HTC: Klärschlamm-Carbonisierung zur Phosphatgewinnung

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Quelle: Universität Hohenheim

Hohenheim – Knapp zwei Millionen Tonnen trockener Klärschlamm: Diese Mengen des Abfallprodukts werden in Deutschland allein aus kommunalen Kläranlagen jährlich entsorgt. Mit einer neuen Methode kann die Agrartechnologin Prof. Dr. Andrea Kruse der Universität Hohenheim den Kläranlagen-Abfall nutzbar machen, günstig und schadstofffrei. Denn die Landwirtschaft ist dringend auf neue Phosphatquellen angewiesen: Die großen Phosphat-Minen sind zunehmend erschöpft oder belastet. 

„Der Klärschlamm an sich ist als Dünger unbrauchbar“, sagt die Expertin der Universität Hohenheim. „Zwar kann man ihn unbehandelt auf die Felder geben. Aber aus hygienischer Sicht und den enthaltenden Schwermetallen ist das nicht zu empfehlen, auch wenn er viel Phosphat enthält. Um dieses Phosphat aber trotzdem nutzen zu können, verwenden wir den Prozess der hydrothermalen Karbonisierung, kurz HTC.“

Sofort als Dünger verwendbar

Das Verfahren: Portionsweise füllt Andrea Kruse in ihrem Labor den Klärschlamm in einen backsteingroßen Stahlzylinder. Der sogenannte Autoklav wird fest verschlossen und dann auf über 200 Grad erhitzt. Nach 120 Minuten ist aus dem Schlamm eine Biokohle geworden. Immer noch unbrauchbar als Dünger, versetzt die Agrartechnologin die kleinen braunen Kohlebrocken mit Säure, kocht das Ganze und trennt die Kohle ab. Anschließend gibt sie ein Magnesiumsalz hinzu und trennt das Wasser ab. Die Agrartechnologin schüttet ein weißes, leicht körniges Pulver aus dem Kolben, gerade mal eine Handvoll: Magnesiumammoniumphosphat, auch Struvit genannt. „Man kann das Struvit so wie es jetzt ist, sofort als Dünger auf dem Feld verwenden“, erklärt die Agrartechnologin.

Ein wichtiger Grund, um auf Klärschlamm zu setzen: „Die Mineralwerke in China, den USA und Marokko sind mittlerweile so ausgeschöpft, dass immer tiefer gebohrt werden muss. Je tiefer aber gebohrt wird, desto mehr Schwermetalle wie Uran sind im Phosphat angereichert, ehe es als Dünger auf die Felder gestreut wird. Wir brauchen andere Phosphat-Quellen wie den Klärschlamm.“

Günstige Alternative zur Verbrennung 

Der große Vorteil des Verfahrens: Es trennt das wertvolle Phosphat von den giftigen Schwermetallen. Über 80 Prozent des Phosphats aus dem Klärschlamm bleiben erhalten. Die Schwermetalle bleiben jedoch in der Kohle zurück und kommen so nicht auf das Feld. Zwar seien ein paar mehr Schritte notwendig, so Gero Becker, Doktorand von Prof. Dr. Kruse. „Letzten Endes lohnen sich diese Extraschritte aber mehr, als wenn man den Klärschlamm einfach so verbrennt, wie es bislang der Fall war.“

Beim Verbrennen von Klärschlamm habe man das Phosphat in Ascheform vorliegen, meint die Agrartechnologin weiter. Das Problem dabei: Pflanzen können die Asche nicht aufnehmen. Erst, wenn man sie aufwendig aufarbeitet, viel Säure hinzugibt, kann das gewonnene Phosphat als Dünger verwendet werden. „Das ist sehr viel Aufwand und sehr teuer.“

Teuer ist es vor allem, weil hierfür eine sogenannte Mono-Verbrennung notwendig ist. Der Klärschlamm wird mit Brennmaterial versetzt alleine und nicht zusammen mit anderem Müll verbrannt, damit der Phosphat-Gehalt der Asche möglichst hoch ist.

Schwermetalle bleiben in der Kohle

Außerdem kann es bei zu hohen Temperaturen der Verbrennung passieren, dass man keine Asche, sondern eine glasähnliche Substanz erhält. Auch diese könne von den Pflanzen nicht aufgenommen werden. „Die Temperaturen bei der HTC sind viel niedriger. Der Struvit-Dünger, den man daraus erhält, ist dem Phosphat in Pflanzen ähnlicher und kann dadurch wiederum sehr gut von ihnen aufgenommen werden. Außerdem bleiben Schwermetalle aus dem Klärschlamm in der Kohle und landen nicht im Dünger.“

Mit der HTC könnte der wertvolle Phosphat-Dünger aus einem Abfallprodukt gewonnen werden. Die übrig gebliebene HTC-Kohle hat einen höheren Heizwert und ist besser entwässerbar, was sie zu einem hochwertigeren Brennmaterial macht als normaler Klärschlamm. Eine kostengünstige Alternative, die notwendig ist, so Prof. Dr. Kruse.

Autoren: C. Schmid / Klebs

Quelle: Universität Hohenheim