Phasenanalytik (vor und nach der chemischen Extraktion) von dem im Drehrohrofen hergestellten Phosphordünger aus Klärschlammasche
Quelle: BAM, Fachbereich Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung
Das Element Phosphor ist für Pflanzen, Tiere und Menschen essenziell. Um die Phosphorversorgung für Pflanzen in der Landwirtschaft zu gewährleisten, werden Phosphordünger aus Wirtschaftsdünger (Gülle, Jauche, Stallmist) und mineralische Phosphordünger aus dem fossilen Rohstoff Rohphosphat eingesetzt. Um die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu reduzieren und gleichzeitig den Phosphornährstoffkreislauf zu schließen, soll der Phosphor aus phosphorreichem Klärschlamm aus Abwasserkläranlagen zurückgewonnen werden. Der größte Anteil des Klärschlamms wird in Monoklärschlammverbrennungsanlagen verbrannt. Die resultierenden Aschen enthalten bis zu 12 Gew.-% Phosphor und sind daher für die Düngerherstellung geeignet.
Mit dem sogenannten AshDec®-Verfahren werden Klärschlammaschen thermochemisch im Drehrohrofen aufgeschlossen, um daraus Phosphordüngemittel produzieren zu können. Aktuell wird eine großtechnische Anlage in Altenstadt (Bayern) geplant, die im Jahr 2024 den Betrieb aufnehmen wird. Der zentrale Bestandteil des Verfahrens ist die Phasenumwandlung von schlecht pflanzenverfügbaren Phosphaten in der Klärschlammasche (vorwiegend das Calciumphosphat Whitlockit und Aluminiumphosphat) zu gut pflanzenverfügbaren Calciumalkaliphosphaten Ca(N,K)PO4 im Produkt.
In dieser Arbeit wurde neben Natriumsulfat auch Kaliumsulfat als Additiv getestet, um den Nährstoff Kalium in den Prozess zu integrieren. Der Einsatz von Kaliumsulfat erfordert jedoch Reaktionstemperaturen von über 1100 °C, oberhalb des Schmelzpunkts der Asche. Um Kaliumsulfat auch bei niedrigeren Temperaturen zur Reaktion bringen zu können, wurden Natriumsulfat und Kaliumsulfat vor der Behandlung gemischt. Dies resultierte in geeigneten Reaktionstemperaturen zwischen 900 °C bis 1000 °C. Um den Einbau von Natrium und Kalium in die Phosphatphasen zu identifizieren, wurden Methoden der Phasenanalytik und der chemischen Extraktion miteinander kombiniert. So konnten verschiedene Modifikationen der Calciumalkaliphosphate sicher bestimmt und deren ungefähre Zusammensetzung im Phosphordünger abgeschätzt werden.
Crystalline phase analysis and phosphorus availability after thermochemical treatment of sewage sludge ash with sodium and potassium sulfates for fertilizer production
Hannes Herzel, Zeynep Aydin, Christian Adam
Journal of Material Cycles and Waste Management, Heft 23, Seiten 2242 - 2254, 2021
BAM, Fachbereich Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung