Vom Abwasser direkt zum wertvollen Rohstoff: Forscher haben eine Anlage entwickelt, die Phosphor aus Abwasser direkt in Phosphatdünger verwandelt – und das ohne Zugabe von Chemikalien. Das Phosphor wird dabei durch eine elektrochemische Reaktion abgeschieden. In den USA wird die umweltfreundliche Technologie bereits vermarktet, in Europa suchen die Forscher noch nach Lizennehmern.
Das Element Phosphor ist ein für Pflanzen und Tiere lebenswichtiger Rohstoff. Aber es macht auch immer mehr Probleme: Einerseits setzten Landwirte weltweit immer mehr Phosphatdünger ein und schaden damit der Umwelt. Andererseits wird der Nachschub knapp – schon jetzt ist Europa von Importen abhängig, etwa aus Marokko und Russland.
Ressource im Abwasser
Doch dieses Dilemma ließe sich lösen – indem man das Phosphat aus Abwässern und Gärresten von Biogasanlagen rückgewinnt und daraus Dünger macht. Allein in Deutschland könnten rund 60 Prozent des importierten Phosphats durch wiederverwerteten Phosphor ersetzt werden – vielleicht sogar mehr. Bisher allerdings mangelt es an geeigneten und kostengünstigen Verfahren, um Phosphor und auch Stickstoff wiederzugewinnen.
Das könnte sich nun ändern: Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart haben ein elektrochemisches Verfahren entwickelt, mit dem sich Phosphor chemikalienfrei und umweltschonend aus Abwasser rückgewinnen lässt. Der sogenannte ePhos®-Reaktor gewinnt aus Kläranlagen einen direkt einsetzbaren Dünger für die Nahrungsmittelproduktion.
Elektrolyse scheidet Phosphor ab
Kern der Technologie ist eine Elektrolysezelle mit einer Magnesium-Elektrode. Sie spaltet mittels Strom Wassermoleküle und führt dazu, dass im Wasser enthaltenes Phosphat und Ammonium mit dem Magnesium der Elektrode zur Verbindung Struvit reagieren. Dieses phosphathaltige Mineral kristallisiert aus und kann daher sehr leicht vom Restwasser abgetrennt werden. Bei Pilotversuchen in einem Klärwerk wurden so durchschnittlich 85 Prozent des Phosphors zurückgewonnen.
Das Besondere an dem Verfahren: Es funktioniert rein elektrochemisch und ohne dass wie bei herkömmlichen Methoden Salze oder Laugen zugegeben werden müssen. „Das Struvit ist frei von Biomasse und kann in der Landwirtschaft direkt als hochwertiger, langsam Nährstoffe freisetzender Dünger eingesetzt werden“, erklärt Projektleiter Iosif Mariakakis vom IGB. „Davon profitieren auch Kläranlagenbetreiber, da sie keine Chemikalien lagern müssen und das gesamte Verfahren sehr einfach zu handhaben ist.“
Technologie ist marktreif
Das neue Verfahren ist bereits marktreif und wird in den USA, Kanada und Mexiko bereits vermarktet. „Bis Ende September soll in den USA die erste großtechnische Demo-Anlage starten“, berichtet Mariakakis. Weil dort die Grenzwerte für die Abwasseraufbereitung sehr streng sind, ist der Bedarf nach effizienten Möglichkeiten, Phosphor abzuscheiden, besonders hoch. Viele der US-Kläranlagenbetreiber, die das Verfahren einsetzen werden, wollen das Struvit zudem selber verkaufen – sie sehen darin eine attraktive Einnahmequelle.
Aber auch in Deutschland und Europa könnte sich ePhos® nach Ansicht der Forscher rasch verbreiten. Denn auch hier Phosphor aus Klärschlämme abgeschieden werden und der Bedarf an günstigen Düngemitteln in der Landwirtschaft steigt weiter. „Das Verfahren ist auch für die Lebensmittelindustrie und die Brauchwasseraufbereitung geeignet“, ergänzt Mariakakis. Einzige Bedingung: Die zu reinigenden Wässer müssen reich an Phosphat sein.
Das Fraunhofer IGB sucht zurzeit nach weiteren Lizenznehmern, um die Technik nun auch auf dem europäischen Markt einzuführen. Unterdessen optimieren die Forscher das Reaktorkonzept weiter. „Wir werden ePhos® durch weitere Prozessmodule ergänzen, um künftig in Kläranlagen auch Ammonium zurückzugewinnen“, sagt Mariakakis.
(Fraunhofer Gesellschaft, 02.06.2016 – NPO)
