Novellierte Verordnungen für die Klärschlammverwertung
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Rahmenbedingungen
Politische Ambitionen versus betrieblicher Herausforderungen
Novellierte Verordnungen für die Klärschlammverwertung
– 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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Rahmenbedingungen
Christian Kabbe
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 bei-
spielsweise 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 verein-
fachen, 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.
18Rahmenbedingungen
Politische Ambitionen versus betrieblicher Herausforderungen
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.
Sandfang Vorklärung Belebung Nachklärung
Zulauf Ablauf
Überschussschlamm Verboten!
ÜS- Vorbehandlung / Landwirtschaft bzw. nicht
P-Mobilisierung verfügbar
Eindickung Zentrat
2c 2b
Biogas
nung
Monoverbren
Hauptroute
Entwässerung itie rung
Limitiert! 2a 3 keine Lim
bzw. beim KS
(Verfügbarkeit n) Faulung
ge
P-Anforderun Verbrennung
integriert auf KA nach der KA
anlagenscharf Cluster (skalierbar)
eher dezentral, nicht skalierbar eher zentralisiert
Bild 1: Sogenannte Hot-Spots für Phosphorrückgewinnung mit Bezug zur Entsorgungssicherheit
für Klärschlamm
Wo? Rücklösungsmodule Rückgewinnungsmodule
ohne forcierte
Rücklösung Kristallisation AirPrex Rephosmaster
im Struvit Struvit
Wasstrip Multiwas Schlamm EloPhos STRUVEX
Polyphosphatrücklösung Struvit Struvit
vor der Faulung Acidogen Phosforce
+
integriert auf
CalPrex
der Kläranlage
thermische Hydrolysen Pearl Phosnix
Lysotherm TDH Kristallisation Struvit Struvit
bzw.
Pondus Adsorption NuReSys AD-HAP
Struvit HAP
aus dem
chemische Rücklösung Stuttgart EXTRAPHOS Zentrat STRUVIA CalPrex
Struvit/DCP DCP
Vorbehandlung P -Rückgewinnung & Recycling
DÜM -Hersteller Ash2Phos & CleanMAP
SSP/TSP/NP/NPK/PK DCP, MAP, SSP
nasschemisch Glatt SERAPLANT NPK EcoPhos und TetraPhos
techn. H3PO4
METAWATER HAP Solventextraktion
Monoverbrennung techn. H3PO4
AshDec EuPhoRe
mineralische Phosphate Thermphos P4
nachgeschaltet thermisch Mephrec
RecoPhos(InduCarb) P4 Schlacke, Filterstaub
thermische Alternativen
(Pyrolyse, Vergasung, EcoRin KUBOTA
Schmelze) P-reiche Schlacke P-reiche Schlacke
Direktverwertung Landwirtschaft Landschaftsbau
Full-scale Demo/Pilot
Bild 2: Einordnung gängiger Verfahrensoptionen zur P-Rückgewinnung/Recycling sowohl auf
Kläranlagen, als auch nachgeschaltet mit Beispielen
19Rahmenbedingungen
Christian Kabbe
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
20Rahmenbedingungen
Politische Ambitionen versus betrieblicher Herausforderungen
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).
21Rahmenbedingungen
Christian Kabbe
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
HAP
(seit 2014 Hitachi Zosen) Kushimoto Town (JP) 2011
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
Bergen op Zoom (NL), Lamb Weston Meijer 2007/16
ANPHOS
Budrio (IT), Pizzoli (potatoe) 2010 Struvit
(Colsen)
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
Itzehoe (DE), Kommunalservice Itzehoe 2018 (Demo) DCP
(Budenheim)
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.
Boise, ID (USA) n.i. Struvit
Multiform
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
22Rahmenbedingungen
Politische Ambitionen versus betrieblicher Herausforderungen
Tabelle 1: Globale Umsetzung der Phosphorrückgewinnung aus dem Abwasserpfad [1, 2, 3, 4, 5]
(Fortsetzung)
Prozess Ort und Betreiber seit P-Rezyklat
integriert auf Abwasserbehandlungsanlagen
NutriTec 2010
Zutphen (NL), SaniPhos® GMB Struvit und DAS
(Sustec, DMT) now offline
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
Nottingham (UK), Severn Trent Water 2012
PHOSPAQ 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
Altentreptow (DE), Remondis Aqua (dairy) 2006 Struvit
(delivered by NuReSys)
Rintoru Mobile unit applying A-CSH for P recovery -- CaP auf CSH
STRUVIA Helsingør Southcoast (DK), Forsyning Helsingør 2015 Struvit
23Rahmenbedingungen
Christian Kabbe
Tabelle 1: Globale Umsetzung der Phosphorrückgewinnung aus dem Abwasserpfad [1, 2, 3, 4, 5]
(Fortsetzung)
Prozess Ort und Betreiber seit P-Rezyklat
integriert auf Abwasserbehandlungsanlagen
Offenburg (DE), AZV 2011 (Demo) Struvit (nach
Stuttgart
MSE Mobile Schlammentwässerungs GmbH 2015 (mobil) Säureauf schluss)
Swing Higashi-Nada, Kobe (JP), Swing Corp. 2012 Struvit
Kläranlagen nachgeschaltet bzw. Ascheroute
Kopenhagen (DK), Biofos/EasyMining 2020
Ash2 phos DCP/MAP/DAP
Helsingborg (SE), Bitterfeld (DE) 2022
Varna (BG), DecaPhos (für Aschekampagnen) 2016 H3PO4/DCP/
EcoPhos
Dunkerque (FR), EcoPhos 2021 MCP
mineralisches
EuPhoRe Mannheim (DE), MVV ????
Phosphat
Komponenten
verschiedene Hersteller haben Struvit, versch.
DüM-Industrie erprobt/gewollt in kommer-
Aschen erprobt
ziellen DüM
Gifu North (JP), Gifu City 2010
METAWATER HAP
Akisato (JP), Tottori City 2013
Nippon PA Chiba (JP), Nippon Phosphoric Acid 2009 H3PO4
TetraPhos Hamburg (DE), Remondis Aqua 2020 H3PO4
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 landwirtschaftli-
che 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,
24Rahmenbedingungen
Politische Ambitionen versus betrieblicher Herausforderungen
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 entspre-
chend 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 dar-
stellen 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).
Gehalt in Tabelle 2:
beeinflusst Menge von je höher der Gehalt, desto
der Asche
Parameter sowohl im Klär-
Phosphor Hauptprodukt niedriger die gate fee
schlamm, als auch der Klär-
Calcium Säureverbrauch höher die gate fee schlammasche und deren Ein-
Aluminium Nebenprodukt leicht geringere gate fee fluss auf die Annahmegebühr
Eisen Nebenprodukt leicht geringere / neutral (gate fee) für die Monoverbren-
nung bzw. P-Rückgewinnung
Sand Rückständen höher die gate fee
aus der Asche
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.
25Rahmenbedingungen
Christian Kabbe
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 Recycling
andere industr.
Haushalte, Rohstoff Düngemittel Land-
Kläranlage
Industrie wirtschaft
Düngemittel
Kosten? Profit?
Angebot Bedarf
Bild 3: Verknüpfung von Rückgewinnung und Recycling in Wertschöpfungsketten/-kreisläufen
26Rahmenbedingungen
Politische Ambitionen versus betrieblicher Herausforderungen
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 bei-
spielsweise 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.
27Rahmenbedingungen
Christian Kabbe
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.
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.
Für den Ausstieg der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung hätte es wahr-
scheinlich 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.
28Rahmenbedingungen
Politische Ambitionen versus betrieblicher Herausforderungen
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 mit-
telfristig 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.
29Rahmenbedingungen
Christian Kabbe
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
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+49 30 61647943
christian.kabbe@isleutilities.com
30Vorwort
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Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der
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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
Copyright: Elisabeth Thomé-Kozmiensky, M.Sc., Dr.-Ing. Olaf Holm
Alle Rechte vorbehalten
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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