De nieuwe Duitse afval- en zuiveringsslibverordening vereist dat grote rioolwaterzuiveringsinstallaties vanaf 2032 fosfaten terugwinnen uit zuiveringsslib of as. Conventionele terugwinningstechnologieën zijn kostbaar en bevatten veel chemicaliën. Een nieuwe technologie biedt nu een meer betaalbare, vervuilingsvrij alternatief. Fraunhofer-onderzoekers hielpen bij het opschalen van het proces.

Zoals tuinliefhebbers zullen beamen, bloemen, rapen, tomaten en dergelijke gedijen nauwelijks zonder kunstmest. Boeren vertrouwen in de eerste plaats op preparaten die fosfaat bevatten om hun velden te bemesten - en terecht, want fosfor is een bouwsteen van al het leven en een essentiële voedingsstof waar planten niet zonder kunnen. Met 75 procent van 's werelds deposito's in Marokko en de Westelijke Sahara, er is een potentieel kritiek knelpunt in de toeleveringsketen van fosfor. In 2008 en 2009 knelpunten in de pijplijn en speculatie op de minerale markten zetten de wereldwijde aanvoerlijnen onder druk. De prijs van fosfor schoot met 800 procent omhoog. Dit was voor de Europese Commissie aanleiding om dit mineraal toe te voegen aan haar hitlijst van top-20 kritische grondstoffen. Ook de Duitse regering kwam in actie. Vanaf 2023, exploitanten van grote rioolwaterzuiveringsinstallaties zullen een plan moeten indienen voor het terugwinnen van fosfor. Hoewel boeren de as van verbrand zuiveringsslib rechtstreeks op hun velden kunnen uitstrooien, planten zijn niet in staat om veel gebruik te maken van de fosfor die erin zit. Daarnaast, deze as bevat verontreinigende stoffen zoals zware metalen die het best ver van landbouwgronden bewaard kunnen worden. Er zijn pogingen geweest om de fosfor in zuiveringsslibas terug te winnen met behulp van natte chemische processen, maar ze vereisen enorme hoeveelheden chemicaliën.

Plant beschikbare fosfor, teruggewonnen op een kosteneffectieve, milieuvriendelijke manier

Een heel andere benadering kiezen, de experts van Fritzmeier Umwelttechnik GmbH &Co. KG ontwikkelen een technologie genaamd P-bac. Dit bedrijf bundelde de krachten met de Fraunhofer Research Institution for Materials Recycling and Resource Strategies IWKS in Alzenau en ICL Fertilizers Deutschland GmbH om deze technologie op te schalen van het laboratorium naar een proeffabriek. Gefinancierd door het Duitse federale ministerie voor Voedsel en Landbouw, dit project heet "Phosphorrecycling-vom Rezyklat zum intelligenten langzeitverfügbaren Düngemittel-PRil" (fosforrecycling - van recyclaat tot slim, blijvende mest).

"We hebben geholpen bij het opschalen van het waterrecyclingproces en bij het recyclingproces van reststoffen, haalbaarheidsstudies, en analyse, " zegt dr. Lars Zeggel, projectleider bij het Fraunhofer IWKS. "De fosfor die we met dit innovatieve proces uit de as halen, is voor 50 procent plantaardig beschikbaar in een wateroplosbare fosfaatmeststof. het fosfaat in zuivere zuiveringsslibas is zo goed als niet beschikbaar voor planten." het substraat is grotendeels vrij van verontreinigingen en de relevante verontreinigingen kunnen met meer dan 90 procent worden verminderd. Meststoffen uit gerecycleerd zuiveringsslib zijn ook opmerkelijk betaalbaar, zo bleek uit een haalbaarheidsstudie van het Fraunhofer IWKS. Het op deze manier geproduceerde fosfaat kost ongeveer twee euro per kilogram. Meststof geproduceerd met natchemische processen kost minimaal vier tot zes euro per kilogram. Fosfor uit hergebruikte bronnen is nog steeds duurder dan het primaire fosfor uit Marokko, wat neerkomt op 70 cent per kilogram P2O5. Echter, in schril contrast met gerecycled fosfor, primair fosfor bevat in toenemende mate verontreinigende stoffen zoals cadmium en uranium.

Bacteriën van de lijn laten

Fritzmeier ontwikkelde het proces om fosfor uit zuiveringsslib terug te winnen. In plaats van chemicaliën zoals zwavelzuur toe te voegen aan de slibas, deze experts laten bacteriën het werk doen. De bacteriën absorberen koolstofdioxide uit de lucht - een gunstig neveneffect - en produceren zwavelzuur door toegevoegde elementaire zwavel te gebruiken om fosfor uit de as te halen. Gehouden in levensomstandigheden die zijn geselecteerd om dit proces te vergemakkelijken, andere bacteriën nemen de fosfor op, verrijk het, en laat het weer los wanneer deze omgeving verandert. Hierbij ontstaan ​​vaste ijzerfosfaatprecipitaten die uit het percolaat kunnen worden gescheiden. Onderzoekers van het Fraunhofer IWKS onderzochten verschillende aspecten hiervan, inclusief het proceswater. "Er is ongeveer tien liter proceswater nodig om één liter zuiveringsslibas te recyclen, zegt Zeggel. Als het fosfaat eruit is gehaald, dit water kan onmiddellijk worden hergebruikt om bacteriën te verspreiden. De cyclus kan meerdere keren worden herhaald voordat het water moet worden ontzout. "We hebben de membraanfiltratie kunnen aanpassen, zodat we nu 98 procent van het sulfaat kunnen verwijderen - dat wil zeggen, zwavel uit het water en uiteindelijk circuleert 75 procent van het proceswater, ", zegt Zeggel. Hierdoor hoeft er veel minder proceswater te worden afgevoerd en wordt veel energie bespaard. De procedure is niet alleen milieuvriendelijk, maar elimineert ook een grote kostenfactor. De energie die nodig is om het water te verdampen is een van de grootste cost drivers.Het onderzoeksteam kon de bedrijfskosten aanzienlijk verlagen met behulp van membraanfiltratie.Het hele proces is klaar voor gebruik op een schaal van honderd liter.