Regenerative Kohle aus Klärschlamm

Mit der weltweit ersten großtechnischen HTC-Anlage mit diesem TerraNova® Ultra Verfahren werden im chinesischen Jining seit 2016 jährlich 14.000 Tonnen Klärschlamm der Weiterverwertung zugeführt. Damit können etwa eine halbe Million Einwohner versorgt werden. Mit dem geplanten Ausbau der Anlage soll die Kapazität auf 40.000 Tonnen pro Jahr erhöht werden. 

Klärschlamm – ein Abfallprodukt mit hohen Entsorgungsanforderungen

Bei der Aufbereitung von Abwasser entsteht als Reststoff Klärschlamm. Dieser enthält hohe Anteile an Phosphor- und Stickstoffverbindungen, die auf landwirtschaftlich genutzten Böden oder bei Maßnahmen des Landschaftsbaus als Dünger weitergenutzt werden können. Aus dem Abwasser gelangen allerdings auch Schwermetalle oder organische Verbindungen, wie Rückstände von Pestiziden oder Medikamenten, in den Klärschlamm. Daher ist der Einsatz von Klärschlämmen auf landwirtschaftlich genutzten Böden in Deutschland durch gesetzliche Umweltauflagen (Klärschlammverordnung, Düngemittelverordnung) geregelt. Diese schützen vor zu hohen Schadstoffbelastungen bei der Ausbringung von Klärschlämmen, etwa durch Beschränkungen, Grenzwerte und Nachweispflichten.

Alternativ kann die Entsorgung von Klärschlamm als Sekundärbrennstoff in thermischen Kraftwerken geschehen. Dabei können die wertvollen Phosphor- und Stickstoffanteile jedoch nicht weitergenutzt werden. Darüber hinaus ist die thermische Entsorgung aufgrund langer Transportwege oftmals sehr teuer. Ein Grund dafür ist der üblicherweise sehr hohe Wasseranteil von etwa 75 Prozent im Klärschlamm. Eine Verringerung des Wasseranteils senkt die zu transportierende Masse und damit die Transportkosten.

Für die Kommunen ist die Klärschlammentsorgung bzw. -verwertung daher eine ökologische und ökonomische Herausforderung. In Deutschland werden etwa zwei Drittel des anfallenden Klärschlamms thermisch entsorgt und nur etwa ein Drittel einer weiteren landwirtschaftlichen Nutzung zugeführt.

Eine Lösung, die drei Fliegen mit einer Klappe schlägt

Umweltschonend

Durch die Anwendung des TerraNova® Ultra Verfahrens werden die im Klärschlamm enthaltenen organischen Schadstoffe reduziert. Dies wird unter anderem durch die hohen Temperaturen von rund 200 °C und einem Druck von mehr als 20 bar erreicht. Organische Schadstoffe werden damit größtenteils chemisch zerstört und Pathogene, wie etwa multiresistente Keime, abgetötet. Die anorganischen Schadstoffe, wie Schwermetalle, werden dagegen in der Kohle aufkonzentriert. Die so entstandene Kohle hat einen ähnlichen Heizwert wie Braunkohle und kann daher direkt als CO₂-neutraler Brennstoff in thermischen Kraftwerken oder zur Deckung des Energiebedarfs von Zementwerken und Müllverbrennungsanlagen verwertet werden. Die restlichen Schadstoffe bleiben mit der Asche zurück und können sicher entsorgt werden.

Das bei der Entwässerung entstehende Filtrat enthält wiederrum die aus dem Klärschlamm gelösten Phosphatverbindungen und kann durch Zugabe von natürlichen Mineralstoffen zu einem Phosphordünger aufbereitet werden. Dieser steht dann als wertvolles Düngemittel für landwirtschaftlich genutzte Böden zur Verfügung. Zusätzlich kann das Filtrat zur Erzeugung von Faulgas genutzt werden, welches idealerweise in der Anlage selbst zur Deckung des Eigenenergiebedarfs verwertet werden kann.

Wirtschaftlich

Die Verwertungskosten liegen unterhalb der Kosten für die konventionelle Entsorgung in thermischen Kraftwerken. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ergibt sich dabei durch die deutlich reduzierte Entsorgungsmenge und dem damit einhergehenden geringeren Logistikaufwand. Die Verwertung der zurückgewonnenen Nährstoffe erhöht darüber hinaus die Wirtschaftlichkeit der gesamten Verwertungskette weiter.

Energieeffizient

Bei der direkten Verbrennung von Klärschlamm, wie es bei der konventionellen Entsorgung durchgeführt wird, bedarf es großer Energiemengen, um zunächst das im Schlamm enthaltene Wasser zu verdampfen. Dies führt dazu, dass etwa die gleiche Energiemenge zur Verbrennung aufgebracht werden muss, wie im Klärschlamm überhaupt freigesetzt werden kann. Die mechanische Entwässerung auf bis zu 65 Prozent Trockenmasseanteil ist energetisch wesentlich effizienter. Die entstandene Kohle kann daraufhin je nach Bedarf weiter getrocknet oder direkt effizient verbrannt werden. Bei einer anschließenden Trocknung auf 90 Prozent Trockenmasseanteil ergibt sich am Ende eine positive Energiebilanz der gesamten Verwertungskette mit ca. 425 kWh pro Tonne Klärschlamm.

Durch diese Merkmale wird aus einem Abfallprodukt, dass sich konventionell nur schwer sicher verwerten lässt, ein CO₂-neutraler Brennstoff, dessen Nutzung Entsorgungskosten vermeidet und Energie bereitstellt.