autoren setzen sich mit dem Status quo der Vorbehandlungsanlagen (Trocknung) sowie den thermischen Behandlungsanlagen auseinander. Der Artikel stellt den aktuellen Stand der in Deutschland betriebenen Trocknungs- und Monoverbrennungsanlagen dar, bilanziert den Bedarf an Verbrennungsanlagen auf Länderebene und soll unter Einbeziehung der Mitverbrennungsanlagen (Kohlekraftwerke, Müllverbrennungsanlagen und Zementwerke) eine Entscheidungshilfe sein für die Errichtung neuer Monoverbrennungsanlagen. Die bekannten Projekte werden in diese Matrix mit aufgenommen. Quelle: Verlagsinformation
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 25 |
| Land | 14 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 13 |
| Text | 7 |
| unbekannt | 19 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 26 |
| offen | 12 |
| unbekannt | 1 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 39 |
| Englisch | 1 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Datei | 1 |
| Dokument | 18 |
| Keine | 12 |
| Webseite | 10 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 14 |
| Lebewesen und Lebensräume | 35 |
| Luft | 7 |
| Mensch und Umwelt | 39 |
| Wasser | 16 |
| Weitere | 39 |