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Klärschlammverwertung &
Phosphorrückgewinnung

Klärschlamm Regional verwerten und Wertstoffe zurückgewinnen 

Klärschlamm besteht neben organischen und mineralischen Stoffen zum größten Teil aus Wasser. Wird Klärschlamm zur Verwertung oder Entsorgung an einen zentralen Ort transportiert, wird gleichzeitig sehr viel Wasser in LKWs über unsere Straßen gekarrt. Neben dem hohen Wasseranteil ist Klärschlamm aber auch reich an Wertstoffen (Stickstoff, Phosphor, Kalium) die für uns alle Lebensnotwendig sind. Also kann man einerseits die Wassermenge im Klärschlamm, durch den Einsatz von modernen Entwässerungs- und Trocknungsverfahren, reduzieren und damit den Transportaufwand verringern, oder noch einen Schritt weiter gehen und die Wertstoffe direkt vor Ort zurückgewinnen.

Die Zukunft der

Klärschlammentsorgung

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Damit unsere Gewässer und das Grundwasser sauber bleiben, wird in Kläranlagen mittels aufwendigen Schritten all das entfernt, was über Industrie und Haushalte in das Abwasser gelangt. Dieser Abfall wird als Klärschlamm bezeichnet. Er beinhaltet neben Wertstoffen wie Phosphor, Stickstoff und Kalium auch Schadstoffe in Form von Schwermetallen, Arzneimittel und Mikroplastik. Dieses Wissen führt dazu, dass eine landwirtschaftliche Ausbringung bzw. die Herstellung von Kompost aus Klärschlamm in den letzten Jahren sehr kritisch betrachtet wird. Die Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung in Kombination mit der Düngemittelverordnung wird dazu führen, dass Klärschlamm ohne Vorbehandlung bzw. Rückgewinnung von Phosphor nicht mehr ausgebracht werden kann.

Wertstoffe aus Klärschlamm

Stickstoff

 

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Phosphor

 

Phosphor ist ein essentieller und gleichzeitig nicht substituierbarer Nährstoff für alle Lebewesen und ein wichtiger Bestandteil der DNA bzw. RNA. So spielt er beispielsweise beim Energiestoffwechsel in Form von Adenosintriphosphat (ATP) eine bedeutende Rolle, dient als pH-Puffer im Blut und ist Hauptbestandteil der Knochen und Zähne in Form von Hydroxylapatit.


In Übermaßen ist er allerdings problematisch hinsichtlich der Gewässer, im speziellen in Fließgewässern und Seen anzusehen. Phosphor ist dort zumeist das limitierende Element für Pflanzenwachstum (z.B. Algen). Zu hohe Einträge führen zur Eutrophierung (Anreicherung mit Nährstoffen) der betroffenen Gewässer und schließlich zu erhöhtem Algenwachstum. Anthropogene Einflüsse sind z.B. durch ungereinigte Abwässer oder Dünger- und Bodeneintrag aus landwirtschaftlichen Flächen zu beobachten.


Die steigende Weltbevölkerung bedarf zur Sicherstellung einer ausreichenden Versorgung mit Nahrungsmitteln einer leistungsfähigen Landwirtschaft und der dafür erforderlichen Düngemittel auf Phosphorbasis. Allerdings ist die internationale Düngemittelindustrie zur Gewinnung von Phosphor aus Rohphosphat vollständig auf wenige Exportländer für Phosphorgestein angewiesen. Anders als bei anderen wichtigen Rohstoffen gibt es für Phosphor keine alternativen Rohstoffquellen und auch keine Möglichkeiten einer Substitution. Die weltweite Nahrungsmittelproduktion kann durch zukünftige Versorgungsengpässe akut beeinträchtigt werden, wenn es nicht gelingt, die Abhängigkeit von den Exportnationen durch geeignete Maßnahmen zur Rückgewinnung von Phosphor zu vermindern (Daniel Laux, Phosphor-Rückgewinnung in Baden Würtemberg, BWGZ11/2016). Die Europäische Union hat Phosphor aus diesem Grund im Jahr 2014 als kritischen Rohstoff eingestuft.

Erneuerbare Energie aus Abfällen

 

In der Klima- und Energiestrategie hat sich die Bundesregierung zu einem umfassenden Ausbau der erneuerbaren Energien bekannt. In Deutschland wird der Ausbau der Erneuerbaren Energie (EE) im Rahmen der Energiewende vorangetrieben. Die Europäische Union hat sich in ihrem „European Green Deal“ bezeichneten Konzept zum Ziel gesetzt, die Netto-Emissionen von Treibhausgasen bis ins Jahr 2050 auf Null zu reduzieren. All diese Bestrebungen werden zu einem vermehrten Ausbau von Anlagen zur Produktion von erneuerbarer Energie führen.

Klärschlamm als Energiespeicher

Grüne Technologien

 

Als Kerntechnologien kommen dabei Windkraft und Photovoltaik zur Anwendung. Dabei liefern naturgemäß Windräder je Wind- und Solarpanele je Lichtverhältnisse entsprechend unterschiedliche Energiemengen ins Stromnetz – denn der Wind weht nicht immer und auch die Sonnen scheint nicht immer gleich stark. Mit steigender Anzahl an Anlagen bringt diese fluktuierende Einspeisung jedoch zunehmende Herausforderungen mit sich. Diese reichen von einem höheren Flexibilitätsbedarf der übrigen Stromerzeuger bis hin zu Herausforderungen im Netzbetrieb (z.B. räumlicher Ausgleichsbedarf). Auch Stromverbraucher verursachen mit ungleichmäßigen Lastprofilen ständig Schwankungen im Stromnetz. Trotzdem fällt die Stromversorgung fast nie aus.

Energiespeicher

 

Um diese Schwankungen ausgleichen zu können, gelten Zwischenspeicher für elektrische Energie somit als eine der Schlüsseltechnologien der Energiewende. Sie ermöglichen eine zeitliche Entkopplung von Angebot und Bedarf und tragen damit wesentlich zur weiteren Integration von Wind- und Solarstrom bei. Sie ermöglichen die Bereitstellung von Strom zu Schwachwindperioden und Stunden geringer Sonneneinstrahlung aus alternativen Erzeugungsanlagen sowie den Ausgleich von Zeiten hoher erneuerbare Energie Einspeisungen. Der tatsächliche Bedarf an Zwischenspeichern im Stromsystem ist unklar. Der in Zukunft größte Bedarf wird sicher im Bereich der Langzeitspeicherung (saison- und jahresübergreifend) liegen.

Speichertechnologie

 

Zur Speicherung von elektrischer Energie, mit der Option, nach der Speicherung wieder elektrische Energie zu gewinnen, stehen prinzipiell vier Technologien zur Verfügung (Quelle: Zwischenspeicher der Zukunft für elektrische Energie, ITA, AIT, 2019):

  • Mechanische Speicher (z. B. Pumpspeicherkraftwerke),

  • elektrochemische Speicher (z. B. Batterien),

  • elektrische Speicher (z. B. Kondensatoren) (nur sehr kurze Speicherdauer möglich, daher nicht weiter betrachtet)

  • und chemische Speicher (z. B. Wasserstoff/Brennstoffzelle).

 

Aus heutiger Sicht kommen für saisonale Stromspeicher nur chemische Speicher (z.B. Wasserstoff, synthetisches Methan) in Frage. Diese sind allerdings mit hohen Kosten und bescheidenen Wirkungsgraden - also hohen Verlusten in der Energieumwandlung - verbunden.

Die Greenbox als Energiespeicher

 

Was wäre nun, wenn man Energie anstelle in Energieträgern in Zwischen- oder Endprodukten speichert und diese somit über lange Zeit verlustfrei verfügbar machen könnte? Genau diesen Ansatz verfolgt die Greenbox, womit sie den weltweit einzigen verlustfreien, saisonalen Speicher für Strom darstellt. Die Basis stellt ein Produktionsprozess dar, welcher im Normalbetrieb Produkte aus Klärschlamm produziert und damit wirtschaftlich betrieben werden können. Ein weiteres Merkmal des Prozesses ist der Umstand, dass er zeitunkritische Schritte enthält, welche also zu einem beliebigen Zeitpunkt durchführbar sind.

  • Ist Überschussenergie im Netz verfügbar, so wird diese in einem lagerfähigen Zwischenprodukt gespeichert

  • Soll Energie ins Netz geliefert werden, so wird aus dem Zwischenprodukten in einem BHKW Energie erzeugt.

Lassen sie uns gemeinsam diese weltweit einzigartige Art und Weise der kombinierten Klärschlammverwertung und Energiespeicherung umsetzen und so den Weg in Richtung Energieautarkie ihrer Kläranlage gehen.

 

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