Odzyskiwanie niezwykle potrzebnego surowca z powszechnie dostępnego strumienia odpadów
Ścieki, niekończące się źródło odpadów o różnorodnych potencjalnych zastosowaniach, z których niektóre są już realizowane, a inne znajdują się w fazie rozwoju. Odzyskiwanie fosforu obecnego w ściekach stanowi istotny obszar zainteresowania. Fosfor biały jest szeroko stosowany w wielu gałęziach przemysłu i trafia do różnych produktów, od zastosowań farmaceutycznych w lekach, przez środki zmniejszające palność, po produkcję akumulatorów dla przemysłu motoryzacyjnego. Wysokiej jakości kwas fosforowy, wytwarzany z fosforu białego, jest również wykorzystywany podczas produkcji półprzewodników lub w przemyśle spożywczym jako regulator kwasowości w napojach gazowanych. Istnieje zatem duże zainteresowanie opracowaniem innowacyjnych metod odzyskiwania tego pierwiastka. „Zakładając rosnącą ilość osadów ściekowych w Europie i kontynuację zaangażowania UE w odzysk fosforu, do 2050 r. FlashPhos(odnośnik otworzy się w nowym oknie) będzie w stanie poddać recyklingowi 1,5 miliona ton suchej masy osadów ściekowych rocznie”, wyjaśnia koordynator projektu FlashPhos Christian Schmidberger(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z Uniwersytetu w Stuttgarcie(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w katedrze Zdecentralizowanych Przemian Energii(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
Trzyetapowy proces pozyskiwania fosforu ze ścieków
Proces opracowany w ramach projektu FlashPhos składa się z trzech etapów wykorzystujących różne technologie. W nowo opracowanej suszarko-rozcieraczu wilgotny osad ściekowy jest jednocześnie suszony i mielony na drobny, suchy proszek niezbędny do drugiego etapu. Drugi etap obejmuje reaktor ze złożem pyłowym, w którym sproszkowany osad ściekowy jest przekształcany w wysokich temperaturach w paliwo gazowe oraz żużel zawierający fosfor. W ostatnim etapie fosfor ulega redukcji z żużlu i jest przenoszony do fazy gazowej, skąd jest następnie oddzielany w postaci białego fosforu. „Przetestowaliśmy ten proces w ramach trzech badań pilotażowych, które — z radością mogę powiedzieć — przebiegły naprawdę pomyślnie”, mówi Schmidberger. W sumie opracowano trzy instalacje pilotażowe: suszarko-rozcieracz, reaktor błyskawiczny oraz rafiner. Suszarko-rozcieracz początkowo zlokalizowano w Straubingu, a po pewnym czasie przeniesiono do Stuttgartu w Niemczech. Reaktor błyskawiczny i rafiner znajdują się w Leoben w Austrii. Jak wspomina Schmidberger, zespół musiał zmierzyć się z wyzwaniami technicznymi. Reaktor błyskawiczny pracuje w bardzo wysokiej temperaturze, wynoszącej od około 1500°C do 1600°C. „Jeśli weźmie się pod uwagę właściwości chemiczne popiołu z osadów ściekowych oraz wysokie temperatury, proces ten stanowi ogromne obciążenie dla materiałów, z których wykonano reaktor, a zwłaszcza dla wyłożenia ogniotrwałego”. Wykonano różne testy, aby sprawdzić trwałość warstwy ochronnej i żaroodpornej zainstalowanej wewnątrz wysokotemperaturowych urządzeń przemysłowych, zwanej wyłożeniem ogniotrwałym. Przeprowadzono także symulacje w celu analizy regulacji temperatury w reaktorze.
Odzyskiwanie fosforu przy jednoczesnym zapewnieniu alternatywy dla betonu
Projekt FlashPhos stanowi rozwiązanie techniczne dwóch problemów — zapewnia sposób utylizacji osadów ściekowych oraz zmniejsza zależność Europy od importu fosforu. Jak zauważa Schmidberger, biorąc pod uwagę powszechne zastosowanie fosforu, obecna sytuacja jest daleka od ideału: „W Europie praktycznie nie ma naturalnych źródeł fosforu, więc jesteśmy całkowicie uzależnieni od importu z krajów takich jak Kazachstan i Wietnam”. Ponieważ osady ściekowe zawierają znaczne ilości fosforu, stanowią istotny surowiec wtórny, który dzięki technologiom odzysku, takim jak FlashPhos, pozwala wypełnić lukę w zapotrzebowaniu na fosfor. Projekt FlashPhos zapewnia również nową metodę utylizacji problematycznych odpadów bogatych w fosfor. „To połączenie sposobu utylizacji z odzyskiem fosforu w postaci fosforu białego w ramach podejścia zgodnego z zasadami gospodarki o obiegu zamkniętym sprawia, że FlashPhos jest tak wyjątkowy”. Dodatkową korzyścią jest wytwarzanie, na ostatnim etapie procesu, dwóch produktów ubocznych, na które istnieje duże zapotrzebowanie: żużlu o właściwościach hydraulicznych, który może być stosowany jako alternatywa dla cementu, oraz stopu żelaza, który można wykorzystać w hutnictwie stali.
