Die BMBF-Fördermaßnahme RePhoR

Phosphor (P) ist ein essentieller und nicht substituierbarer Baustein in allen Lebewesen und wird vor allem als Dünger für eine ertragreiche Landwirtschaft gebraucht. Die endlichen Phosphaterz-Reserven sind auf wenige, teilweise politisch instabile Regionen in der Welt begrenzt und zunehmend verunreinigt (Cadmium, Uran). Deutschland, wie auch nahezu alle Länder der Europäischen Union (EU), hat keine eigenen Rohphosphatlagerstätten und ist deshalb vollständig auf Importe angewiesen. Dies führt zu großen Risiken bei der Versorgungssicherheit und zur Anfälligkeit gegenüber Preisschwankungen. Phosphor wurde deswegen von der EU bereits im Jahr 2014 auf die Liste der kritischen Rohstoffe gesetzt, die einen Anreiz für Recyclingtätigkeiten geben soll. Eine wichtige Rolle zur Sicherung der zu­künftigen Versorgung spielt hierbei die Rückgewinnung von Phosphor aus P-reichen Abfallströmen wie Abwasser und Klärschlamm. Die Bundesregierung hat deshalb die Rückgewinnung von Phosphor im Deutschen Ressourceneffizienzprogramm (ProgRess II) als wichtigen Baustein zur Etablierung einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft verankert und mit der im Oktober 2017 in Kraft getretenen Novellierung der Klärschlammverordnung die gesetzlichen Rahmenbedingungen geschaffen. Diese Entwicklung unterstreicht den großen Bedarf an innovativen, wirtschaftlichen und nachhaltigen Lösungen zum P-Recycling.

Inhalt und Ziele

Ziel der von Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Maßnahme Regionales Phosphor-Recycling (RePhoR) ist es, durch innovative wirtschaftliche Lösungen zum regionalen P-Recycling einen Beitrag zur Umsetzung der neuen Klärschlammverordnung zu leisten. Durch die daraus resultierende verstärkte Nutzung von Sekundärphosphor aus der Kreislaufwirtschaft sollen der Verlust von Phosphor und die Abhängigkeit Deutschlands von Phosphorimporten maßgeblich verringert werden. Zu diesem Zweck werden verschiedene Technologien zur P-Rückgewinnung aus Abwasser, Klärschlamm oder Klärschlammverbrennungsasche großtechnisch umgesetzt und somit wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse und praktische Erfahrungen unter realen Bedingungen gesammelt. Für die lokal anfallenden Klärschlämme werden innovative regionale Verwertungskonzepte entwickelt.  Es werden darüber hinaus ganzheitliche Konzepte entwickelt und realisiert, die die Lücke zwischen P-Rückgewinnung und P-Recycling schließen und damit den rückgewonnenen Phosphor über die Landwirtschaft in den Nährstoffkreislauf oder als Rohstoff in die Industrie zurückführen. Sie sollen als Vorbild für andere Regionen mit vergleichbaren Bedingungen dienen.

 

Innerhalb der BMBF-Fördermaßnahme RePhoR werden innovative regionale Lösungen zum P-Recycling und zur Klärschlammverwertung unter Beachtung der veränderten rechtlichen Rahmenbedingungen entwickelt und umgesetzt. Dabei sind die folgenden Aspekte wesentlich:

 

Regionaler Ansatz
Hierbei sind insbesondere die örtlichen Gegebenheiten und Infrastrukturen der Abwasserreinigung und Klärschlammverwertung sowie möglichst kurze Transportwege für Klärschlämme, Klärschlammverbrennungsaschen und P-Rezyklate zu berücksichtigen. Es sind Betrachtungen der gesamten Wertschöpfungskette anzustreben, um den rückgewonnenen Phosphor über die Landwirtschaft in den Nährstoffkreislauf oder als Rohstoff in die Industrie zurückzuführen (gegebenenfalls unter Etablierung neuartiger Organisations- und Geschäftsmodelle). Dabei soll darauf geachtet werden, dass alle regional relevanten Akteure aus Wirtschaft, Wissenschaft, Verwaltung und Gesellschaft von Anfang an mit eingebunden werden (z. B. potentielle Nutzer der P-Rezyklate oder Genehmigungsbehörden). Für die in der Region anfallenden Klärschlämme sind neuartige Verwertungskonzepte aufzuzeigen.

 

Großtechnische P-Rückgewinnung
In den letzten Jahren wurden zahlreiche Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus unterschiedlichen Stoffströmen entwickelt. Die großtechnische Umsetzung ist jedoch bisher vor allem aufgrund wirtschaftlicher und rechtlicher Unsicherheiten nur für sehr wenige Verfahren erfolgt. Daraus ergibt sich ein hoher Bedarf an der beispielhaften Entwicklung und großtechnischen Umsetzung von Verfahren zur P-Rückgewinnung unter realen Bedingungen für verschiedene Anlagengrößen und -typen. Im Fokus stehen dabei die P-reichen Stoffströme Abwasser, Klärschlamm oder Klärschlammverbrennungsasche. Möglich ist auch die Einbindung von bestehenden Anlagen zur P-Rückgewinnung in die regionalen Konzepte. Die Erfahrungen aus großtechnischen Umsetzungen sind essentiell, um die Produktqualität der P-Rezyklate sowie Auswirkungen auf den Kläranlagenbetrieb und die Klärschlammentsorgung vernünftig beurteilen zu können.

 

Qualität der P-Rezyklate
Eine wichtige Voraussetzung für die Akzeptanz der P-Rezyklate am Markt ist der Nachweis, dass sie kontinuierlich, in ausreichender Menge und in guter Qualität erzeugt werden können. Je nach Verwendungszweck müssen dabei unterschiedliche Anforderungen erfüllt werden. Die Eigenschaften und damit die Absatzmöglichkeiten der P-Rezyklate unterscheiden sich je nach Produktart, Herstellungsverfahren und Ausgangsprodukt teilweise deutlich. Bei einer Verwendung als Düngemittel zum Beispiel ist eine gute Pflanzenverfügbarkeit bei gleichzeitiger Schadstoffarmut entscheidend. Aus diesem Grund sind Qualitätsuntersuchungen der erzeugten P-Rezyklate ein wichtiger Teil des Arbeitsprogramms der RePhoR-Projekte. Auch für die Anwendung der P-Rezyklate maßgebliche rechtliche Aspekte werden von Beginn an zu beachtet und miteinbezogen.

 

Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen und Bilanzierungen
Innerhalb der regionalen Konzepte und Umsetzungen sollen möglichst wirtschaftliche und nachhaltige Lösungen zum P-Recycling realisiert werden. Zur Abschätzung werden hierfür Wirtschaftlichkeitsanalysen und Ökobilanzierungen mit etablierten Verfahren durchgeführt. Wesentliche Aspekte sind dabei: Kosteneffizienz, Rückgewinnungspotential der Technologie, Einbindung in bestehende Verfahrenstechnik, Qualität der P-Rezyklate, Auswirkung auf die Klärschlammverwertung, Störstoffe, Betriebsmittel, Energie- und Stoffbilanzen, Emissionen, Reststoffe sowie Absatzmöglichkeiten der P-Rezyklate.

Wissenschaftliche Begleitung

Die Fördermaßnahme RePhoR wird insgesamt durch das Vernetzungsvorhaben TransPhoR -Transfervorhaben zum Regionalen Phosphor-Recycling unterstütz. Hierbei werden neben übergreifenden Aufgaben im Begleit-prozess (bspw. Vernetzung, Organisation von Veranstaltungen, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit), auch drei fachliche Rahmenbedingungen erarbeitet.

 

Das Forschungsvorhaben soll gezielt Handlungsempfehlungen geben und umsetzbare Lösungen für die Problematik der nachhaltigen, regionalen Phosphor-Rückgewinnung aufbereiten. Die einzelnen Verfahren und Umsetzungen der Verbundvorhaben werden dafür abschließend, unter verschiedenen Gesichtspunkten, auf ihre Implementierbarkeit geprüft. Bei der Durchführung der Nachhaltigkeitsanalyse spielen sowohl ökonomische und ökologische, also auch soziale Aspekte eine Rolle. Es soll verdeutlicht werden, welche Anwendungen für die jeweiligen Rahmenbedingungen vorzuziehen sind und welche Produktqualität beziehungsweise -quantität zu erwarten ist. Die Marktanalyse bezüglich der Vermarktungsmöglichkeiten resultierender Rezyklate wird, in Zusammenarbeit mit Marktteilnehmern und Verbrauchern, von den einzelnen Forschungsverbünden eigens erstellt.

Verbundprojekte

Das BMBF fördert im Rahmen von RePhoR sieben Verbundprojekte und ein Transfer- und Vernetzungsvorhaben. Jedes Verbundprojekt besteht aus mehreren Teilprojekten und Arbeitspaketen, in denen die Verbundpartner aus Wissenschaft, Wirtschaft und Praxis miteinander die Aufgaben und Zielsetzungen der Fördermaßnahme umsetzen.

Lenkungskreis

Der Lenkungskreis dient der projektübergreifenden Vernetzung zwischen den Forschungsprojekten sowie der Diskussion übergreifender Fragestellungen. Dabei werden unter anderem Querschnittsthemen definiert, an denen alle interessierten Verbundprojekte im Verlauf der Fördermaßnahme gemeinsam, z.B. in Workshops, arbeiten. Außerdem werden gemeinsame Aktivitäten zur Verwertung und praktischen Umsetzung der Projektergebnisse und zur Öffentlichkeitsarbeit geplant. Der Lenkungskreis setzt sich aus den KoordinatorInnen der Verbundprojekte, des Vernetzungsvorhabens sowie Experten z.B. aus Wirtschaft, Verbänden, Behörden und Ressorts zusammen. An den bis zu halbjährlich stattfindenden Sitzungen des Lenkungskreises nehmen auch Vertreter des BMBF und des Projektträgers teil.