Am 11. Februar war es so weit. Das Energieunternehmen MVV AG nahm im Norden der Stadt – genauer im Heizkraftwerk Mannheim auf der Friesenheimer Insel – eine Phosphorrecyclinganlage offiziell in Betrieb. Aus bis zu 135 000 t entwässertem Klärschlamm sollen dort künftig jährlich bis zu 90 % des im Klärschlamm enthaltenen Phosphors zurückgewonnen werden.
„Die neue Phosphorrecyclinganlage zeigt exemplarisch, wie wir im Zusammenspiel von städtischen Eigenbetrieben und kommunalen Unternehmen die Transformation meistern können“, erklärte Christian Specht, Oberbürgermeister der Stadt Mannheim bei der Eröffnung: In einem Beispiel von „Urban Mining“ werde aus Abwasser klimaneutrale Energie und auch Phosphor gewonnen. Andre Baumann, Staatssekretär im baden-württembergischen Umweltministerium, ergänzt die strategische Bedeutung der Anlage: „Wir können es uns nicht länger leisten, bei kritischen und lebenswichtigen Rohstoffen wie Phosphor weiterhin vollständig von globalen Lieferketten abhängig und dadurch erpressbar zu sein.“ Zurzeit liefern vor allem Länder wie Russland und Marokko Phosphor in die EU
Und Gabriël Clemens, Vorstandsvorsitzender der MVV Energie AG, bedankte sich beim Land Baden-Württemberg und der EU für die Förderung des Projekts in Höhe von 6,4 Mio. €. Die EU-Gelder kamen aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (Efre).
Das Verfahren: „EuPhoRe“
Die MVV Energie AG holt das Phosphor mithilfe des „EuPhoRe“-Verfahrens der gleichnamigen Firma aus Meppen zurück. Dazu wird Klärschlamm in zwei parallel betriebene Drehrohröfen gepumpt. Diese werde mit bis zu 1 100 °C heißen Rauchgasen aus dem Heizkraftwerk Mannheim im Gegenstrom beheizt. Dem Schlamm wird unmittelbar vor den Drehrohröfen Magnesumchlorid (MgCl2) zugefügt. Dieses Chlorid hilft in den folgenden Schritten, flüchtige Schwermetallverbindungen, die beim Erhitzen ausgetrieben werden, zu bilden.
Außenansicht der MVV-Phosphorrecyclinganlage auf der Friesenheimer Insel im Mannheimer Norden.
Foto: MVV
Im Drehrohrofen …
Im ersten Behandlungsschritt wird der Klärschlamm in den Öfen vollständig getrocknet und unter Sauerstoffausschluss auf etwa 700 °C erhitzt. Durch diesen einer Pyrolyse entsprechenden Vorgang treten neben der enthaltenen Feuchte auch flüchtige Schwermetalle beziehungsweise Schwermetallverbindungen und Spaltprodukte der enthaltenen organischen Masse in Form von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) in die Gasphase über.
… erst zum Pyrolysekoks …
Der entstehende Pyrolysekoks wird dann im zweiten Schritt auf 900 bis 1 000 °C erhitzt, wobei der enthaltene Kohlenstoff unter Wärmeentwicklung mit Sauerstoff aus dem Rauchgas zu Kohlendioxid (CO2) umgewandelt wird. Gleichzeitig werde weitere Schwermetallverbindungen ausgetrieben. Die entstehenden Prozessgase werden mit den zugeführten Rauchgasen und den entstehenden Brüden wieder der Feuerung der Abfallverbrennungsanlage zugeführt.
… und dann zur phosphorhaltigen Asche
Der Ascheaustrag aus dem Drehrohr erfolgt über das Ausfallgehäuse: Die Asche, von der jährlich 14 000 t anfallen sollen, ist ein phosphorhaltiges Produkt ohne wesentliche Anteile an Kohlenstoff. In ihr finden sich bis zu 90 % des klärschlammseitig eingetragenen Phosphors wieder. Die Asche kann, wie Versuche zeigen, direkt als Dünger eingesetzt werden. Die Registrierung bei der Europäischen Chemikalienagentur (Echa) in Helsinki, die eine Vermarktung als Produkt ermöglicht, ist angestoßen.
Wie teuer dieser Dünger letztlich sein wird, darüber macht das Energieunternehmen zwar noch keine Angaben. Es geht aber davon aus, mit diesem innovativen Verfahren am Markt bestehen zu können. Dabei ist dem Vorstandsvorsitzenden Clemens wichtig zu betonen, dass die Bundesregierung an der Pflicht der Phosphorrückgewinnung von 2029, wie sie in der Klärschlammverordnung festgelegt ist, festhalten soll. Näheres zu dieser Verordnung im Textkasten.
Die Klärschlammverordnung von 2017
Die Bundesregierung hat 2017 die „Verordnung über die Verwertung von Klärschlamm, Klärschlammgemisch und Klärschlammkompost“, kurz Klärschlammverordnung oder „AbfKlärV“, novelliert. Seitdem ist die Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm als hochwertige Verwertung anzustreben und wird von 2029 an für alle Klärschlämme mit einem Phosphorgehalt von mindestens 2 Massen-Prozent an verpflichtend. Dieser Wert ist hier der entscheidende Schwellenwert.
Enthält Klärschlamm-Trockenmasse mehr als 2 Massen-Prozent, gilt folgendes:
- Für Klärwerke der Größenklasse 5, also die mit einer genehmigten Ausbaugröße ab 100 001 Einwohnerwerten (EW), gilt die Rückgewinnungspflicht von 2029 an.
- Für Klärwerke der Größenklasse 4b, also mit einer Ausbaugröße zwischen 50 001 und 100 000 EW, gilt die Rückgewinnungspflicht von 2032 an.
- Für kleinere Klärwerke gilt, dass sie Klärschlamm auch bodenbezogen als Dünger in der Landwirtschaft oder im Landschaftsbau einsetzen dürfen.
Für Anlagen der Größenklassen 4b und 5 verbietet die Verordnung zusätzlich schrittweise von 2029 beziehungsweise 2032 an die bodenbezogene Verwertung – und dies unabhängig von dem Phosphorgehalt. Kleinere Klärwerke müssen aus Klärschlämm mit weniger als 2 Massen-Prozent kein Phosphor zurückgewinnen.
Viele Kläranlagen sind von der Verordnung betroffen: Nach den Klärschlammberichten der Länder von 2018 enthält 1 kg Trockenmasse im Schnitt 25 g Phosphor (entspricht 2,5 %), nach Daten der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA) von 2020 mehr als 30 g (entspricht 3 %). Zum Vergleich: Der Phosphorgehalt im Zulauf der Klärwerke liegt im Schnitt laut DWA mit 7 mg/l niedriger, der in Klärschlammasche nach UBA-Angaben mit einem Mittelwert von 80 g/kg höher.
Autor: Dr. Ralph H. Ahrens ist Redakteur bei der VDI energie + umwelt
