Tysklands nya förordning om avfalls- och avloppsslam kräver att stora avloppsreningsverk återvinner fosfater från avloppsslam eller aska från och med 2032. Konventionell återvinningsteknik är kostsam och kemiskt belastad. En ny teknik erbjuder nu en mer prisvärd, föroreningsfritt alternativ. Fraunhofer-forskare hjälpte till att skala upp processen.

Som trädgårdsentusiaster kommer att intyga, blommor, rovor, tomater och liknande trivs knappt utan konstgödsel. Jordbrukare förlitar sig främst på preparat som innehåller fosfat för att gödsla sina åkrar – med goda skäl, för fosfor är en byggsten i allt liv och ett viktigt näringsämne växter kan inte klara sig utan. Med 75 procent av världens fyndigheter placerade i Marocko och Västsahara, det finns en potentiellt kritisk stryppunkt i fosforförsörjningskedjan. Under 2008 och 2009 Flaskhalsar i pipelinen och spekulationer på mineralmarknaderna sätter pressen på världens försörjningsledningar. Priset på fosfor sköt upp med 800 procent. Detta fick EU-kommissionen att lägga till detta mineral till sin träfflista över topp-20 kritiska råvaror. Även den tyska regeringen vidtog åtgärder. Från och med 2023, operatörer av stora avloppsreningsverk måste lämna in en plan för återvinning av fosfor. Även om bönder kan sprida askan från förbränt avloppsslam direkt på sina åkrar, växter kan inte utnyttja fosforn i den mycket. Förutom, denna aska innehåller föroreningar som tungmetaller som bäst hålls långt från åkrar. Det har gjorts försök att återvinna fosforn i avloppsslamaska ​​med våtkemiska processer, men de kräver stora mängder kemikalier.

Växttillgänglig fosfor, återvinnas på en kostnadseffektiv, miljövänligt sätt

Med ett helt annat tillvägagångssätt, experterna på Fritzmeier Umwelttechnik GmbH &Co. KG utvecklar en teknik som kallas P-bac. Detta företag gick samman med Fraunhofer Research Institution for Materials Recycling and Resource Strategies IWKS vid Alzenau och ICL Fertilizers Deutschland GmbH för att skala upp denna teknik från labbet till en pilotanläggning. Finansieras av det tyska förbundsministeriet för livsmedel och jordbruk, detta projekt går under namnet "Phosphorrecycling—vom Rezyklat zum intelligenten langzeitverfügbaren Düngemittel—PRil" (fosforåtervinning—från recyclate till smart, bestående gödselmedel).

"Vi hjälpte till med ansträngningarna att skala upp vattenåtervinningsprocessen såväl som med återvinningsprocessen för restmaterial, genomförbarhetsstudier, och analys, säger Dr Lars Zeggel, projektledare på Fraunhofer IWKS. "Fosforen vi återvinner från askan med denna innovativa process är 50 procent växttillgänglig i ett vattenlösligt fosfatgödselmedel. Däremot fosfatet i ren avloppsslam är nästan otillgängligt för växter." substratet är i stort sett fritt från föroreningar och de relevanta föroreningarna kan reduceras med mer än 90 procent. Gödselmedel som kommer från återvunnet avloppsslam är också anmärkningsvärt prisvärt, som en genomförbarhetsstudie utförd av Fraunhofer IWKS visade. Fosfatet som produceras på detta sätt kostar cirka två euro per kilogram. Gödselmedel som produceras med våtkemiska processer uppgår till minst fyra till sex euro per kilo. Fosfor från återvunna källor är fortfarande dyrare än primärfosfor från Marocko, vilket står på 70 cent per kilogram P2O5. Dock, i skarp kontrast till återvunnen fosfor, primär fosfor innehåller alltmer föroreningar som kadmium och uran.

Släpper bort bakterier från kopplet

Fritzmeier utvecklade processen för att återvinna fosfor från avloppsslam. Istället för att tillsätta kemikalier som svavelsyra till slammaskan, dessa experter låter bakterier göra jobbet. Bakterierna absorberar koldioxid från luften - en fördelaktig bieffekt - och producerar svavelsyra genom att använda tillsatt elementärt svavel för att extrahera fosfor från askan. Hålls under levnadsförhållanden som valts ut för att underlätta denna process, andra bakterier absorberar fosfor, berika den, och släpp den igen när denna miljö förändras. Detta ger fasta järnfosfatfällningar som kan separeras från lakvattnet. Forskare vid Fraunhofer IWKS undersökte flera aspekter av detta, inklusive processvattnet. "Det krävs cirka tio liter processvatten för att återvinna en liter avloppsslamaska, säger Zeggel. När fosfatet har extraherats, detta vatten kan återanvändas omedelbart för att sprida bakterier. Cykeln kan upprepas flera gånger innan vattnet behöver avsaltas. "Vi har kunnat anpassa membranfiltreringen så att vi nu kan ta bort 98 procent av sulfatet, dvs. svavel - från vattnet och slutligen cirkulera 75 procent av processvattnet, " säger Zeggel. Detta lämnar mycket mindre processvatten att kassera och sparar mycket energi. Förfarandet är inte bara miljövänligt, det eliminerar också en stor kostnadsfaktor. Den energi som krävs för att förånga vattnet är en av de största kostnadsdrivande. Forskargruppen kunde minska driftskostnaderna avsevärt med fördelen av membranfiltrering. Hela processen är redo att användas i hundraliters skala.