BODEN.WASSER.SCHUTZ.TAGUNG 2020 • ONLINE

Mittwoch, 9. Dezember 2020

Thema:Kritischer Rohstoff Phosphor – Blick auf EuropasPhosphorflüsse, Rückgewinnungspotentiale und Initiativen

Referent:Ludwig HermannProman Consulting, Auersthal

REZEPTE FÜR EINE NACHHALTIGE NÄHRSTOFF-VERSORGUNG AM BEISPIEL PHOSPHORNährstoffrecycling und Kreislaufwirtschaft

FOTO DI Thomas Wallner/BWSB

„REZEPTE FÜR EINE NACHHALTIGE NÄHRSTOFFVERSORGUNG AM BEISPIELPHOSPHOR – NÄHRSTOFFRECYCLING UND KREISLAUFWIRTSCHAFT“

Ludwig Hermann - European Sustainable Phosphorous Platform und Proman

info@phosphorusplatform.eu www.phosphorusplatform.eu @phosphorusfacts

Thomas Robert Malthus sah 1798 die Bevölkerungsentwicklungdurch mangelnde Ressourcen zur Produktion von Nahrungsmittelnbedroht.

Justus von Liebig war um 1850 besorgt wegen Englands exzessivemImport von Knochen, der die Versorgung der übrigen Nationen mitPhosphaten bedrohte.

John Bennet Lawes widmete ab 1872 sein Leben der Wissenschafts-basierten Landwirtschaft, gründete Rothamsted Research und dieerste, Superphosphat-Produktionsanlage, die Rohphosphat mitSchwefelsäure aufschloss.

Vordenker zur Ernährungssicherheit(Ulrich und Frossard, 2014)

• Ohne Abbau von Rohphosphat unddessen Verarbeitung zu Phosphatdüngerkönnten wir nur rund 1/5 derWeltbevölkerung ernähren

Adaptiert von Dawson et al., Food Policy 2011:http://www.sciencedirect.com/science/journal/03069192

• Ohne Haber-Bosch Verfahren zurProduktion von Stickstoffdünger könntenwir nur die Hälfte der Weltbevölkerungernähren

Fertilizers Europe / Wageningen University

Ergebnis: Mineraldünger sichern Ernährung

Belastungsgrenzen des PlantetenErde (Planetary Boundaries, Steffen etal., 2015)

• Eine oder mehrere derGrenzbelastungen des Planeten zuüberschreiten kann katastrophaleFolgen haben

• Eine abrupte Änderung der biologischenSysteme ist nicht mehr auszuschließen

• Prozesse mit hohem Abfallanteilbelasten die Gewinne

Wir konsumieren und kontaminieren mehr,als die Biosphäre verträgt

Wir belasten Gewässer und das Leben imWasser mit exzessivem Nährstoffeintrag

Prozentsatz von Küsten- und Binnengewässern mit weniger als gutem ökologischen Status

Hauptanforderung an Kreislaufwirtschaft:Produziere mehr mit weniger!

Öko

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NachhaltigeTechnologien

Sustainable Development Goals (SDGs)

Alle 195 Nationender UN haben am25. Sept. 201517 Ziele bis 2030beschlossen.

12 der 17 Zielesind abhängigvon natürlichenRessourcen.

Ein neuer EUAktionsrahmen

November 2020 8

Der Europäische Green Deal→ Ein Klima-Pakt→ Farm2Fork Strategie→ Treibhausgas-Speicherung in der

Landwirtschaft→ Biodiversität→ Wirtschaft im ländlichen Raum→ Emissionsarme Industrie und Transport→ Bio-basierte Industrie→ Verschmutzung eliminieren→ Eine gerechter Übergang→ Finanzierung – NextGeneration

EURecovery Fund

Die Farm2Fork Strategie Com(2020) 381 final, 20.05.2020für faire, gesunde und umweltfreundliche Nahrungsmittel

• Im Herzen des Europäischen Green Deals• Zentral für die Sustainable Development Goals• Robuste, resiliente Nahrungsmittelversorgung• Lebensweise, Gesundheit und Umwelt

verbessern• Übermäßige Düngung herunterfahren• Anteil der biologischen Landwirtschaft steigern• Tierwohl verbessern• Den Verlust an Biodiversität umkehren

Eine Nahrungsmittelkette schaffen, dieKonsumenten, Produzenten, dem Klima und der Umwelt nützt

Direkte Auswirkung auf Nährstoffe• Neue, grüne Geschäftsmodelle

(z.B. durch eine Landwirtschaft die Treibhausgase bindet)• Eine bio-basierte Kreislaufwirtschaft, die Nährstoffrecycling einschließt• Die Belastung des Bodens und der Gewässer reduzieren, indem die

Überdüngung mit Stickstoff und Phosphor zurückgefahren wird– Indem Nährstoffverluste bis 2030 um 50% reduziert warden (lässt einen Rückgang

des Düngerverbrauchs um 20% erwarten)– Durch Entwicklung eines integrierten Nährstoff-Managementplans (durch die EU-

Kommission und die Mitgliedsstaaten)• 25% der landwirtschaftlich genutzten Fläche in der EU wird bis 2030

biologisch bewirtschaftet

Politik mit Bezug zu Nährstoffen

• DG GROW Düngemittelverordnung (EU) 2019/1009 (FPR)– Beschlossen 25.06.2019, in Kraft 16.07.2022

• ECHA REACH ‘Registration’ (Annex V) Ausnahme für Gärreste– Bestätigt durch Verordnung (EU) 2019/1691 veröffentlicht am 10. Oktober 2019

• DG AGRI Biologische Landwirtschaft Verordnung (EU) 2018/848• DG ENVI Studie über Schadstoffe in Düngern (in Arbeit)

– EFSA akzeptable tägliche Aufnahme (ADI) = sichere Grenze für Phosphor– Mögliche Aktionen: EFSA studiert Risiko-Reduktions-Maßnahmen für Teile der

Bevölkerung, z.B. Nieren-Patienten, die die ADI Grenzwerte nicht vertragen.Diese Studie soll nach den Schlussfolgerungen zu Glutamat in Angriffgenommen werden, weil ähnlich bewertet – beide sind natürlich und inAdditiven präsent

– Einige Vorhaben sind zurzeit blockiert: Tierfutter, tierische Nebenprodukte,Nahrungsmittel

Wasser Politik• Wasser Rahmen-Direktive‡ fit für den Zweck (REFIT) 12/12/2019

- https://ec.europa.eu/info/news/evaluation-eu-water-legislation-concludes-it-broadly-fit-purpose-implementation-needs-speed-2019-dec-12_en

• Kommunale Abwasser Rahmen-Direktive‡ geplante Evaluierung- https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/12405-Revision-of-the-Urban-Wastewater-Treatment-Directive

• Klärschlamm Direktive 86/278/EC ‡ öffentliche Consultation im Gang- open to 5th March 2021 https://ec.europa.eu/info/law/better-regulation/have-your-say/initiatives/12328-Evaluation-of-the-Sewage-Sludge-Directive-86-278-EEC-

/public-consultation

- Exploratory study on prospective elements = risk posing pollutants

Neuer Aktionsplan Kreislaufwirtschaft- 11/3/2020 https://ec.europa.eu/environment/circular-economy/

→ “Nahrung, Wasser und Nährstoffe→ Integrierter Nährstoff-Managementplan

Chemikalien Strategie – für Nachhaltigkeit und eine schadstofffreie Umwelt- https://ec.europa.eu/environment/strategy/chemicals-strategy_en

Zero Pollution Aktionsplan – keine Verschmutzung in Luft, Wasser und Boden- https://ec.europa.eu/environment/strategy/zero-pollution-action-plan_en/

Kritische Rohstoffe: Rohphosphat und P4 bestätigt in der 4. CRM Liste 2/9/2020- https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:52020DC0474/

Politik mit Bezug zu Nährstoffen

Düngemittelverordnung (EU) 2019/1009

Struktur der DMV Anhänge

• Annex I –Product Function Categories von CE Düngern (PFCs)Teil 1 – Bezeichnung der PFCsTeil 2 – Anforderungen an jede PFC

• Annex II –Component Material Categories (CMCs)Teil 1 – Übersicht der CMCsTeil 2 – Anforderung an jede CMC

• Annex III – Kennzeichnungs-AnforderungenTeil 1 – Allgemeine Kennzeichnungs-AnforderungenTeil 2 – Produkt-spezifische Kennzeichnungs AnforderungenTeil 3 - Toleranzen

• Annex IV –Verfahren für die KonformitätsbewertungTeil 1 - AnwendungsrichtlinienTeil 2 - Beschreibung (Module)

• Annex V –EU declaration of conformity

Biologische Landwirtschaft & Recycling

• Verordnung (EU) 2018/848– Aufnahme neuer Produkte für die biologische

Landwirtschaft 2021-2022• EGTOP (EU Expert Gruppe für die technische

Beratung zur biologischen Landwirtschaft– Hat 2016 Struvit und kalzinierte Phosphate (AshDec)

zur Zulassung empfohlen – aufgrund der verzögertenNährstofffreisetzung – sofern die Produkte in die neueDüngermittelverordnung aufgenommen werdenhttp://www.sinab.it/sites/default/files/share/Final%20Report%20on%20Organic%20Fertilizers%2

0And%20Soil%20Conditioners%20%28II%29%20%20%28February%202016%29.pdf

– Hat 2018 über N-Strippung gewonnene N-Düngerwegen der hohen Löslichkeit nicht empfohlen

Expert Group forTechnical Advice onOrganic Production

EGTOP

Final Report onOrganic Fertilizers

And Soil Conditioners(II)

• Recyclinggebot• Schweiz, Deutschland, Österreich in Planung

• Deponiesteuern• Dänemark (€ 63/t), Niederlande (€ 32/t), Österreich (€ 9,2-29,80)

• Gebühren auf P im Kläranlagenablauf• Dänemark (€ 22/kg)

• Freiwillige und bindende Vereinbarungen mit Industrie und Kommunen• Niederlande, HELCOM, Baltic Sea Action Group

• Strategische Ziele, z.B. European Leader in Circular Economy• Finnland

• Expertenteam zur Entwicklung einer nationalen Nährstoffstrategie• Schweden

• Förderung von Forschung, Entwicklung und Implementierung von Anlagen• Deutschland, Niederlande, Finnland, Schweiz

Nationale Politik - Ziel Nährstoffrecycling

Phosphorflüsse in der EU27 (Van Dijk, 2016)

P-Flüsse / P-Verluste in der EU27 (Van Dijk, 2016)

Abfälle

Konsumabfälle 655 Mt

Industrieabfälle 77 Mt

Schlachtabfälle 339 Mt

Gülle & Gärreste 62 Mt

Feldwirtschaft 84 Mt

Summe 1217 Mt

NPK Recycling aus Gärresten

www.systemicproject.eu

NPK Recycling aus dem Abwasser

Landwirtschaft

Monoverbrennung

alternative thermischeVerfahren

KlärschlammascheKlärschlammKlärschlamm

Abwasser Ablauf

In die Kläranlage integrierte P-Rückgewinnung Nachgeschaltete P-Rückgewinnung

keine forcierteRücklösung

Thermische Hydrolyse/Zellaufschluss

anaerobe Behandlung vorder Faulung / saure Faulung

ChemischerAufschluss

Phosphatrücklösung Phosphatfällung

Fällung imZentrat

Fällung imSchlamm

Klärschlammascheaus der

Monoverbrennung

Alternative thermische Verfahren

Stoffliche Verwertung

Vorklärung Biologische Behandlung Nachklärung

Faulung

Entwässerung

Fällmittel

Extraktion von Phosphataus der Asche

Umwandlung in einepflanzenverfügbare Asche

Ziel: < 20 g P/kgTM Klärschlamm

Ziel: ≥ 80 % P-Rückgewinnungaus Klärschlammasche

Die deutsche AbfKlärV (Kraus, 2020)

EasyMiningAsh2Phos / tMAP

Verfahren mit Potential

EuPhoReAsche

P Wiedergewinnung und Recycling(Kabbe, 2017, adaptiert)

Vivimag (Kemira)Vivianit

Glatt PhosphogreenAsche Teilaufschluss

Tecnicas ReunidasH3PO4

Tetraphos (Remondis)H3PO4

AshDec (Metso:Ouototec)Rhenania Phosphat

EcoPhos (Prayon)H3PO4

BMC MoerdijkHühmermist-Asche

Mehr als 100 P-Recycling Anlagen (Kabbe, 2019)

Mehr als 100 P-Recycling Anlagen in Betrieb in Europe, USA/Canada and Japan. 80 Struvit-Anlagen, davon 60auf Kläranlagen, rund 25.000 t/a Struvit wird produziert. Pilot-Produktion von P-Düngern / Phosphorsäure ausAsche in Helsingborg, Madrid, Elverlingsen, Hamburg, Varna, Leoben, Weimar. Außerdem in Betrieb: Anlagen fürN- and S-Recycling (z.B. Oslo).

Direktvermarktung LEX4BIO (www.lex4bio.eu)

Bio-basierte Dünger als Beitrag zu nachhaltigem Nutzen vonPhosphor und reduzierte Emissionen von TreibhausgasenIn LEX4BIO wird die Düngewirkung vonbio-basierten Phosphor- und Stickstoff-Düngern unter verschiedenen Einsatz-Bedingungen evaluiert.Das Ziel ist, jene Dünger mit der bestenWirkung und den geringsten Schadstoff-Einträgen zu finden, so dass sowohlNahrungs- und Futtermittelsicherheit, alsauch gesunde Böden und Lebensmittelzu garantiert werden können.

Apatit oder DCP

H3PO4

MCP

MAP, DAP

Verarbeitung in der Düngemittelindustrie(Kraus, 2020)

Auswahl: Recycling-Verfahren und –Raten(Kraus et al., 2019)

EasyMining (SE)• Produkte: DCP / tMAP• Rückgewinnung 95%• Aus Klärschlammasche

Standort, Logistik und Charakteristik

• Nassschlammverfahren (Struvit o.ä.) sind an die Kläranlage gebunden– Nur bei Bio-P Rückgewinnung und mit begrenzter Rückgewinnung möglich, außer

ViviMag (Fällung mit Eisensalzen)

• Thermische Ascheverfahren könnten mit der Klärschlammverbrennunggekoppelt werden um Synergien zu erzielen (z.B. Verarbeitung heißerAsche, Rauchgasreinigung)– Geringe Abfallmengen, Produkte mit relative niedriger P-Konzentration uns mehr

oder weniger hohen Schadstoffkonzentrationen

• Nasschemische Ascheverfahren verbrauchen relativ hohe Mengen anChemikalien (insb. Säuren)‡ Chemikalien sind direkter und günstigerverfügbar in „Chemie-Parks“– Hohe, oft verwertbare Abfallmengen, hoch konzentrierte und schadstofffreie Produkte

https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/1410/publikationen/2019-02-19_texte_13-2019_phorwaerts.pdf

Ökobilanzen

Nicht-erneuerbarer Energieaufwand (KEA)Kohle, Erdgas, Rohöl, Uran

Treibhausgaspotential (GWP) CO2, CH4, N2O fossil

Humantoxizitätspotential (vereinfacht) (HTP)Schwermetalle in Ackerböden

Rückgewinnungsrate

7%

14%

27%

36%

80%

90%

98%

Italpollina (IT)• 200.000 t/a Organische und organo-mineralische

Pflanzenernährung aus organischen Abfällen undRückständen, Verkauf in 80 Ländern

Biomasa Peninsular (ES)• Wasser- und Nährstoffrecycling über

Mikroalgenkultur, Produktion von granulierten undflüssigen Düngern

La Belle Bouse (FR)• Lokal erzeugter und vermarkteter, organischer

Dünger aus Rindergülle

Erfolgsgeschichten – Organischer Dünger

• Zahlreiche (auch Start-up) Unternehmen haben innovativeTechnologien entwickelt und implementiert

• >35 Struvite Anlagen in der EU und >100 weltweit in Planung,Bau oder Betrieb (Kabbe 2019)• Ostara Nutrient Recovery (Pearl), Centrisys CNP (Airprex),

NuReSys, Phospaq, Anphos, Veolia (Struvia), Suez(Phosphogreen), Unitika, u.v.a.

• Betrieb im Allgemeinen mit Optimierungspotential(Walthaus, 2019)

7 Anlagen im Vollbetrieb in den Niederlanden• Designkapazität 562 t/a P• Jahresproduktion 2018 173 t/a P

Erfolgsgeschichten mit Struvit

> 500 M€ zusätzliche Investitionen in der EU• Neue Schlammverbrennungsanlagen (Zürich,

Rügen, Mainz, Mannheim, Bitterfeld-Wolfen, u.a.• Pilot- und Industrieanlagen zur P-Rückgewinnung

aus Klärschlammasche in Planung oder Bau• Hamburg (Remondis)• Helsingborg (EasyMining)• Solothurn (ZAR-Tecnicas Reunidas)• Dunkerque (Ecophos)

• Asche als Rohstoff für konventionelle Dünger• ICL Amsterdam

Erfolgsgeschichten – Klärschlammasche

BMC Moerdijk• In Betrieb seit 2008, im Eigentum einer Gruppe

von Niederländischen Hühnerfarmern• Verarbeitet 420.000 t/y Hühnermist (35% des

Niederländischen Anfalls)• Liefert im Durchschnitt 291.000 MWh/y

erneuerbaren Strom für rund 70.000 Haushalte• Produziert 57.000 t/a allgemein gut verfügbare

Hühnermistasche, die als PK Düngervermarktet wird

Erfolgsgeschichten – Hühnermistasche

Schlussfolgerungen und Aussichten

- Gleichzeitig auftretende Krisen und Technologiewandel (Digitalisierung)verlangen und ermöglichen Systemwechsel

- Unsicherheit und Widerstände in der Bevölkerung, der Wirtschaft und derPolitik

- Systemwechsel erfordert stabile, vorhersehbare Rahmenbedingungen- Kreislaufwirtschaft und höherer Projektentwicklungssaufwand für

wirtschaftliche Anlagen mit höherer Kapazität erfordern Zusammenarbeit- Geringe Nachfrage nach höherwertigen (Recycling-)Produkten- Return-on-Investment unsicher bis (noch) nicht ausreichend- Langfristige Lieferverträge (z.B. für Asche) und Gebührenverrechnung ohne

gesetzliche Rahmenbedingungen schwierig

ESPP Daten und Fakten

Non-Profit Vereinigung nach belgischem Recht in Brüssel‡ Transparente Entscheidungsprozesse, Repräsentation

- Statuten sind öffentlich https://www.phosphorusplatform.eu/platform/about-espp- EU Transparency Register no. 260483415852-40

http://ec.europa.eu/transparencyregister/

100% Mitglieder-finanziert‡ Schlüssel zur Unabhängigkeit und Glaubwürdigkeit

> 45 zahlende Mitglieder: Industrien, KMUs, Forschungsinstitute und -projekte, Regierungsvertreter von Kommunen, Regionen und Staaten

‡ Ausgleich zwischen industriellen und öffentlichen Interessen‡ Verankert im richtigen Leben (Zahlung = Verpflichtung)

Wirkt als repräsentatives Netzwerk

• Konsensuale Entscheidungen• Mediation hat Vorrang vor Vertretung von

GruppeninteressenKommunikation• ESPP Website www.phosphorusplatform.eu

- Veranstaltungen, Mitgliederseiten, News, F&E Projekte,Erfolgsgeschichten

• SCOPE Newsletter- Science und Innovation

• Twitter @phosphorusfacts• eNews

- monatlich- Politik, Praxis

• 60.000 Mailadressen

ESPC4: 31. Mai - 2. Juni 2021, Wien

info@phosphorusplatform.eu www.phosphorusplatform.eu @phosphorusfacts

Vielen Dank!Ludwig Hermann l.hermann@proman.pro