Phosphor aus Klärschlamm gewinnen
Die natürlichen Quellen an schwermetallfreiem Phosphor werden immer knapper. Gleichzeitig aber stellt der Phosphorgehalt im Abwasser ein drohende Umweltgefahr dar. Vorherige Versuche zur Gewinnung von Phosphor aus Abwässern waren wenig erfolgreich, da die betreffenden Prozesse kompliziert und unwirtschaftlich sind. Das von der EU finanzierte Projekt RECOPHOS (Recovery of phosphorus from sewage sludge and sewage sludge ashes with the thermo-reductive RecoPhos-process) verfolgte das Ziel, diese wertvolle Ressource auf direktem Wege aus Klärschlammasche zu gewinnen. Die Initiative entwickelte einen sehr effizienten Prozess auf Grundlage eines Reaktorverfahrens (InduCarb), das üblicherweise für die Rückgewinnung von Stahlwerkstaub ausgelegt ist. Der RecoPhos-Prozess beinhaltet die fraktionierte Gewinnung von Phosphat und Schwermetallen aus Klärschlammflugasche bei hohen Temperaturen und unter reduzierenden Bedingungen. Die chemische Prinzip dieser Kernreaktion basiert auf dem Wöhler-Prozess, wobei die Phosphate mit Kohlenstoff und Siliziumdioxid in einem Ofen reagieren und zu Phosphor reduziert werden. Die Projektpartner unternahmen den innovativen Schritt des Einsatzes des InduCarb-Reaktors, wobei die Reduktion der Phosphors in einer dünnen Schmelzschicht auf der Oberfläche der Kokspartikel stattfindet. Der reduzierte Phosphor kann dann aus der Schicht abdampfen, ohne wesentlich mit anderen Elementen zu reagieren, und anschließend entweder als weißer Phosphor oder zu Phosphorsäure oxidiert zurückgewonnen werden. Die Forscher untersuchten die thermodynamischen und chemischen Prozesse innerhalb des Reaktors unter Einsatz von dem neuesten Stand der Technik entsprechenden Modellierungs- und Simulationsverfahren. In ihrer Kombination dienten die Resultate als Grundlage für eine halbindustrielle Pilotanlage. Neben technischen Untersuchungen führte das Team eine Marktstudie und eine Lebenszyklusanalyse durch, in denen die ökologischen und ökonomischen Folgen des RecoPhos-Prozesses bewertet werden. RECOPHOS schloss eine Sicherheitsevaluierung des Prozesses ab und gab Sicherheitsempfehlungen heraus. Versuche mit einer Graphitinduktionsanlage zur Erwärmung der Asche verliefen positiv, da der Reaktor die erforderlichen hohen Temperaturen halten konnte und dennoch einen abgeschlossenen und sicheren Betrieb gewährleistete. Auch Nutzerspezifikationen sowie ein Benutzerhandbuch wurden erstellt. Die Projektergebnisse werden fundamentalen Einfluss auf das Nachhaltigkeitsmanagement von Phosphor ausüben, der als eine begrenzte Ressource für alle Lebensprozesse wesentliche Bedeutung hat. Sie werden überdies zur Abfallvermeidung in der EU sowie zu Recyclingstrategien und zur reduzierten Abhängigkeit von Importen beitragen. Gleichermaßen unterstützt die Arbeit eine Verringerung von negativen Umweltbelastungen dadurch, dass die Notwendigkeit des Phosphatabbaus und der Raffinierung reduziert und gleichzeitig ein Beitrag zu neuen umweltfreundlichen Technologien geleistet wird.
Schlüsselbegriffe
Phosphor, Klärschlamm, Phosphat, Schwermetall, InduCarb, Wöhler-Prozess
