Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft

Kontakt

Burkard Hagspiel

Klärschlammverwertung Region Nürnberg GmbH
Adolf-Braun-Str. 33
90429 Nürnberg

Tel.: +49 911 231-4520
burkard.hagspiel@stadt.nuernberg.de

META-Suchmaschine

Die META-Suche im ERWAS-Umfeld ermöglicht das gezielte Suchen in folgenden Webseiten:

BDEW, BMBF, dena, DVGW, DWA, ERWAS und VKU

Newsletter

Bitte tragen Sie Ihre E-Mail-Adresse ein um den ERWAS Newsletter zu beziehen.


Logo KRN-MephrecKlärschlamm zu Energie, Dünger und Eisen mit metallurgischem Phosphorrecycling in einem Verfahrensschritt

Hintergrund

Klärschlamm ist ein Rohstoff mit dem Potenzial, die energetische Bilanz einer Kläranlage maßgeblich zu verbessern und in der Summe bis zu 40 % des binnenländischen Bedarfs der zunehmend knapper werdenden Ressource Phosphor zu decken. Bei der Abwasserreinigung der Stadt Nürnberg entstehen jährlich ca. 40.000 Tonnen entwässerter Klärschlamm, der zu einem hohen Preis entsorgt werden muss. Zusammen mit den Städtepartnern Erlangen, Fürth und Schwabach summiert sich das Schlammaufkommen auf ca. 70.000 Tonnen pro Jahr. Aktuell wird der Schlamm überwiegend in Kraftwerken mitverbrannt und ein kleiner Anteil in die Landwirtschaft und in den Landschaftsbau verbracht. Mangels Alternativen wird das Material über weite Wege transportiert, schadlos gemacht und endgelagert, obwohl sich der Klärschlamm für eine lokale stoffliche und energetische Verwertung eignet.

Verfahrensschema des Mephrec-Prozesses

Abb. 1: Verfahrensschema des Mephrec-Prozesses

Im Ergebnis eines Ideenwettbewerbs wurde beim Mephrec-Verfahren -der Verhüttung des Klärschlamms mit metallurgischem Phosphorrecycling, das größte Potenzial erkannt, um in Metropolregionen wie Nürnberg unter Berücksichtigung transparenter ökologischer und volkswirtschaftlicher Kriterien den Umgang mit den Ressourcen Abwasser und Energie zu verbessern. Davon profitiert zugleich der Klimaschutz und die regionale Wertschöpfung wird effizient, zukunftsorientiert und nachhaltig ausgerichtet. Die Technik wird bislang nur in Großanlagen und mit der Zielrichtung der thermischen Verwertung von kommunalen und industriellen Abfällen eingesetzt. Es besteht entsprechender Forschungsbedarf.

Ziele

Die Verbundpartner des Projekts KRN-Mephrec untersuchen die technische Machbarkeit, Wirtschaftlichkeit und ökologische Nachhaltigkeit des metallurgischen Phosphorrecyclings als integriertes, thermisches Verfahren der Schmelzvergasung von Klärschlämmen. Mit Hilfe einer Pilotanlage im halbtechnischen Maßstab soll das Verfahren in seinen Kernkomponenten getestet und für den Dauerbetrieb fortentwickelt werden.

Die Teilziele des Verbundprojekts sind:

a) Erarbeitung eines regionalen Energie-und Stoffstrommanagementkonzeptes für Klärschlamm mit energetischer Verwertung sowie Rückführung und Nutzung der Produkte im regionalen Wirtschaftskreislauf.

b) Etablierung der Verhüttungstechnologie als integraler Bestandteil des Abwasserbehandlungsprozesses unter den Prämissen:

• Eigenbedarfsdeckung an Energie für das Klärwerk durch Selbstverwertung des erzeugten Synthesegases. Im Klärschlamm enthaltener Kohlen-und Wasserstoff wird als heizwertreiches Brenngas zur Strom-und Wärmeversorgung bereitgestellt.

• Elimination der Schadstoffe im Klärschlamm und in Klärschlammasche durch vollständige Zerstörung aller organischen Schadstoffe bei Hochtemperatur und feste Bindung der Schwermetalle in der Eisenmetallschmelze.

• Erschließung des Klärschlamms und der Klärschlamm-asche als Phosphorquelle, indem die Wertstoffe als pflanzenverfügbares, schadstoffarmes Rezyklat dem Wirtschaftskreislauf wieder zugeführt werden.

c) Ermittlung der Skalierungsfaktoren einschließlich ihres Einflusses auf die Wirtschaftlichkeit bei verschiedenen Standortvoraussetzungen und Verfahrenskombinationen.

d) Förderung der betrieblichen und vermarktungsrelevanten Akzeptanz der Technologie im Sinne der Verlängerung der Wertschöpfungskette zur Abwasserreinigung.

Arbeitsschwerpunkte

Das Forschungsprojekt ist in drei Themenfelder gegliedert:

• Regionales Klärschlammverwertungskonzept,

• Entwicklung der Verfahrenskette und

• Untersuchung der Produktqualität und Vermarktungsmöglichkeiten.

Unter dem Leitthema „Regionales Klärschlammverwertungskonzept" entwickeln die Kooperationspartner zusammen das Konzept des regionalen Managements, um die Abfallströme der Abwasserreinigung in der Metropolregion so zu bündeln, dass deren nachhaltige und ökonomisch zweckmäßige Bewirtschaftung unter maximaler energetischer sowie stofflicher Nutzung des Klärschlamms möglich wird. Der Lösungsweg soll ökologisch bilanziert und die Wirkung des Konzepts mit den etablierten Klärschlammverwertungswegen in Deutschland verglichen werden.

Unter dem Thema „Entwicklung der Verfahrenskette" werden technologische Fragestellungen wissenschaftlich begleitet und deren Umsetzung im großtechnischen Maßstab unter Berücksichtigung der etablierten Verfahren auf dem Stand der Technik überprüft. In der ersten Erprobungsphase wird der Reaktor mit getrocknetem, brikettiertem Klärschlamm beschickt. Zur Erprobung alternativer Einsatzstoffe werden in einer weiteren Projektphase der Klärschlamm durch Briketts aus Klärschlammasche ersetzt und getestet.

Neben dem Nachweis der Funktionsfähigkeit und Anwendbarkeit des Verfahrens ist die energetische Integration aller Verfahrensschritte der entscheidende Faktor hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit. Alle energieintensiven Teilprozesse sind so zu integrieren, dass die Energieausbeute sämtlicher Vorbereitungs-und Nachbehandlungsschritte maximiert wird. Gleichzeitig sind die Prozesse der Klärschlammtrocknung und Abluftbehandlung an die Betriebsumgebung der Kläranlage anzupassen, um alle Synergien auszuschöpfen und die Standortvorteile hinsichtlich Infrastruktur, Abluft und Abwasserbehandlung und besonders der Energieverwertung auf der Kläranlage zu nutzen.

Im letzten Themenkomplex „Untersuchung der Produktqualität und Vermarktungsmöglichkeit" sollen die Produkte auf ihre Qualität und Marktfähigkeit unter Berücksichtigung der verschiedenen Interessengruppen aus Politik, Landwirtschaft und Wissenschaft begutachtet werden. Daraus kann das Gesamtpotenzial des Bewirtschaftungssystems abgeleitet und dessen ökologische und ökonomische Aspekte in ihrer Bedeutung für den Abwassersektor der Region sowie die mittelfristige Klärschlammverwertungs-und Phosphorrecyclingstrategie des Bundes und der Länder ermittelt werden.

 

Kupolofen-Anlage

Abb. 2: Kupolofen-Anlage zur Schmelzvergasung im Technikumsmaßstab, © Ingitec 2009

Weitere Informationen

>> zu den Arbeitspaketen

>> zur Homepage der Klärschlammverwertung Nürnberg