Kritische Rohstoffe aus Abwasser rückgewinnen und wieder in die Wertschöpfungskette bringen

Der Verbrauch natürlicher Ressourcen durch moderne Industriegesellschaften führt schon heute zu einer bedenklichen Verknappung essentieller Rohstoffe. Das betrifft unter anderem Phosphor, für den es in der EU kaum noch Quellen gibt. Daher gewinnt die Rückgewinnung aus Abwasser an Bedeutung. Ein Forscherteam der RPTU schafft die verfahrenstechnischen Grundlagen, um Phosphor und weitere Rohstoffe aus Abwasserströmen und Klärschlamm zu erschließen und für industrielle Prozesse nutzbar zu machen.

Phosphor ist ein wichtiger Grundstoff für die Düngemittelproduktion und damit auch für die Produktion von Nahrungsmitteln. Er wird von der Europäischen Kommission in einer Liste mit 30 kritischen Rohstoffen geführt, die ein großes Versorgungsrisiko bei gleichzeitiger hoher ökonomischer Bedeutung aufweisen.

Potential zur Rückgewinnung bieten kommunale Abwässer, in die große Mengen an Phosphor aus Privathaushalten und Industrie eingetragen werden. Hier setzt die Forschungsarbeit an, die im Rahmen des Graduiertenkollegs "WERA" (Wertstoff Abwasser) an der RPTU stattfindet und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird.

WERA hat mehrere Ziele im Blick: "Wir arbeiten an Lösungsansätzen, um die Phosphor-Konzentration in kommunalen Abwässern vom Zulauf bis zum Ablauf um circa den Faktor 100 zu senken", erläutert Professor Dr. Sergiy Antonyuk, Sprecher des Graduiertenkollegs und Leiter des Lehrstuhls für die Mechanische Verfahrenstechnik an der RPTU. "Gleichzeitig geht es uns darum, den entfernten Phosphor stofflich so aufzubereiten, dass er im Sinne des Kreislaufprinzips der Industrie wieder als Ressource zur Verfügung steht."

Ein dritter Aspekt betrifft die Umwelt. Professorin Dr. Heidrun Steinmetz, stellvertretende Sprecherin des Graduiertenkollegs und Leiterin des Fachgebiets Ressourceneffiziente Abwasserbehandlung an der RPTU sagt hierzu: "Zusätzlich soll die Phosphor-Konzentration im Ablauf der Kläranlagen weitergehend reduziert werden, um unsere Gewässer vor Algenbildung zu schützen. Es gibt zwar schon Pilot-Projekte, die das für einzelne Kläranlagen realisieren, aber nicht in Kombination mit einer Phosphor-Rückgewinnung. Dabei gibt es erhebliche Wissenslücken, welche Verfahren unter welchen Bedingungen Erfolg versprechend sind. Diese wollen wir schließen."

Im Rahmen des Forschungsprogramms verbindet die RPTU Expertise aus den Natur- und Ingenieurwissenschaften. Es geht unter anderem um die Erprobung von maßgeschneiderten Adsorber-Materialien, an denen sich Phosphor-Verbindungen anreichern können. Eine weitere Forschungsaufgabe dreht sich darum, die Grundlagen der Kristallisation bzw. Fällung zu untersuchen - Trennverfahren, mit denen die Rückgewinnung vom Phosphor aus Klärschlamm in Form pflanzenverfügbarer Düngererfolgen kann.

"Zusätzlich werden wir innovative Charakterisierungsverfahren, Messtechniker und Simulationsmethoden einsetzen bzw. weiterentwickeln, um die Einflüsse von im realen Abwassersystem vorliegenden Randbedingungen auf die Effizienz der Phosphor-Rückgewinnung mit Kristallisation- und Adsorptionsprozessen und die Produktqualität zu beschreiben", ergänzen Steinmetz und Antonyuk.

"Hierfür nutzen wir eine auf dem Campus der RPTU in Kaiserslautern als Pilotanlage installierte Abwasserbehandlungs- und Recyclinganlage. Und ultimativ ist es unser Ziel, dass wir die entwickelten Materialien und Prozesse auch auf andere Rohstoffe übertragen und etwa für die Rückgewinnung von Stickstoff, Kalium oder organischem Kohlenstoffen anpassen können."

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Quelle: Technische Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU)