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03.02.2023

16.08.2022

Elementanalyse liefert Datenbasis für die Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlamm

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Phosphor und Phosphorverbindungen sind essenzielle Grundstoffe für das Leben auf der Erde. Sie bilden daher eine wichtige Grundlage für Dünge- und Futtermittel. Durch die wachsende Weltbevölkerung steigt der globale Lebensmittelbedarf jedoch stetig, daher gehen die natürlichen Phosphor-Vorkommen zur Neige. Phosphat-Lagerstätten sind auf nur wenige Regionen weltweit beschränkt.

Klärschlämme sind eine sehr ergiebige Alternative zum Phosphor-Abbau. Die EU-Umweltagentur schätzte 2021, dass die Phosphor-Rückgewinnung aus 50 Prozent des derzeit nicht verwerteten Klärschlamms bis zu 10 Prozent des Phosphor-Düngers ersetzen könnte, der derzeit auf landwirtschaftlichen Flächen eingesetzt wird. Neben Phosphaten enthalten Klärschlämme aber auch Schadstoffe, wie z.B. Schwermetalle. Die richtige Analytik ist entscheidend, um Rückgewinnungspotenziale zu bestimmen und einen weiteren Schritt hin zu einer kreislauforientierten Wirtschaft zu gehen.

Den phosphathaltigen Klärschlamm direkt als Dünger aufs Feld zu bringen, wird immer weniger praktiziert und in wenigen Jahren nicht mehr zulässig sein: Die enthaltenen Schadstoffe und Schwermetalle wie Cadmium, Blei und Quecksilber oder auch Arsen sprechen dagegen. Um den wertvollen Grundstoff im Klärschlamm dennoch zu nutzen, ist dessen Rückgewinnung Teil einer EU-weiten Strategie. Derzeit werden nur 20 Prozent des Klärschlamms in kommunalen Kläranlagen wieder aufbereitet. Grund sind meist hohe Schadstoffgehalte, weshalb die Schlämme oder Aschen deponiert oder als Sekundärbrennstoff eingesetzt werden.

Die Rechtslage

Damit sich dies ändert, hat die Europäische Kommission Phosphor in der "Liste der kritischen Rohstoffe für die Europäische Union" als solchen eingestuft. Seit 2017 ist die Aufbereitung von Klärschlämmen zur Phosphor-Rückgewinnung bundesweit gesetzlich beschlossen: Die deutsche Klärschlammverordnung (AbfKlärV) verpflichtet Kläranlagenbetreiber in Abhängigkeit von der Größe ihres kommunalen Eintragsgebiets dazu, ab Januar 2029 stufenweise zur Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlamm oder dessen Verbrennungsasche überzugehen.

Gesetzlich vorgeschrieben ist die Rückgewinnung bei Schlämmen ab einem Phosphorgehalt von 2 Prozent. Wirtschaftlich interessant kann sie auch bei geringeren Anteilen sein, zumal Klärschlamm neben Phosphor oft auch noch andere wertvolle Elemente wie Natrium oder Kalium enthält und der Bedarf an Phosphatdüngern auch weiterhin steigen wird. In jedem Fall brauchen Betreiber eine belastbare Datengrundlage, um die Elementanteile im Schlamm zu identifizieren und sein Potential für eine Wiederaufbereitung zu bewerten.

Das PlasmaQuant 9100 nutzt das Prinzip der optischen Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES). Dabei werden die Proben über einer 5.000 - 10.000 Kelvin heißen Argon-Plasmaflamme atomisiert, angeregt und dann ionisiert. Ein Spektrometer misst die emittierte elektromagnetische Strahlung. Die resultierenden Signalintensitäten geben Aufschluss über die Konzentration der enthaltenen Elemente. Die Anwendung wird in den EPA-Methoden 3050B und 6010C, sowie in den Normen DIN EN 16174:2012-11 und ISO 11885:2007 beschrieben.

"Anhand er erhaltenen Ergebnisse können Kläranlagenbetreiber die richtige Entscheidung treffen, wie mit den Klärschlämmen verfahren wird und sowohl gesetzeskonform als auch wirtschaftlich handeln", erklärt Bernd Bletzinger, Teamleiter für das Industrie-Team Umwelt bei Analytik Jena. Die Rückgewinnung könne mitunter auch bei geringeren Phosphor-Anteilen interessant sein, vor allem, wenn auch weitere wertvolle Mineralien wie Natrium oder Kalium enthalten seien.

Die Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm ist ein wichtiger Schritt in die Richtung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft. Die lokale Rückgewinnung schafft mehr Unabhängigkeit von den wenigen weltweiten Lagerstätten und den globalen Lieferketten. Dies ist nicht nur umweltfreundlich, sondern auch ein wichtiger Beitrag zur Versorgungssicherheit.

Quelle: Analytik Jena GmbH