Nährstoffrückgewinnung und -recycling in Europa (?!)

Dr. Christian Kabbe

Bonn, 21. Juli 2016

Die Säulen des P-Recyclings aus Abw. in Europa

www.p-rex.eu

Nahrung

Mensch

Abwasser

KA

Landwirtschaft

Klärschlamm

Klär

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Visible Prozesse und deren Reife/Umsetzung

Demo / Pilot LaborFull-scale

AirPrexStruvit

Thermische (Vor)-Behandlung

Nasschem. Ascheaufschluss

LYSOGEST

PEARLStruvit

NuReSysStruvit

PHOSPAQStruvit

THERMPHOSP4

RECOPHOS DEMCP

NutriTecStruvit, DAS

PhosphoGreenStruvit

REPHOSStruvit

ECOPHOSH3PO4/DCP

Nach forcierter P-Rücklösung

StuttgartStruvit

AshDec (Outotec)P-calciniert

MEPHRECP-Schlacke

LEACHPHOSH3PO4

EcobalansStruvit, NPK

ANPHOSStruvit

EDASKH3PO4

KUBOTAP-Schlacke

GifhornStruvit/CaP

Wässr. Phase(ortho-P gelöst)

Nassschlamm / Prozesswasser

auf der KA

DüM-IndustrieMineraldünger

STRUVIAStruvit

Thermik nach KASchlamm und

Asche

TetraPhosH3PO4

PYREGP-reiches Pyrolysat

RecoPhos FP7/ICLH3PO4 /P4

WASSTRIP

NaskeoStruvit

PHORWaterStruvit

TDH (allgemein)

BudenheimDCP

Rückgewinnung Recycling (nicht ohne Wertschöpfungsketten möglich!)

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Haushalte,Gewerbe Kläranlage

Düngemittel

Rohstoff Düngemittel Land-wirtschaft

Andere Ind.

Rückgewinnung Recycling

Abnahme/Markt/VerwendungRecyclat oder Produkt?

Abfall, Rohstoff oder Produkt? -> v.a. auch eine Frage der Homogenität!

Schlamm – Organo-Mineral-Dünger (40% EU28 rec. von über 11 Mio t/a) (C, N and P) Struvit – NP Dünger in einigen MS (erwiesene Düeff !)KS-Asche – fragliche Düeff, … eher nur Rohstoff für DüM-Prod. (nur P)Biokohle – Was ist das überhaupt??? Noch keine klare Konvention! Brauchbarer EBS und ggf. Bodenverbesserer (sofern SM-arm bzw. –frei)

Traditionelles Recycling – Tendenz fallend in MS mit Verbrennungsinfrastruktur

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KS-Ausbringung als althergebrachtes Recycling (bzw. Entsorgungsweg) (EU28: 40% KS, in DE ca. 29% KS entspricht ca. 20% P im Klärschlamm)

- C, N & P Recycling (reales Nährstoffrecycling für P nicht klar definierbar)- Wertschöpfungskette (v.a. KMU als Nexus KA – KMU – Landwirt)- Infragestellung durch Qualitätsbedenken (Schadstoffsenke) bzw. auch Vorurteile

durch Intransparenz - Qualitätsverbesserung und strikte Überwachung wie in Schweden eine Option?

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other

landfill

application to land

incineration

≈ 20 % des P im Schlamm

≈ 12.000 t P/a

Klärschlammverwertung/-entsorgung in EU27+CH (2010) Klärschlammverwertung/-entsorgung in DE (2013)

Alternative Rückgewinnung auf der KA – P gelöst

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(also kleinteilig und dezentral) Rückgewinnung auf der KA (EBPR+AD) als Struvit ist Stand der Technik!- Zahlreiche Anlagen installiert -> da für Betreiber beneficial!!!- Optimierung (energetisch und RW-Rate läuft durch Kombination mit z.B. Lysis)- Kaskadierung (C, N & P erlaubt Synergien von Energie- und Ressourcen- effizienz (siehe KA Amersfoort und bald KA Steinhof 2018/19)- Einsatz limitiert auf gelösten PO4-P > 100 mg/l … also EBPR+AD bzw. UASB

Systeme, kann aber jeglichen Rücklöseverfahren nachgeschaltet werden

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Kabbe 2016

Stand der Umsetzung Struvitverfahren

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Stand der Umsetzung auf der KA – aus der Festphase des Nassschlamms

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Rückgew. auf der KA aus der Festphase des Schlamms nach wie vor in der Entw./Pilotphase

- Quasi für alle KS einsetzbar (Chem-P und Bio-P)- Trade-off zw. Aufwand (Chemikalien) und Nutzen?!- Zusätzliche Abfälle bzw. belastete Prozesswässer? - Operative Vorteile für KA-Betreiber nicht immer gegeben

- Reduktion der P-Rückbelastung (X?)- Verbesserung der Schlammentwässerung bzw. Volumenreduzierung(Y?)- ggf. Eröffnung/Erhalt der KS-Mitverbrennungsroute (Entsorgung, (Z?))

Mineralsäure-Leaching: Pilotierungen/Demo von Stuttgarter (Offenburg) und Seaborne (modif.) in GifhornMobile Einheiten MSE (Stuttgarter) – Trade-off fraglich!

Diverse HTC-Verfahren bislang weit unter den Erwartungen/Versprechungen. (Energieeff., Entwässerungsgrade, refraktärer CSB, hochbelastete Prozesswässer, … reale P-Rückgewinnung wie bei Stuttgarter/Gifhorn von Säureeinsatz abh.)

CO2-Extraktion nach Budenheim: Pilotierung in Mainz, Demo-Projekt mit Zementindustrie (zero waste Option) in Planung -> kommerzielles Produkt: DCP

Stand der Umsetzung – thermische Route

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(eher zentralisiert wg. economy of scale)

Erfordert unverdünnte thermische Vorbehandlung (auf oder nach KA, Mono-V, Pyrolyse …)

- Rohphosphatteilsubstitut in kommerzieller DüM-Produktion:- erste pilot/großtechn. Versuche durch ICL (2012/2013) erfolgreich -> machbar für „Premiumaschen“ (P, Fe, Al, Si …)

Kraus 2016 nach Krüger & Adam 2014

Stand der Umsetzung – thermische Route

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- Ascheaufbereitung nasschemisch: Trend zu H3PO4-Produktion

- EcoPhos Demo in Varna (2016), Full-scale in Dunkerque (2018) -> H3PO4, DCP- TetraPhos Pilotierung in HH seit 2015 -> H3PO4

- Nebenproduktvalorisierung (Fe/Al-Salze, Ca-Salze …)- weitere Projekte in CH, DE, DK , ES, NL, SE- Ferner noch in Weiterentw. : - Bio-leaching (P-bac) und - Elektrodialyse (EDASK, DK)- Abfallproblematik nach Leaching bislang wenig beachtet!

- Schlamm-/Ascheaufbereitung thermisch:

- Rezyklatqualitäten (außer P4) bedingen weitere Behandlung um überhaupt verwendet werden zu können (AshDec, Mephrec, EUPHORE …)

- Pyrolyse als Alternative zur Monoverbrennung (PYREG Demo in Linz-Unkel) Valorisierung des Pyrolysates (DüM, Bodenverbesserer/-hilfsstoff …?)- RecoPhos (FP7) wird von ICL weiterentwickelt (P4-Produktion bietet höchste Wertschöpfung im P-Kreislauf und findet definitiv reißenden Absatz!)

Letztlich werden sich nur Verfahren durchsetzen, die homogene Produkte (stabile Qualität weitestgehend unabh. von Inputqualität) garantieren (reale SM-Abtrennung) und Ressourcen- sowie Klimaeffizienz in einer „marktfähigen“ Wertschöpfungskette beachten.

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Apropos Koalitionsvertrag und Klimaschutz…

F. Kraus 2016

D total: 3.117

D total: 951

EcoInvent 3.1, 2016 IVA, 2015

spezifizischer Aufwand/Emissionen Verbrauch Deutschland Gesamtaufwand/

-emission

„… Phosphor und andere Nährsto

ffe zurückgewinnen“

Was nützt ein Rückgewinnungsgebot, wenn die Verwertung der Rezyklate gesetzlich

be- oder verhindert wird?

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BM/DG X BM/DG ZBM/DG Y

§ § §

Wollen, Können, Dürfen !?!?!?

Enabling Framework and Circular Economy?

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• Level playing field for both, primary and secondary nutrients (legally and economic) Derzeit werden Rezyklate gg. Primärrohstoffen/-produkten in meisten MS diskriminiert.

• Harmonisierung der Anforderungen!!! (Water and Waste Frame Dirs., Nitrates Dir., Sewage Sludge, Animal byproducts, Fertiliser Reg., Organic Farming, Soil conservation, IED, EMAS, Ecolabels, REACH)

UNIT D2 – GROW: Fertiliser WG

IPTS

STRUBIAS (2015-2019)

Member States

Stakeholder (NGOs and individuals)

Enabling Framework and Circular Economy?

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• STRUBIAS: Mandatiert von DG GROWTH bis 2018 Qualitäts- und „End-of-Waste“-Kriterien für STRUvit, BIokohle und ASchen zu definieren. -> Ziel, Aufnahme dieser Materialklassen in die überarbeitete EG DüMV. (EC 2003/2003)

Erste Feedback-Runde bis 09.2016 <- ihr input ist gefragt … Einspeisung über DPP

• EIP-WATER Action Group ARREAU WG Nutrients: seit 2014 aktiv- Best Practice Radar für Nährstoffrückgew. und Aufbau von „value chains“- 16.06.16 ARREAU Struvite Recovery & Recycling Learning Alliance (Praktiker-

Netzwerk: Erfahrungsaustauch, gegens. Unterstützung, Support für Struvit-REACH-Konsortium)

• EIP-AGRI Focus Group 19 Nutrient Recycling: 2016-2017 aktiv- Zusammenfassung des „state-of-the-art“ zum Thema sustainable nutrient

management- Definition von best practice und R&D needs im Themenfeld (übergreifend)

• ESPP European Sustainable Phosphorus Platform (seit 2013 aktiv)- Mittlerweile etablierte und „einflussreiche„ Plattform zum Thema sustainable

nutrient management (enge Kooperation mit der DPP)- Agiert stoffstromübergreifend - REACH, EG DüMV und Rezyklat-Valorisierung prioritär (v.a. aus Gülle und

Klärschlamm)

PHO

SPHO

RUS

RECY

CLIN

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Thank you …

Christian.Kabbe@kompetenz-wasser.de

@P_RecoRecy

Wisdom just written on paper will be ash one day;Only the wisdom applied will shape our future!

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Fabian.Kraus@kompetenz-wasser.de