nährstoffrückgewinnung und -recycling in europa (in german) [nutrient recovery and recycling in...
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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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© Kraus 2016
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
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RUS
RECY
CLIN
GFR
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PRO
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ARKE
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Thank you …
@P_RecoRecy
Wisdom just written on paper will be ash one day;Only the wisdom applied will shape our future!
Guess who
Think forward, act circular!