Novellierte Verordnungen für die Klärschlammverwertung

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Rahmenbedingungen

– Politische Ambitionen versus betrieblicher Herausforderungen –

Christian Kabbe

1. Entsorgungsrouten und Entsorgungssicherheit ...18

2. Welche Kosten und wer bezahlt? ...25

3. Zusammenfassung ...28

4. Literatur ...30

Angesichts des Inkrafttretens der novellierten Düngeverordnung, als auch der neuen Klärschlammverordnung kann das Jahr 2017 als Startschuss der Klärschlammverwer- tungswende betrachtet werden. Während die neue Düngeverordnung die traditionelle stoffliche Klärschlammverwertung in der Landwirtschaft akut beeinflusst, regional sogar Entsorgungsnotstände auslöste, stellt die neue Klärschlammverordnung (AbfKlärV) die Weichen für einen mittelfristigen Wechsel von einer traditionellen Entsorgung hin zu gezielter Wertstoffrückgewinnung, allerdings nur bedingt zu einer Kreislaufführung für den Nährstoff Phosphor. Bereits heute zeichnet sich eine kurzfristige Abnahme der Verwertungsdiversität für Klärschlamm ab.

Gerade in Regionen mit hoher Viehdichte und entsprechend hohem Anfall an Wirt- schaftsdüngern ist ein kurzfristiges Ende der landwirtschaftlichen Klärschlammver- wertung zu erwarten. Was gemäß AbfKlärV für Kläranlagen größer 50.000 Einwoh- nerwerte (EW) gesetzliche Gewissheit ist, wird sich auch für viele kleinere Anlagen als Herausforderung darstellen. Die Klärschlammausbringung in der Landwirtschaft wird in Deutschland in Zukunft nur noch eine untergeordnete Rolle spielen. Unter dem Gesichtspunkt Entsorgungssicherheit wird die thermische Vorbehandlung in einer Klärschlammmonoverbrennung durch die neue Verordnung favorisiert. Wer heute in Klärschlammverwertungs- bzw. Entsorgungsinfrastrukturen investieren muss oder möchte, kommt an dieser Option kaum vorbei. Einzig Klärschlammerzeuger in der Nähe von langfristig zuverlässigen Mitverbrennungskapazitäten, sofern es diese überhaupt gibt, werden noch die Wahl haben, ihren zuvor um Phosphor abgereicherten Klärschlamm in Müllheizkraft- oder Zementwerken zu entsorgen. Die Mitverbrennung in Kohlekraftwerken ist angesichts des politisch erklärten Kohleausstiegs bei der Ener- gieversorgung als nicht langfristig entsorgungssicher anzusehen. Ferner ist nicht davon auszugehen, dass es zu deutlichen Kapazitätserhöhungen in der Mitverbrennungsroute kommen wird. Nahezu sämtliche neuen thermischen Vorbehandlungskapazitäten für Klärschlamm werden in der Monoverbrennung zu finden sein.

Bei der exklusiven thermischen Vorbehandlung werden keinerlei Qualitätsanforde- rungen an den Klärschlamm gestellt, die ggf. in den kommenden Jahren nachjus- tiert werden könnten bzw. zu Einschränkungen führen. Insbesondere der § 3a der

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AbfKlärV steht in der Kritik. Der Bezug des Phosphors auf den Trockenrückstand (TR oder auch Trockensubstanz, TS) ist leider eine schwer nachzuvollziehende und vor allem zu vollziehende Maßgabe, da es sich dabei um eine Gehalts- bzw. Konzen- trationsangabe handelt, die durch mehrere Faktoren beeinflussbar ist, nicht jedoch ausschließlich durch den enthaltenen Phosphor in einer heterogenen Matrix wie Klärschlamm. Besser und praktikabel für den Vollzug wäre der Bezug des Phosphors zur Mineralik, also auf den Glührückstand. Vorstellbar und sinnvoll wäre dann ein Schwellenwert von 60 g P/kg TR. Damit wären zwei Aspekte sichergestellt worden, nämlich die Aschequalität mit einem Mindestgehalt von etwa 6 % P, sowie der Einsatz von Kombinationsverfahren auf Kläranlagen, die sowohl Energieeffizienz, als auch P-Rückgewinnungseffizienz miteinander vereinbaren. Der Paragraph, wie er heute steht, bestraft de facto Kombinationsverfahren auf Kläranlagen, die einen besseren Abbau der Biomasse des Klärschlamms ermöglichen und gleichzeitig mehr P rücklösen. Da jedoch der Biomasseabbau (oTR) im Verhältnis zur P-Freisetzung höher sein kann, reduziert sich der TR des Klärschlamms stärker als der P-Gehalt.

Ein Unterschreiten des 20 g P/kg TR Schwellenwertes ist so quasi unmöglich, obwohl substantielle Mengen des P zurückgewonnen werden. Alternativ dazu käme auch ein reiner Frachtenbezug für Phosphor pro Kläranlage in Frage. Sowohl Zulauf- als auch Ablaufwerte sind Überwachungsparameter. Diese wären quasi nur um den Parameter zurückgewonnene und separierte P-Fracht zu ergänzen, was den Vollzug womöglich deutlich vereinfachen würde. Allerdings wären dabei noch die P-Frachten, die beispielsweise über Mitbehandlung externer Klärschlämme zugeführt werden, in die Bilanz einzubeziehen. Noch einfacher und wahrscheinlich deutlich praktikabler wäre nicht der anlagenscharfe Vollzug, sondern jener pro Abwasserentsorger bzw. Verband mit einem klaren Frachtenbezug. Das würde die Regionalität der P-Rückgewinnung erhöhen und gleichzeitig die Umsetzung derart flexibilisieren, dass an den sinnvollsten Stellen (Kläranlagen) mit der Rückgewinnung begonnen wird, erwartungsgemäß bei den größten Anlagen des jeweiligen Betreibers. Dann könnten auch die P-Mengen als Gutschriften mitgezählt werden, die bereits heute ökonomisch und ressourceneffizient zurückgewonnen werden. Ferner ließe sich das Verfahren an sich dann auch vereinfachen, indem man nur noch einen gültigen Mindestrückgewinnungswert bräuchte, der dann natürlich über 50 % liegen sollte und keinen Unterschied macht, ob die Rückgewinnung auf oder nach den Kläranlagen stattfindet.

Aber all diese Feinheiten treten in den Hintergrund der Überlegungen, wenn die höchste Priorität von Klärschlammerzeugern die Entsorgungssicherheit ist. Neben dem Aspekt langfristiger Legalität spielen dabei auch technische Zuverlässigkeit und natürlich Kosten eine tragende Rolle.

1. Entsorgungsrouten und Entsorgungssicherheit

Viele Klärschlammerzeuger stehen nun vor der Entscheidung, welche Entsorgungsroute für sie geeignet ist, in welche Richtung unter Umständen investiert werden sollte, ob Phosphor auf den eigenen Kläranlagen oder doch nachgeschaltet zurückgewonnen werden kann, soll oder muss.

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Bild 1 bezieht sich zwar maßgeblich auf die unmittelbar von den Restriktionen der novellierten Klärschlammverordnung betroffenen Kläranlagen größer 50.000 EW, jedoch werden die Kernaussagen auch auf andere Größenklassen übertragbar sein.

Bild 2 vermittelt einen Eindruck, welche Verfahrensansätze derzeit prominent sind und welchen Reifegrad diese erreicht haben.

Bild 1: Sogenannte Hot-Spots für Phosphorrückgewinnung mit Bezug zur Entsorgungssicherheit für Klärschlamm

Bild 2: Einordnung gängiger Verfahrensoptionen zur P-Rückgewinnung/Recycling sowohl auf Kläranlagen, als auch nachgeschaltet mit Beispielen

Vorklärung Nachklärung

Zulauf Ablauf

Sandfang Belebung

Biogas

Faulung

Entwässerung

Verbrennung Landwirtschaft

2b

2a 3

Zentrat

Überschussschlamm

Eindickung

integriert auf KA anlagenscharf eher dezentral, nicht skalierbar

nach der KA Cluster (skalierbar)

eher zentralisiert 2c

ÜS-Vorbehandlung / P-Mobilisierung

Limitiert!

(Verfügbarkeit bzw.

P-Anforderungen)

Monoverbrennung Hauptroute keine Limitierung

beim KS Verboten!

bzw. nicht verfügbar

P-Rückgewinnung & Recycling Vorbehandlung

Rückgewinnungsmodule Rücklösungsmodule

Wo?

Demo/Pilot Full-scale

Kristallisation im Schlamm ohne forcierte

Rücklösung

integriert auf der Kläranlage

Kristallisation bzw.

Adsorption aus dem

Zentrat thermische Hydrolysen

Polyphosphatrücklösung vor der Faulung

chemische Rücklösung

Wasstrip

Lysotherm TDH Pondus

Stuttgart EXTRAPHOS

AirPrex Struvit EloPhos Struvit

Pearl Struvit NuReSys

Struvit

nachgeschaltet

Monoverbrennung

thermische Alternativen (Pyrolyse, Vergasung,

Schmelze)

nasschemisch

thermisch

Glatt SERAPLANTNPK

Solventextraktion EcoPhos und TetraPhos

techn. H3PO4

AshDec EuPhoRe

mineralische Phosphate Thermphos P₄ Mephrec Schlacke, Filterstaub RecoPhos(InduCarb)P4

METAWATER HAP

Direktverwertung Landwirtschaft

Acidogen

CalPrex DCP

KUBOTA P-reiche Schlacke

+

Landschaftsbau STRUVEX

Struvit Multiwas

DÜM -Hersteller

SSP/TSP/NP/NPK/PK Ash2Phos & CleanMAP DCP, MAP, SSP

Rephosmaster Struvit

Phosnix Struvit AD-HAP HAP Phosforce

CalPrex

EcoRin P-reiche Schlacke

STRUVIA Struvit/DCP

techn. H3PO4

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Landwirtschaft?

Neben der Anlagengröße und der Klärschlammqualität kommt hier vor allem die Flächenverfügbarkeit zum Tragen. Diese wurde 2017 mit Inkrafttreten der neuen Düngeverordnung, der nationalen Implementierung der europäischen Nitratrichtlinie deutlich reduziert. Die schärfere Begrenzung der auf landwirtschaftliche Flächen aus- bringbaren Nährstofffrachten und der erlaubten Zeiträume verschärfte dramatisch die Konkurrenz zwischen landwirtschaftlichen Reststoffen wie Wirtschaftsdüngern, Gär- resten und Siedlungsabfällen wie Klärschlamm. Es liegt auf der Hand, dass Landwirte der Entsorgung ihrer eigenen Reststoffe den Vorrang geben, bevor externe Reststoffe angenommen werden. Davon besonders betroffen sind Regionen mit hoher Viehdichte und entsprechenden regionalen Gülleüberschüssen.

Aus diesem Grund ist die Verwertung von Klärschlamm in der Landwirtschaft schon heute nicht mehr als gesichert anzusehen, also die langfristige Entsorgungssicherheit längst nicht mehr gegeben. Das betrifft nicht nur die Kläranlagen größer 50.000 EW, sondern bereits heute schon viele kleinere Anlagen. Besonders prekär ist die Lage in Regionen, wo die Klärschlammverwertung in der Landwirtschaft bislang den größ- ten Anteil ausmachte. Bei gleichzeitigem Mangel an alternativen Kapazitäten in der thermischen Vorbehandlung, egal ob Mono- oder Mitverbrennung wurden ab Herbst 2017 regionale Entsorgungsnotstände wie zum Beispiel im Nord-Westen der Republik provoziert und Kostenexplosionen unabhängig von der Entsorgungsroute generiert. Das Ende dieser Situation und der steigenden Preisspirale ist auch noch nicht erreicht und wird sich auch erst dann auf deutlich höherem Niveau stabilisieren, wenn Alternativ- entsorgungskapazitäten tatsächlich nutzbar werden. Dies ist jedoch nicht vor 2022/23 in Anfängen zu erwarten und wird erst Ende des kommenden Jahrzehnts in einen dann herrschenden Normalzustand übergehen. Die akuten Entsorgungsengpässe können kurzfristig nur durch Zwischenlagerung kompensiert werden, was wiederum dazu führt, dass sich bis 2022/2023 und darüber hinaus langsamer wachsend ein virtueller Klärschlammberg auftürmt, den es dann in Zukunft sukzessive abzubauen gilt. Dieser Abbau wird mindestens ein Jahrzehnt dauern, da Neukapazitäten v.a. in der thermischen Verwertungsroute mit Sicherheit nur für den laufenden Klärschlammanfall mit kleiner Redundanz konzipiert werden, jedoch nicht für Altlasten. Auch ist nicht mit übermä- ßigen Redundanzen bei den Verbrennungskapazitäten zu rechnen, da mit steigender Redundanz auch das betriebswirtschaftliche Risiko für den jeweiligen Betreiber der Anlage steigt bzw. wie im Falle interkommunaler Kooperationen Limitierungen für externe Schlämme (max. 20 %) greifen.

Betreiben Klärschlammerzeuger mehrere Kläranlagen unterschiedlicher Ausbaugrößen, also auch mit unterschiedlichen Anforderungen bzw. Restriktionen hinsichtlich der Klärschlammverwertung bzw. – entsorgung, böte sich theoretisch eine Diversität von Entsorgungsrouten an. Jedoch ist nicht davon auszugehen, dass eine solche Diversität mit ihrer einhergehenden Komplexität freiwillig umgesetzt wird. Vielmehr wird es darauf hinauslaufen, für die gesamte Klärschlammmenge eine legale und verlässliche Route zu etablieren, die den geringsten Entsorgungsaufwand hinsichtlich Personal, Stoffstrommanagement und Kosten bedeutet. D.h. auch wenn für einige Kläranlagen eines Zweckverbandes die Landwirtschaft tatsächlich noch erlaubt bleibt, etwas

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Schlamm sogar in die Mitverbrennung kann, doch ein substantieller Teil in die Mono- verbrennung muss, dass letzten Endes der gesamte anfallende Klärschlamm in die Monoverbrennungsroute eingespeist wird. Dies wird vor allem dann geschehen, wenn Klärschlammerzeuger gleichzeitig auch Betreiber von Monoverbrennungsanlagen sind bzw. sein werden. Investitionen werden in die langfristig sicherste und einfachste Route fließen. Wer beispielsweise als Klärschlammerzeuger in die Monoverbrennungsroute investiert, wird dies für die gesamte Schlammmenge tun, nicht nur für einen Teilstrom.

Mitverbrennung?

Die Hauptfrage bzgl. der Mitverbrennung ist die lokale oder regionale Verfügbarkeit.

Bereits heute sind die vorhandenen Kapazitäten überbucht, d.h. wer nur Teilmengen in die Mitverbrennung geben kann bzw. darf, muss daneben noch investieren oder hoffen, dass bei Ausschreibungen zur Entsorgung mehr als ein Gebot abgegeben wird. Unter den Mitverbrennungsrouten macht die Kohlekraftwerksroute den größten Teil aus, gefolgt von Zementwerken und dann Müllverbrennungsanlagen. Wird der Kohle- ausstieg umgesetzt, bricht die Hauptroute der Mitverbrennung weg. Zwar gibt es in Deutschland genügend Zementwerke, die rein theoretisch auch noch deutlich mehr Klärschlamm durchsetzen könnten, doch blieben etwaige Signale seitens der Zementindustrie, noch mehr Klärschlamm zu verwerten eher verhalten, was wohl auch daran liegt, dass seitens der Zementwerksbetreiber Investitionen nötig wären. Müllver- brennungsanlagen haben bekanntermaßen zwar Überkapazitäten was den Restmüll aus Deutschland angeht, machen jedoch selbst bei Verdopplung der durchgesetzten Klärschlammmengen nur einen Bruchteil des Klärschlammentsorgungsspektrums aus.

Neben der Kapazitätsfrage hinsichtlich der thermischen Verwertung phosphorarmer bzw. abgereicherter Klärschlämme stellt sich ferner die Frage, ob und welche Maß- nahmen bzw. Verfahren geeignet sind, auf Kläranlagen die Vorgaben hinsichtlich der Abreicherung auf unter 2 % P im TR bzw. um mindestens 50 % zu gewährleisten.

Bislang selbst weltweit etablierte Verfahren (siehe Tabelle 1) wurden nicht primär installiert, um Phosphor aus dem Klärschlamm zurückzugewinnen, sondern um Betriebsprobleme zu beheben bzw. operative Verbesserungen der Schlammbehandlung bzw. der Kläranlagenperformance hinsichtlich Ablaufqualität zu bewirken. Die Phos- phorrückgewinnung war bis dato nur ein nice to have Nebeneffekt. Nachfolgend sind einige Faktoren aufgeführt, die bislang den Ausschlag für die Installation von derlei Verfahren auf Kläranlagen gaben und noch geben. Dabei handelt es sich ausschließlich um operative Notwendigkeiten bzw. Vorzüglichkeiten, die allesamt zur Verringerung von Betriebskosten führen.

• Vermeidung ungewollter Inkrustrationen,

• Erhöhung der Schlammentwässerbarkeit,

• Reduktion des Flockungshilfsmittelverbrauchs,

• Reduktion von Schlammvolumen zur Entsorgung,

• Reduktion der Nährstoffrückbelastung,

• bessere Auslastung von Faulbehältern und

• höhere Biogasausbeuten (in Kombination mit Desintegrationsmodulen).

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Tabelle 1: Globale Umsetzung der Phosphorrückgewinnung aus dem Abwasserpfad [1, 2, 3, 4, 5]

Prozess Ort und Betreiber seit P-Rezyklat

integriert auf Abwasserbehandlungsanlagen

Senboku Blackwater TP (JP), Senboku City 2007

Totsugawa Village (JP) 2008

AD-HAP Seihokugo Environment Improvement Assoc. (JP) 2009 (seit 2014 Hitachi Zosen) Kushimoto Town (JP) 2011 HAP

Shimanto Town (JP) 2011

Kofu Town (JP) 2015

MG-Neuwerk (DE), Niersverband 2009

Wassmannsdorf (DE), Berliner Wasserbetriebe 2010 Echten (NL), Drents Overijsselse Delta 2013

Amsterdam-West (NL), Waternet 2014

Salzgitter Nord (DE), ASG 2015

AirPrex Uelzen (DE), SE Uelzen 2017 Struvit

Wolfsburg (DE), SE Wolfsburg 2017

Tianjin (CN), Tianjin CEPG 2016

Liverpool, OH (USA), Medina County 2018 Little Patuxent WRP, MD (USA), Howard County 2018

Denver, CO (USA), Denver Metro 2019

Ft. Collins, CO (USA) 2020

Well (NL), EcoFuels, (biomass digestion) 2005 Odiliapeel (NL), Peka Kroef (potatoe) 2006 Kruiningen (NL), Lamb Weston Meijer (potatoe) 2003 ANPHOS Bergen op Zoom (NL), Lamb Weston Meijer 2007/16

(Colsen) Budrio (IT), Pizzoli (potatoe) 2010 Struvit

Haps (NL), Waterschap Aa en Maas 2011 Oosterbierum (NL), Lamb Weston Meijer 2016 Den Bosch (NL), Waterschap Aa en Maas 2018

Asturias (ES), Longas 2018

Tiel (NL), Waterschap Rivierenland 2019

Crystalactor Nanjing (CN), Royal Haskoning DHV 2010 Struvit

EloPhos Lingen (DE), SE Lingen 2016 Struvit

ePhos Sylt (DE) 2019 Struvit

EXTRAPHOS

(Budenheim) Itzehoe (DE), Kommunalservice Itzehoe 2018 (Demo) DCP

Gifhorn Gifhorn (DE), ASG 2007 Struvite/CaP

J-Oil Yokohama (JP), J-Oil Mills Co. HAP

JSA Kawasaki (JP), Japan Synthetic Alcohol Co. 1998 HAP

KURITA Fukuoka North, South and Wasui (JP), Fuk. City 1997 Struvit

Kyowa Hakko Hofu (JP), Kyowa Hakko Bio Corp. 2006 HAP

Yakima, WA (USA) n.i.

Multiform Boise, ID (USA) n.i. Struvit

Massey, MD (USA), Jones Family Farms (dairy) n.i.

Green Bay, WI (USA) n.i.

NASKEO Castres (FR) 2015 Struvit

Harelbeke (BE), Agristo 2008

2x Niewkuerke (BE), Clarebout Potatoes 2009/12 Waasten (BE), Clarebout Potatoes 2012

Geel (BE), Genzyme 2013

NuReSys Leuven (BE), Aquafin 2014 Struvit

Schiphol Airport (NL), Evides 2015

Land van Cuijk (NL), Logisticon 2016

Apeldoorn (NL), Vallei & Veluwe 2018/19 Braunschweig Steinhof (DE), SE|BS / AVB 2014

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Rahmenbedingungen Tabelle 1: Globale Umsetzung der Phosphorrückgewinnung aus dem Abwasserpfad [1, 2, 3, 4, 5]

(Fortsetzung)

NutriTec Zutphen (NL), SaniPhos® GMB 2010

(Sustec, DMT) now offline Struvit und DAS

Tigard, OR (USA) Clean Water Services 2009 Suffolk, VA (USA) Hampton Roads Sanit. District 2010

York, PA (USA), City of York 2010

Hillsboro, OR (USA) Clean Water Services 2012

Slough (UK), Thames Water 2012

Saskatoon, SK (CDN) City of Saskatoon 2013 Madison, WI (USA) Madison Metro. Sew. Distr. 2014

PEARL Burford, GA (USA) Gwinnett County 2015 Struvit

(OSTARA) Amersfoort (NL) Vallei & Veluwe 2015 (Crystal Green) Edmonton, AB (CDN) EPCOR Water Services 2015

Stickney, IL (USA) Metro. Water Recl. Chicago 2016 Reno, NV (USA) Cities of Reno and Sparks 2016

Madrid (ES) Canal de Isabel II 2016

Winchester, VA (USA) F. Winchester Service A. 2016 St. Cloud, MN (USA) City of St. Cloud 2018

Jarocin (PL) City of Jarocin 2018

Atlanta, GA (USA) City of Atlanta 2019

Tel Aviv (IL), Mey Ezor Dan 2020

PHORWater Calahorra (ES), El Cidacos 2015 (demo) Struvit

Struvit PhosForce (Veolia) Schönebeck (DE), OEWA Wasser & Abw. GmbH 2019 or Brushit

(DCP) 7 plants installed in Japan between 1989 and 1989

2011 with capacities between 80-500 m³/d 1992

-- 1995

PHOSNIX Lake Shinji-East (JP), Matsue City (1998) 1998 Struvit

(Hitachi Zosen) -- 2000

-- 2009

-- 2011

Kinan Environment Improvement Association (JP) 2014 Olburgen (NL), Waterstromen (municipal & food) 2006

Lomm (NL), Waterstromen (food) 2007

China (brewery) 2011

Poland (bio-ethanol) 2011

PHOSPAQ Nottingham (UK), Severn Trent Water 2012

Struvit

USA (confidential) 2013

Germany food processing 2014

China (food processing) 2015

China (ethanol) 2016

Tilburg (NL), Waterchap de Dommel 2016

UK (municipal) 2017

PhosphoGREEN Aaby (DK), Aarhus Water 2013

(SUEZ) Herning (DK), Herning Water 2016

Marselisborg (DK), Aarhus Water 2018 Struvit

Villiers Saint Frederic (FR), SIARNC 2019

Sausheim (FR), Mulhouse 2019

REPHOS

(delivered by NuReSys) Altentreptow (DE), Remondis Aqua (dairy) 2006 Struvit Rintoru Mobile unit applying A-CSH for P recovery -- CaP auf CSH STRUVIA Helsingør Southcoast (DK), Forsyning Helsingør 2015 Struvit

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Zwar sind derzeit Verfahren in der Erprobung, die die Vorgaben hinsichtlich P-Rückgewinnung unter ökologisch und ökonomisch sinnvollen bzw. vertretbaren Rahmenbedingungen ermöglichen sollen, doch lösen sie bei weitem nicht die Proble- matik der Entsorgungssicherheit, schon gar nicht, wenn derlei Verfahren nur auf einem Teil der Anlagen von Abwasserentsorgern installiert werden können bzw. gar keine Mitverbrennungskapazitäten für den um P abgereicherten Klärschlamm zur Verfügung stehen. Das heißt, wenn weder Landwirtschaft noch Mitverbrennung in der Region als Entsorgungsrouten zur Verfügung stehen bzw. nur Teilmengen aufnehmen können, muss für den Rest des Klärschlamms entweder (überregional) ausgeschrieben werden oder in lokale/regionale Monoverbrennungskapazitäten investiert werden.

Monoverbrennung?

Liest man den Text der Klärschlammverordnung, kommt man zu dem Schluss, dass an Klärschlämme, die in der Monoverbrennung thermisch vorbehandelt werden dürfen, keine qualitativen Anforderungen gestellt werden. Während für die landwirtschaftliche Verwertungsroute die strengsten Anforderungen gelten, für die Mitverbrennung der Phosphorgehalt maßgeblich ist, gibt es keine schlammseitigen Limitierungen für die exklusive thermische Vorbehandlung (gilt für Klärschlämme der kommunalen Abwasserbehandlung). Vereinfacht bedeutet das, dass jeglicher kommunale Klär- schlamm in einer exklusiven Monoverbrennungsanlage, Vergasung, Pyrolyse o.ä.

thermisch vorbehandelt werden darf. Es gibt (noch) nicht einmal eine Anforderung bzgl. eines Mindestgehalts an Phosphor, was wiederum sinnvoll erscheint, wenn der Phosphor anschließend aus der resultierenden Asche zurückgewonnen werden soll.

Allerdings wäre das rechtlich schwer durchzusetzen, wenn weder die Landwirtschaft,

Stuttgart Offenburg (DE), AZV 2011 (Demo) Struvit (nach

MSE Mobile Schlammentwässerungs GmbH 2015 (mobil) Säureauf schluss)

Swing Higashi-Nada, Kobe (JP), Swing Corp. 2012 Struvit

Kläranlagen nachgeschaltet bzw. Ascheroute

Ash2 phos Kopenhagen (DK), Biofos/EasyMining Helsingborg (SE), Bitterfeld (DE) 2020 2022 DCP/MAP/DAP

EcoPhos Varna (BG), DecaPhos (für Aschekampagnen) 2016 H₃PO₄/DCP/

Dunkerque (FR), EcoPhos 2021 MCP

EuPhoRe Mannheim (DE), MVV ???? mineralisches

Phosphat verschiedene Hersteller haben Struvit, versch. Komponenten

DüM-Industrie Aschen erprobt erprobt/gewollt in kommer-

ziellen DüM METAWATER Gifu North (JP), Gifu City Akisato (JP), Tottori City 2010 2013 HAP

Nippon PA Chiba (JP), Nippon Phosphoric Acid 2009 H₃PO₄

TetraPhos Hamburg (DE), Remondis Aqua 2020 H₃PO₄

Tabelle 1: Globale Umsetzung der Phosphorrückgewinnung aus dem Abwasserpfad [1, 2, 3, 4, 5]

(Fortsetzung)

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Gehalt in

der Asche beeinflusst Menge von je höher der Gehalt, desto Phosphor Hauptprodukt niedriger die gate fee Calcium Säureverbrauch höher die gate fee Aluminium Nebenprodukt leicht geringere gate fee Eisen Nebenprodukt leicht geringere / neutral

Sand Rückständen höher die gate fee

noch die Mitverbrennung in ausreichendem Maße Entsorgungskapazitäten bieten. Das heißt, es wird sich praktisch nicht vermeiden lassen, dass in der Monoverbrennung auch phosphorreiche mit phosphorarmen Klärschlämmen verbrannt werden. Es ist davon auszugehen, dass hier jedoch marktwirtschaftliche Instrumente seitens der Aschaufbereiter greifen werden, in etwa der Form, dass für phosphorreiche geringere Verbrennungspreise verlangt werden, als für phosphorarme Aschen und dann entsprechend up-stream für die Schlämme. Die folgende Tabelle indiziert verschiedene Fakto- ren bezüglich Klärschlamm(asche)zusammensetzung und deren Einfluss auf etwaige Annahmegebühren (gate fees). Sämtliche Verfahren, die nicht auf Kläranlagen selbst implementiert werden und keine operativen Vorteile für Kläranlagenbetreiber mit sich bringen, werden sich maßgeblich über die Erlöse für die Rezyklate ökonomisch darstellen lassen müssen. Das heißt, die Rezyklate müssen tatsächlich vermarktet werden können und dürfen. Dabei ist davon auszugehen, dass die Phosphate als Hauptprodukte, geeignete Metallsalze als Nebenprodukte valorisiert werden (müssen).

2. Welche Kosten und wer bezahlt?

Im Allgemeinen ist zwischen Gestehungskosten und Marktpreisen zu unterscheiden.

Die Gestehungskosten umfassen die Kapitalkosten für den Bau der zur Erfüllung der gestellten Aufgabe nötigen Infrastruktur (inklusive Abschreibung und Zins) und die Betriebskosten für Betriebsmittel, Personal und Instandhaltung.

Diese Kostenkomponenten fallen für jeden an, egal ob aus Betreiber- oder Nachfra- gersicht und werden in die Marktpreise eingepreist, die dann wiederum vom Nach- frager zu bezahlen sind. Diese Marktpreise enthalten zusätzliche Komponenten wie Gewinnzuschlag und Umsatzsteuer und können regional variieren. Diese Variation ist vom Verhältnis Angebot zu Nachfrage abhängig.

Um die Kosten sowohl für die Klärschlammverwertung, als auch die P-Rückgewinnung in Grenzen zu halten ist der Zusammenschluss (Cluster) mehrerer Klärschlammerzeu- ger zweckmäßig. Zwar diskutiert man nach wie vor auch quasi-dezentrale Optionen, wie etwa Klärschlammvergasung bzw. Pyrolyse, jedoch werden sich zentralisierte, groß- volumige Strukturen mit geringem Personalaufwand flächendeckend durchsetzen. Die sogenannte economy of scale wird dazu führen, dass vorrangig Monoverbrennungskapa- zitäten, vor allem in Form größerer Anlagen geschaffen werden. Dies bringt u.a. neben den ökonomischen Aspekten auch einen weiteren Vorteil mit sich, dass größere Asche- mengen an einem Ort anfallen, deren Zusammensetzung zudem homogener sein wird.

Tabelle 2:

Parameter sowohl im Klär- schlamm, als auch der Klär- schlammasche und deren Ein- fluss auf die Annahmegebühr (gate fee) für die Monoverbren- nung bzw. P-Rückgewinnung aus der Asche

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Das wiederum wirkt sich positiv auf die nachfolgende Phosphorrückgewinnung aus, da auch dort die economy of scale ein entscheidender Faktor ist und homogenes Input- material von Vorteil für die Weiterverarbeitung ist.

Nun ist es in Deutschland üblich, die Abfallentsorgung regelmäßig auszuschreiben.

Inwieweit das auch für P-reiche Aschen Bestand haben wird, muss sich noch zeigen. Es ist kaum davon auszugehen, dass jemand in eine P-Rückgewinnungsanlage investiert, wenn keine Langzeitlieferverträge geschlossen werden können. Hier sind zehn Jahre als absolutes Minimum anzusehen.

Während die P-Extraktion aus dem Klärschlamm auf den Kläranlagen sicher nicht installiert werden wird, wenn sie nicht mit operativen Vorteilen bezüglich der Schlamm- behandlung in Form verbesserter Entwässerungsergebnisse, reduzierter Flockungshilfs- mittelverbräuche oder Fällmittelverbräuche und am Ende reduzierter Schlammmengen einhergeht, wird die Rückgewinnung aus Klärschlammaschen die Hauptroute abbilden.

Hier wären demnach die Rückgewinnungskosten noch den Verbrennungskosten aus Sicht des Klärschlammerzeugers und letztlich des Gebührenzahlers draufzuschlagen.

In Diskussionen mit Klärschlammverbrennern klingt durch, dass die Aschebehand- lungskosten letztlich nicht teurer sein dürfen, als die Aschedeponierungskosten. Nach Einschätzung des Autors wird sich dieser Wunsch jedoch nicht flächendeckend erfül- len lassen. Für die derzeitige Aschedeponierung wurden von mehreren Seiten Kosten zwischen 25 und 60 EUR/t Asche genannt. Diese Größenordnung kann letztlich nur von Ascheaufbereitungsverfahren erreicht werden, die:

a) die am Ende zu entsorgende Reststoffmenge deutlich reduzieren,

b) gleichzeitig moderat im Nettoverbrauch von Betriebsmitteln (Säuren, Laugen, Adsorbentien, Energie) sind und

c) Produkte und Intermediate hoher Qualität und damit einer substantiellen Wert- schöpfung generieren (Marktnachfrage).

Dies gilt im Besonderen für alle Klärschlammaschen, die bis zum 31.12.2028 erzeugt werden.

Abfall | Produkt -Grenze Rückgewinnung

Angebot Kosten? Profit?

Bedarf Recycling

Haushalte,

Industrie Kläranlage Rohstoff

Düngemittel

andere industr.

Land- wirtschaft

Bild 3: Verknüpfung von Rückgewinnung und Recycling in Wertschöpfungsketten/-kreisläufen

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Da jedoch ab 2029/32 eine gesetzlich verankerte Rückgewinnungspflicht für P aus derlei Aschen besteht, ist dann die Ascherückholung und nachfolgende Aufbereitung in die Deponierung mit einzupreisen. D.h. Ascheerzeuger sollten eher bestrebt sein, den aufwendigen Zwischenlagerungsweg zu vermeiden und die Asche direkt nach Anfall aufzubereiten, sei es in eigenen Anlagen oder extern. Dies wiederum bedeutet, dass sich die Deponierungskosten mindestens verdoppeln werden (Ablagerung und Re- Excavation), und somit Ascheaufbereitungsverfahren durchaus wirtschaftlich mithalten können. Ohnehin erlaubt die Gesetzgebung mit der sogenannten Gebührenfähigkeit ein gewisses Maß an Flexibilität, da ja eine eventuelle Deckungslücke zwischen Klär- schlammentsorgungs- und P-Rückgewinnungskosten und den erzielbaren Erlösen für die Rezyklate durch den Gebührenzahler kompensiert werden wird. Zwar hat der Gesetzgeber eine Zumutbarkeitsklausel in der Verordnung verankert, jedoch zeigen ähnliche Konstrukte wie das EEG, das am Ende immer der Steuer- oder Gebührenzahler einspringt, somit also auch das volle wirtschaftliche Risiko trägt, während potentielle Abnehmer für die Rezyklate sich über subventionierte Sekundärrohstoffe oder gar Produkte freuen können.

Während die Monoverbrennung ein essentieller Bestandteil der Entsorgungssicherheit und in Eigenregie auch der Kostenkontrolle ist, kann die Phosphorrückgewinnung aus den Klärschlammaschen differenzierter betrachtet werden. In Eigenregie macht dies erst ab einem Mindestvolumen von etwa 20.000 t Asche pro Jahr Sinn, generiert aber gleichzeitig zusätzliche Verantwortlichkeiten, wie:

• Rezyklatvermarktung bzw. Registrierung einschl. ggf. notwendiger Zertifizierun- gen und Logistik,

• Nebenproduktvermarktung und

• Reststoffverwertung bzw. Entsorgung (mehrere Stoffströme).

Hier gilt es abzuwägen, ob dieser zusätzliche Aufwand in Eigenregie gerechtfertigt ist, oder ob die Ascheaufbereitung nicht doch besser an Dritte delegiert werden kann. Für die Entsorgungssicherheit des Klärschlamms als solcher spielt das keine Rolle, da die geforderte unverdünnte thermische Vorbehandlung mit einer Monoverbrennung und separater Aschezwischenlagerung gegeben ist. Einzig die Kostenfrage und damit auch eine eventuelle Gebührenanpassung bleibt noch unklar.

Sehr vernünftig erscheint der Ansatz, die Ascheaufbereitung zentralisiert in beispielsweise Chemieparks anzusiedeln. Zum einen sind dort alle infrastrukturellen Notwendigkeiten gegeben, wie Transportanbindungen, Betriebsmittelbereitstellung einschließlich von z.B. Säuren für nasschemische Aufschlüsse und zum anderen auch potentielle Abnehmer für erzeugte Rezyklate oder Intermediate. Zudem ist es einfacher und vor allem sicherer Aschen zu transportieren als zum Beispiel Gefahrstoffe wie Säuren oder Laugen. Daneben besteht ferner die Möglichkeit, Aschen aus der Region bzw. sogar überregional zusammenzuführen und zu homogenisieren, was wiederum dem jeweiligen Aufbereitungsprozess zu Gute kommt.

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Um Gebühren zahlende Haushalte und Verbraucher tatsächlich mitzunehmen wird noch einiges an Überzeugungsarbeit zu leisten sein. Auch wenn das Thema P-Rückgewinnung derzeit in der breiten Öffentlichkeit kaum Beachtung findet, wird es spätestens mit Eintreffen der ersten Gebührenbescheide passieren, in denen die Kosten der P-Rückgewinnung veranschlagt werden. Damit es kein böses Erwachen gibt, sind aufklärende Kommunikation und vor allem mehr Transparenz von Nöten. Die Dis- kussion um die negativen Aspekte der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung werden kaum dazu beitragen, dass die Akzeptanz für klärschlammbürtige Rezyklate erhöht wird, wenn nicht klar kommuniziert wird, welche Vorzüge diese gegenüber ihrer Quelle, aber auch im Vergleich zu gängigen, derzeit eingesetzten Produkten haben.

Für den Ausstieg der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung hätte es wahrscheinlich gar keiner novellierten Düngeverordnung bzw. Klärschlammverordnung bedurft, Transparenz und Verbraucherpartizipation hätten das womöglich deutlich schneller, unbürokratischer und kostengünstiger hinbekommen.

3. Zusammenfassung

Auch wenn die Auswirkungen des Inkrafttretens gleich mehrerer Verordnungen im Jahr 2017 vorhersehbar waren, ist man als Beobachter doch überrascht, wie unvorbereitet sowohl die Verwaltung, die für den Vollzug zuständig ist, aber auch betroffene Akteure zum Teil waren. Es ist sehr verwunderlich, dass es in der Bundesrepublik Deutschland im 21. Jahrhundert noch zu Entsorgungsnotständen für Siedlungsabfall kommen kann.

Man gewann Anfang 2018 den Eindruck, dass in manchen Bundesländern das Thema Klärschlammentsorgungssicherheit und Düngeverordnung weder auf der politischen Agenda, noch bei Klärschlammerzeugern ernst genug genommen wurde. Während viele angeschlossene Haushalte der betroffenen Regionen die Zeche dafür zahlen müssen, ermöglichen die aus Entsorgungsengpässen generierbaren Mitnahmeeffekte einigen Entsorgern traumhafte Gewinne. Offenbar waren die Teilaspekte Energie, Phosphor, Spurenstoffe und jüngst auch Mikroplastik als solche wichtiger als das ganzheitliche Stoffstrommanagement.

Bild 4:

Kartoffeletikett aufgenommen 2017 in einem Supermarkt in Niedersachsen mit klarer und vor allem lesbarer Kennzeich- nung, dass diese Feldfrüchte von einem Boden stammen, der weder mit Gülle noch mit Klärschlamm belastet wurde.

Was jedoch fehlt ist eine Anga- be, welcher Dünger stattdessen eingesetzt wurde.

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Während die Düngeverordnung die Entsorgungsroute Landwirtschaft für den Klärschlamm akut und dramatisch beschneidet, wird die novellierte Klärschlamm- verordnung mittelfristig die Entsorgungs- bzw. Verwertungsdiversität reduzieren und die Monoverbrennung als Hauptroute etablieren. Klärschlammerzeuger und Entsorgungsunternehmen sind nun gehalten, schnell umsetzbare Zwischenlösungen zu implementieren, letztlich Zwischenlager für Klärschlamm zu schaffen und mittelfristig die Infrastruktur aufzubauen, die eine langfristige Entsorgungssicherheit herstellt. Es ist absehbar, dass gegen Ende des kommenden Jahrzehnts ausreichend Monoverbrennungskapazitäten vorhanden sein werden, um den Anforderungen der Klärschlammverordnung hinsichtlich der thermischen Vorbehandlung des Klärschlamms gerecht zu werden. Inwieweit sich Klärschlammerzeuger für eine P-Abreicherung ihrer Schlämme auf den Kläranlagen selbst entscheiden, wird maß- geblich von der regionalen Verfügbarkeit der Mitverbrennung abhängen. Da sich derzeit aber eher ein Wegbrechen und nicht die Erhöhung dieser Kapazitäten abzeichnet, wird diese Route höchstwahrscheinlich eine untergeordnete Rolle spielen. Das wiederum bedeutet, dass die P-Rückgewinnung hauptsächlich auf der Monoverbrennungsroute stattfinden wird. Unter ökonomischen Gesichtspunkten erscheinen größerskalige Ascheaufbereitungseinheiten, also zentralisierte Strukturen sinnvoll. Ansiedlung dieser in Chemieparks bietet große Vorteile und vermeidet unnötige Gefahrstofftransporte auf deutschen Straßen. P-Rezyklate, also mineralische Nährstoffkonzentrate werden vor allem dann den Zugang zum Markt schaffen, wenn es sich dabei um bekannte, kommerzielle Produkte handelt. D.h., es ist leichter, sogenannte Commodities in den Markt zu bringen, als einen Markt für exotische, heterogene und bislang unübliche Materialien zu generieren. Daraus ist zu schließen, dass die Phosphorrückgewinnung nur in kleinem Maße von den Klärschlammerzeugern selbst, sondern vielmehr von Dritten durchgeführt wird. Neben logistischen Aspekten macht dies auch vor dem Hintergrund Sinn, dass Kläranlagenbetreiber nicht zwingend mit düngerechtlichen, chemikalienrechtlichen und anderen Anforderungen vertraut sind geschweige denn Personal haben, eine komplette Nährstoffrecyclingkette aufzubauen und zu betreiben.

Von behördlicher Seite wären klarere und praktikable Vorgaben sowohl für die Um- setzung aus Betreibersicht, aber auch für den Vollzug der novellierten Klärschlamm- verordnung wünschenswert. Dies betrifft u.a. Aspekte wie:

1. eine klare Bilanzgrenze bzw. Referenzlinie zur praktikablen Ermittlung der Rück- gewinnungsrate auf Kläranlagen festlegen,

2. Frachtenregelung statt Konzentrationen und

3. Gebührenfähigkeit für Maßnahmen, die eine P-Rückgewinnung, sei es auf der Kläranlage oder danach, begünstigen, auch wenn sie die derzeitigen Vorgaben auf den Kläranlagen nicht schaffen (§ 3a). Qualität fängt bei der Indirekteinleiterüber- wachung an und kann am Ende die P-Rückgewinnung und das mögliche Recycling dramatisch vereinfachen.

Wünschenswert ist zudem ein ressortübergreifender Ansatz – das heißt, nicht nur die P-Rückgewinnung fordern (BMU), sondern auch das P-Recycling ermöglichen (BMEL). Auch sollten weder Klärschlamm noch Phosphor isoliert betrachtet werden.

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Das Beispiel Gülle zeigt einen viel akuteren Handlungsbedarf und macht allein schon mit der Stickstoffproblematik deutlich, dass man in Zukunft ein nachhaltiges, ganz- heitliches Nährstoffmanagement umsetzen muss und nicht mit Einzelstoff(strom)- betrachtungen weitermachen darf.

4. Literatur

[1] Kabbe, C.; Kraus, F.: P recovery: from evolution to revolution. Fertilizer International. 479:37-41 2017

[2] Kabbe, C.: Global Compendium on Phosphorus Recovery & Recycling from Wastewater prä- sentiert auf IWA World Water Congress & Exhibition, Tokyo, 16.-20. September 2018 [3] Ohtake, H.; Tsuneda, S. (Hrsg.): und Autoren (2018) Phosphorus Recovery and Recycling. Sprin-

ger Nature Singapore Pte Ltd. ISBN: 978-981-10-8030-2

[4] Schoumans, O.F.; Bouraoui, F.; Kabbe, C.; Oenema, O.; van Dijk, K.C.: Phosphorus management in Europe in a changing world. AMBIO. 44:180-192, 2015

[5] Walker, C.: Market Map – Beating the burn rate for resource and energy recovery from sludge.

Global Water Intelligence Magazine 2017:1 :40-47, 2017

Ansprechpartner

Dr. Christian Kabbe Isle Utilities

Rudower Chaussee 29 12489 Berlin, Deutschland +49 30 61647943

christian.kabbe@isleutilities.com

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Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar

Olaf Holm, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, Peter Quicker, Stefan Kopp-Assenmacher (Hrsg.):

Verwertung von Klärschlamm

ISBN 978-3-944310-43-5 Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH

Verlag: Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH • Neuruppin 2018 Redaktion und Lektorat: Dr.-Ing. Olaf Holm, Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc.

Erfassung und Layout: Janin Burbott-Seidel, Ginette Teske, Roland Richter, Sarah Pietsch, Cordula Müller, Gabi Spiegel

Druck: Beltz Grafische Betriebe GmbH, Bad Langensalza

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