Industrie + Technik

Der österreichische Außenhandel mit Chemieerzeugnissen legte im Jahr 2018 um 1 % auf 23,8 Mrd. Euro zu. Positiv verbuchte die Branche dabei die Geschäfte mit Polen (+7,9 %), Tschechien (+14,7 %), Slowakei (+10,5 %) und Slowenien (+17,8 %). Insgesamt verlief die Umsatzentwicklung in der EU aber eher unterdurchschnittlich. So ging der Wert der Exporte nach Frankreich um 38 % zurück. Die Nachfragen aus den USA nahmen um 8,9 % zu. Wichtigster Handelspartner ist für die österreichische Chemie Deutschland mit einem Warenwert von mehr als 5 Mrd. Euro, gefolgt von Frankreich, Schweiz, Italien und den USA (1,4 Mrd. Euro). Bei Chemikalienimporten im Wert von 25 Mrd. Euro ist die Handelsbilanz leicht negativ.Positiv entwickelten sich bei den einzelnen Sparten die Geschäfte mit Kunststoffen, Kunststoffwaren und anorganischen Chemikalien und negativ die Absätze bei Düngemitteln und pharmazeutischen Grundstoffen [diese Nachrichten, S. 34].

Meldung

Österreichs Chemie-Außenhandel

Der österreichische Außenhandel mit Chemieerzeugnissen legte im Jahr 2018 um 1 % auf 23,8 Mrd. Euro zu. Positiv verbuchte die Branche dabei die Geschäfte mit Polen (+7,9 %), Tschechien (+14,7 %), Slowakei (+10,5 %) und Slowenien (+17,8 %). Insgesamt verlief die Umsatzentwicklung in der EU aber e...

Prof.Dr.

Um einen P-Kreislauf in Deutschland zu erreichen, gibt es verschiedene Möglichkeiten, Klärschlamm aufzubereiten. Welche Verfahren sich durchsetzen, hängt von den Märkten ab.
Phosphor ist für Pflanzen, Tiere und Menschen ein essenzieller Nährstoff. Er ist Baustein für Zellwände und DNA, notwendig für den Energiestoffwechsel, und er beeinflusst, wie fest Zähne und Knochen sind. Pflanzen nehmen Phosphor aus Düngern auf, Menschen und Tiere über die Nahrung. Er lässt sich nicht synthetisieren oder durch andere Stoffe ersetzen.Zwar ist Phosphor keine kritische Ressource, was die Reichweite natürlicher Vorkommen betrifft, wie zeitweilig angenommen. Aber wegen der geografischen Lagerstättenkonzentration ist er als kritisch zu betrachten. Die größten Lagerstätten liegen in Marokko, China und den USA.Deutschland hängt vollständig von Phosphatimporten ab. P-Rückgewinnung schafft hier nicht nur zirkuläre Wertschöpfung in Form eines Stoffkreislaufs, sondern verringert auch die Abhängigkeit von Phosphatimporten. Zudem mindert sich damit das Problem der zunehmenden Schwermetallanteile im Rohphosphat. Diese geochemische Erbschaft ist geologisch bedingt und hat ihre Ursache im Entstehungsmechanismus der Phosphatlagerstätten.<h2>Rechtliche Rahmenbedingungen</h2>Anfang Oktober 2017 ist die Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung (AbfKlärV) in Kraft getreten, die vor allem das Aufbringen von Klärschlamm auf landwirtschaftliche Flächen regelt. Die AbfKlärV fordert, nach einer Übergangsfrist Phosphor aus Klärschlamm zurückzugewinnen. Kläranlagen müssen Phosphor direkt aus Klärschlamm oder aus Klärschlammaschen extrahieren, wenn sie für mehr als 50 000 Einwohner ausgelegt sind, also mit mehr als 50 000 Einwohnerwerten (EW). Die Übergangsfrist endet für Kläranlagen mit einer Ausbaugröße von über 100 000 EW im Jahr 2029 und für Kläranlagen mit mehr als 50 000 EW im Jahr 2032.Die Regelung gilt nicht für Kläranlagen, die dauerhaft einen Phosphorgehalt von weniger als 20 g P pro kg Trockenmasse (TM) aufweisen. Anlagen unter 50 000 EW dürfen den Klärschlamm weiterhin als Dünger ausbringen, wenn sie die Grenzwerte einhalten und ausreichend Flächen zur Verfügung stehen. Es bleibt erlaubt, den Klärschlamm zu verbrennen, wenn er nicht mit anderen Brennstoffen vermischt wird (Monoverbrennung). Das Mitverbrennen des Schlamms (Coverbrennung) ist aber nur noch dann statthaft, wenn weniger als 20 g P pro kg TM enthalten sind.Bis Ende des Jahres 2023 müssen alle Kläranlagenbetreiber einen Bericht abgeben, also auch die unter 50 000 EW, und der Behörde mitteilen, wie sie die Regelung umsetzen wollen. Sie müssen neue Entsorgungs- und Nutzungswege für Klärschlamm finden.<h2>Verfahrensentwicklung</h2>Die Gesetzgebung lässt offen, ob der Phosphor direkt aus Klärschlamm oder aus Klärschlammasche zurückgewonnen wird. Für die Asche gilt dabei eine Mindestrückgewinnungsquote von 80 Prozent des enthaltenen Phosphors, für Klärschlamm eine 50-Prozent-Rückgewinnungsquote oder eine Restkonzentration von maximal 20 g P pro kg TM. Für die chemische Technik und den damit verbundenen prozesstechnischen Aufwand heißt dies: Der tatsächliche Aufschlussgrad muss höher liegen, um die vorgeschriebene Ausbringung im Sinn einer isolierten Ausbeute zu gewährleisten.Aus Abwasser lässt sich Phosphor aus der wässrigen Phase, dem Filtrat, dem Klärschlamm selbst oder der Asche isolieren. Für die Rückgewinnung aus wässriger Phase bieten sich Kristallisationsverfahren an. Mit Fällmitteln und Erhöhen des pH-Werts durch Laugenzugabe oder CO2-Strippung fallen schwerlösliche Salze wie Magnesium-Ammoniumphosphat (Struvit) und Calciumphosphat aus. Diese Verfahren sind technisch einfach zu realisieren. Struvitverfahren dienen seit längerem großtechnisch dazu, bei der Abwasserreinigung Verkrustungen zu verhindern und damit die Schlammentwässerung zu verbessern. Für die P-Rückgewinnung muss die Struvitfällung verfahrenschemisch angepasst werden.Bei der P-Rückgewinnung aus der Festphase sind häufig Aufschlussverfahren notwendig, die meist technisch aufwendig sind. Hier eignen sich das biobasierte Leaching, teilweiser oder Vollaufschluss der Asche, thermochemische Verfahren oder direktes Ausbringen der Asche auf landwirtschaftliche Flächen, wenn dabei die Grenzwerte eingehalten werden.<h2>Stand der P-Rückgewinnungsverfahren</h2>Die gesetzlichen Anforderungen an die P-Rückgewinnung sind hoch. In Deutschland wurden und werden etwa 67 Verfahrensvarianten diskutiert, 30 davon sind in Entwicklung und Erprobung (Abbildung 1).<figure><img src="https://media.graphcms.com/vfv0yW8VRTGWZJf0Z5DC"><figcaption><label>Abb. 1: </label>P-Recyclingverfahren. Den meisten (27) dient Schlammwasser als Ausgangssubstanz. Dieses ist wegen der hohen Verdünnung technisch schwierig zu verarbeiten. Die Klärschlammverbrennung bedingt teure Investitionen in Monoverbrennungstechnik. Coverbrennung eignet sich wegen der Verdünnung des P-Gehalts nicht.</figcaption></figure>
Einige der Verfahren haben den Pilotmaßstab erreicht, sie laufen also in kontinuierlicher Fahrweise und liefern die Parameter, um industrielle Großanlagen zu bauen. Welche Verfahren sich durchsetzen werden, hängt auch von lokalen Gegebenheiten ab.Durch Phosphorrecycling lässt sich grundsätzlich etwa ein Viertel bis ein Drittel des P-Bedarfs in Europa decken. Für Kläranlagenbetreiber ist dabei wichtig, dass die ständige Abnahme des Klärschlamms garantiert ist, um Deponiekosten zu vermeiden.Welche Verfahren und welche Produkte entstehen, etwa P-Düngemittel oder Phosphorsäure, wird der Markt entscheiden. Denn ein Recyclingkonzept muss wirtschaftlich sein.<h2>Vier Kategorien</h2>Die gegenwärtigen Verfahren und Konzepte lassen sich in vier Kategorien einordnen (Abbildung 2):<figure><img src="https://media.graphcms.com/VVHEWlQgS3SJoxOx2cWD"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Entwicklungsstadien von P-Recyclingansätzen. Die politischen Weichenstellungen im Jahr 2023 werden darüber entscheiden, welche Verfahren sich umsetzen lassen und am Markt etablieren.</figcaption></figure>
<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Düngemittel (aus der Asche),<list-item>Phosphatsalze,</list-item><list-item>Phosphorsäure sowie</list-item><list-item>Phosphorsäure und Ammoniak.</list-item>Düngemittel: Die anorganische Matrix einer Klärschlammasche – das sind 90 bis 95 Prozent – lässt sich auf landwirtschaftlichen Flächen mit entsorgen, sofern die rechtlichen Maßstäbe eingehalten werden. Allerdings muss das Phosphat zum Düngen zunächst aktiviert werden, und dafür dient typischerweise konventionelle Phosphorsäure.Phosphatsalze: Diese lassen sich verschiedenen Märkten zuordnen; hierbei sind marktkonforme Qualitäten und Quantitäten wichtig. Großtechnisch wird Phosphat zurzeit in Deutschland nicht zurückgewonnen. Einige Verfahren sind aber technisch so weit gereift, um in den kommenden Jahren, Phosphatrecycling zu starten.Phosphorsäure: Sie ist die grundlegende P-Chemikalie und kann in den Düngemittelmarkt genauso einfließen wie in die Herstellung von P-Salzen. Dabei sind die Spezifikationen zu beachten.Der neueste Ansatz – die gemeinsame Rückgewinnung von P und N aus dem Klärschlamm – ist der am weitesten fortgeschrittene (Kasten).<h2>INFO: Neben P- auch N-Recycling?</h2>Ammoniak ist die Industriechemikalie mit dem größten Jahresproduktionsvolumen: 146 Mio. Tonnen weltweit im Jahr 2016. NH3 wird mit hohem energetischen Aufwand aus Erdgas hergestellt. Die Produktion ist deshalb mit CO2-Emissionen verbunden. Nitrifikations- und Denitrifikationsstufen der Klärtechnik überführen NH3 in Stickstoff und Wasser. Die Klimaschutzpolitik hat dieses Potenzial noch nicht aufgegriffen. Die P-Rückgewinnung aus Klärschlamm über Struvit bindet NH3 und erlaubt es, dieses anderswo wieder freizusetzen, etwa um es bei der Kalzinierung des Struvits zu MgHPO4 zu nutzen:MgCl2 + PO43– + NH4+ j MgNH4PO4 dMgNH4PO4 j MgHPO4 + NH3 DAus MgHPO4 wird Phosphorsäure gewonnen und das Fällungsmittel MgCl2 regeneriert:MgHPO4 + 2 HCl j H3PO4 + MgCl2<h2>Einsatz der P-Rezyklate</h2>Für die P-Rezyklate müssen neue Märkte und Vermarktungskonzepte erschlossen werden. Ein möglicher Abnehmer ist die Düngemittelindustrie, die sie vor allem genau wie Rohphosphat als Grundstoff für Düngemittel nutzen könnte. Grundsätzlich kommt auch infrage, die Rezyklate direkt in der konventionellen Landwirtschaft oder im Ökolandbau einzusetzen.Ein weiterer möglicher Absatzmarkt ist die chemische Industrie. Einige in der Entwicklung befindliche Verfahren gewinnen Phosphorsäure aus Klärschlammasche. H3PO4 hat einen höheren Marktwert als Roh- oder Düngerphosphate und zusätzlich ein breiteres Anwendungsspektrum.Ob Rezyklate auf den Märkten einsatzfähig sind, entscheiden Parameter wie Lieferzuverlässigkeit, Mengenverfügbarkeit, Qualitätstreue und Preis.<h2>Gesetzliche Anforderungen und fehlende Transparenz</h2>Die Bedingung für die Zulassung der P-Rezyklate ist die Änderung der EU-Düngemittelverordnung. Derzeit sieht sie aus Klärschlamm oder Klärschlammaschen zurückgewonnenen P-Dünger nicht vor. Um jedoch dem europäischen Anspruch, Stoffkreisläufe zu bilden, gerecht zu werden, wird die Verordnung novelliert – man einigte sich Anfang Dezember letzten Jahres.Die neue Verordnung soll Anreize schaffen, aus Rezyklaten Düngemittel herzustellen; zudem sollen einheitliche Schwermetallgrenzwerte für Düngemittel entstehen. Eine große Hürde auf dem Weg zur Verabschiedung war der Cadmium-Grenzwert. Mittlerweile einigten sich Parlament, Europarat und Kommission auf einen Grenzwert von 60 mg Cd pro kg P2O5.Wichtig bei der Implementierung wird es sein, mit den künftigen Anwendern zu kommunizieren, damit sie das neue P-Produkt akzeptieren. Erst wenn Rechtssicherheit herrscht, welche Rezyklate als Düngemittel zugelassen werden und welchen Produktstatus die P-Rezyklate erhalten, ist es möglich, eine Infrastruktur und Märkte aufzubauen.Die gegenüber Rohphosphat geringere Schwermetallbelastung ist ein Argument für das P-Recycling. Allerdings stellen die gerechtfertigt hohen Hürden der Düngemittelverordnung auch hohe Ansprüche an die P-Recyclingverfahren.<h2>Die Rolle der Deutschen Phosphor-Plattform</h2>Die Deutsche Phosphor-Plattform DPP ist ein gemeinnütziger Verein, der im Jahr 2015 gegründet wurde, um Strategien für ein nachhaltiges Phosphormanagement in den deutschsprachigen Ländern zu etablieren. Die DPP bringt die Akteure aus Industrie, Landwirtschaft, Politik und Kommunen zusammen und schafft so einen Grundstein, um P-Rezyklatmärkte zu etablieren.Um die Schwierigkeiten zu meistern, muss vollkommene Transparenz herrschen. Daher sieht die DPP eine Aufgabe darin, gesicherte Informationen zu Herstellung und Einsatz der Rezyklate in einfacher komprimierter Form zur Verfügung zu stellen, etwa für Kläranlagenbetreiber, Ingenieurbüros und Öffentlichkeit.Vorangegangen waren Stellungnahmen und Gremienarbeiten sowohl zur Novellierung der Klärschlammverordnung als auch zur europäischen Düngemittelverordnung.Die künftigen Aufgaben der DPP ergeben sich aus der zurzeit fehlenden Marktlage für die Rezyklate. Die DPP wird mit dafür sorgen, dass rechtliche Hürden abgebaut und Vertrauen in die Rezyklate aufgebaut wird.<h2>Die Autoren</h2>Jana Krämer ist seit März 2019 Geschäftsführerin der Deutschen Phosphor-Plattform DPP. Die Umweltwissenschaftlerin mit Schwerpunkt Ressourcenmanagement studierte an der Universität Gießen, wo sie sich besonders mit der Ressourcenverwertung in Abwässern mit Mikroalgen beschäftigte. <a href="mailto:info@deutsche-phosphor-plattform.de">info@deutsche-phosphor-plattform.de</a><div><img src="https://media.graphcms.com/oplIVFi9RfOdrx1Duo7w">

</div>Martin Bertau ist seit dem Jahr 2006 Professor für Technische Chemie an der TU Freiberg. Er promovierte 1997 an der Universität Freiburg/Br. und arbeitete danach bei Rohner (Dynamit-Nobel-Gruppe) in Basel. Im Jahr 2000 ging er an die TU Dresden, wo er sich 2005 habilitierte. Er ist Mitglied der Sächsischen Akademie der Wissenschaften. Daniel Frank ist bei Isle Utilities Berater für industrielle Abwasserbehandlung, nachdem er ab 2015 Geschäftsführer der DPP war. Nach dem Studium des Chemieingenieurwesens begann er 2007 seine berufliche Laufbahn beim Fraunhofer IGB und promovierte 2013 an der Universität Stuttgart zum Thema Phosphor und Kaliumrückgewinnung. <a href="mailto:daniel.frank@isleutilities.com">daniel.frank@isleutilities.com</a> Peter Fröhlich leitet seit 2012 eine Arbeitsgruppe zur Aufbereitung komplexer Rohstoffe. Seit März 2016 koordiniert er eine Unternehmensausgründung im Rahmen des Exist-Forschungstransfers zum Phosphorrecycling. Zudem ist er einer der Geschäftsführer der im November 2017 gegründeten Parforce Engineering &amp; Consulting. Er promovierte an der TU Freiberg.<div><img src="https://media.graphcms.com/GyPQw6HRQVSmjfAeYo0r">

</div><h2>Quergelesen</h2>Die Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung schreibt vor, Phosphor aus Klärschlamm zurückzugewinnen.Mehrere Rückgewinnungsverfahren werden zurzeit erprobt.P-Rezyklate lassen sich in der Düngemittelindustrie, der Landwirtschaft und der chemischen Industrie einsetzen.
<ul><li>
1 Processnet-Fachgruppe Rohstoffe, Statuspapier Phosphatrückgewinnung, Dechema, 2017, ISBN: 978–3–89746–197–0</li><li>
2 C. Schaum (Ed.), Phosphorus: Polluter and Resource of the Future: Removal and Recovery from Wastewater, IWA Publishing, 2018, ISBN: 9781780408354</li><li>
3 O. Holm, Verwertung von Klärschlamm, Thomé-Kozmiensky Verlag, 2018, ISBN: 978–3–944310–43–5</li></ul>

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