Das Bild zeigt das Deckblatt des Endberichtes der Studie StraPhos – Zukunftsfähige Strategien für ein österreichisches Phosphormanagement. Zu sehen eine Österreich-Karte mit Lage der Kläranlagen größer 2000 Einwohnerwerten, sowie in kleineren Bildern eine...

© © Bildmaterial: TU Wien – Institut für Wassergüte und Ressourcenmanagement, © Zusammenstellung: Arabel Amann

StraPhos

Allgemeine Projektinformationen

Titel (deutsch)

Zukunftsfähige Strategien des Phosphormanagements für Österreich

Titel (englisch)

Sustainable strategies of phosphorus management in Austria

Projektleitung

Matthias Zessner

Forschungseinrichtung

Institut für Wassergüte, Ressourcenmanagement und Abfallwirtschaft, TU Wien

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus

Projektnummer

101293

Projektlaufzeit

-

Projektziele

Die Forderungen nach einem nachhaltigen Phosphor (P) Management werden seit Jahren dringlicher, vorangetrieben insbesondere durch die Erkenntnis, dass einerseits versorgungsseitig eine große Importabhängigkeit besteht, und andererseits die beträchtliche Ineffizienz in der Nutzung dieses essentiellen Elements aufgezeigt wurde. Die größtenteils gute Datenlage zu P in Österreich ermöglichte es, diesen Stoff und seine Stoffflüsse in hohem Detail nachzuverfolgen und ungenützte Potentiale wie beispielweise in Klärschlamm und Tiermehl auf nationaler Ebene zu quantifizieren (Egle et al., 2014; Zoboli et al., 2016a, b). Zur Ausschöpfung des P-Potentials des Abwassers wurde eine Reihe von Verfahren entwickelt, die P aus Abwasser, Klärschlamm oder Klärschlammasche rückgewinnen können. Begleitet wurden diese Entwicklungen durch Studien über die technologische, ökonomische und ökologische Bewertung dieser Verfahren, die deren Leistungsfähigkeit in Bezug auf ein effizientes P-Recycling, deren Kosten und deren technische Entwicklung aufzeigten (Egle et al., 2014). Die vorhandenen Potentiale und Möglichkeiten zur P-Rückgewinnung sind daher bekannt, gleichzeitig hat sich jedoch gezeigt, dass eine P-Rückgewinnung derzeit wirtschaftlich nicht selbsttragend ist und die rechtlichen Rahmenbedingungen, sowie Anreize für ein effizientes Recycling, erst geschaffen werden müssen. Dementsprechend wurden vom BMLFUW für den Bundes-Abfallwirtschaftsplan (BAWP) 2017 (BMLFUW, 2017) die Strategien zur zukünftigen Klärschlammbewirtschaftung und die Vorgaben für eine P-Rückgewinnung ausgearbeitet, und in Entwurf-Fassung bereits bekannt gegeben. Hiernach soll konkret die landwirtschaftliche Ausbringung von Klärschlamm von Kläranlagen >20.000 EW60 verboten und gleichzeitig eine verpflichtende P-Rückgewinnung auf jenen Kläranlagen eingeführt werden.
Erfahrungen aus Deutschland, in Hinblick auf die langwierige Diskussion um die Novellierung der Klärschlammverordnung (BMUB, 2016) zur Einführung der verpflichtenden P-Rückgewinnung, zeigen, dass vor einer Festlegung von bindenden Vorgaben nicht nur das gewünschte Zielsystem anhand einer Rückgewinnungsquote auszuarbeiten ist, sondern auch potentielle Strategien und Vorgaben auf ihre Effizienz und Anwendbarkeit zu untersuchen sind. Um daher ein optimales P-Recycling mit geeigneten rechtlichen Instrumenten zu fördern, ist es von essentieller Bedeutung, die regionalen und nationalen Auswirkungen verschiedener Strategien der P-Rückgewinnung zu kennen. Daher sind diese Grundlagen zu erheben, um die Schaffung von rechtliche Vorgaben, die weder zu weich noch zu ambitioniert ausfallen und allenfalls auch nicht im gänzlichen Widerspruch zu anderen Zielen der Abwasser- und Abfallwirtschaft (wie z.B. der Energieoptimierung, der Verringerung des Treibhausgaspotentials) stehen, zu garantieren.
Dies ist auch aufgrund der Tatsache entscheidend, dass sich mit der Bandbreite an existierenden Technologien grundsätzlich zwei verschiedene Ansätze zur P-Rückgewinnung verfolgen lassen, die sich vor allem in ihrer Bedeutung für die Erarbeitung von regionalen Konzepten und den notwendigen Strukturen, die geschaffen werden müssten, stark voneinander unterscheiden. Dies sind:
a) Dezentrale Konzepte, die direkt auf den Kläranlagen den P rückgewinnen und gleichzeitig im Idealfall bereits vermarktungsfähige Produkte erzeugen. Diese Option soll laut dem derzeitigen Entwurf des BAWP 2017 für Kläranlagen zwischen 20.000 und 50.000 EW60, bei Einhaltung eines Restphosphatgehalts nach der Rückgewinnung von <20 g/kg TM, erlaubt sein.
b) Zentrale Konzepte, die über die einzelnen Kläranlageneinheiten hinausgehend in großen Einheiten von Monoverbrennungsanlagen den Klärschlamm aus umliegenden Regionen annehmen und anschließend eine Klärschlammasche für die weitere großindustrielle Verarbeitung zur Verfügung stellen. Diese Konzepte sollen laut dem Entwurf des BAWP 2017 für Kläranlagen >50.000 EW60 verpflichtend sein.
Das P-Rückgewinnungspotential bezogen auf den gesamt abwasserseitig anfallenden P liegt dabei bei den dezentralen Konzepten im Bereich von 45–70%, während mit der zentralen Verarbeitung höhere Raten von 60–85% erreicht werden könnten (Egle et al., 2014). Dezentrale Rückgewinnung auf Kläranlagen zeichnet sich darüber hinaus meist durch einen höheren Ressourcen-, aber geringeren Transportbedarf aus, da die Nährstoffprodukte regional verkauft werden können. Für die zentrale Rückgewinnung wären hingegen neue Verbrennungskapazitäten zu schaffen, deren Standorte im Idealfall an strategisch günstigen Punkten liegen sollten, und es ist davon auszugehen, dass der Transportaufwand für Klärschlamm steigen würde.
Forschungsbedarf wird daher vor allem in der Erarbeitung von Trade-Offs zwischen Kosten, Umweltauswirkungen und der Rückgewinnungsrate des P aus Klärschlamm unter Einbeziehung der lokal in Österreich vorliegenden Strukturen gesehen. Daraus kann die an lokale Rahmenbedingungen angepasste Entwicklung von gesetzlichen Vorgaben für die Schließung der nationalen und regionalen Nährstoffkreisläufe gefördert werden. In wissenschaftlich begründeten Vorgaben und der öffentlichen Darstellung dieser Ergebnisse, wird zudem die Möglichkeit zur Erhöhung der Akzeptanz von zukünftigen Gesetzesanpassungen gesehen.

Projektziele
Aus diesem Forschungsbedarf wurden für dieses Projekt folgende Ziele abgeleitet:
• Bewertung der ökonomischen und ökologischen Effizienz von Szenarien der Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm unter Einbeziehung der regionalen Strukturen des Klärschlammaufkommens, durch Darstellung von volkswirtschaftlichen Kosten und Investitionskosten, der zu schaffenden Strukturen, sowie von Umweltauswirkungen (Erhöhung des Treibhausgaspotentials, der Schwermetallbelastung der Landwirtschaft, …)
• Darstellung möglicher Folgen und Widersprüche von gesetzlichen Vorgaben für die Erreichung der Ziele für P-Recycling und allenfalls für andere Bereiche der Abwasser- und Abfallwirtschaft
• Ableitung von geeigneten Ansätzen für die Festlegung von Steuerungselementen für ein optimiertes Phosphormanagement in Österreich

Berichte

Abschlussbericht

Die Forderungen nach einem nachhaltigen Phosphor (P) Management – insbesondere durch die verbesserte Nutzung von P in Abwasser – werden seit Jahren dringlicher. Zur Ausschöpfung des P-Potentials des Abwassers wurde eine Reihe von Verfahren entwickelt, die P aus Abwasser, Klärschlamm oder Klärschlammasche rückgewinnen können. Die vorhandenen Potentiale und Möglichkeiten zur P-Rückgewinnung sind bekannt, gleichzeitig hat sich jedoch gezeigt, dass eine P-Rückgewinnung derzeit wirtschaftlich – vor allem aufgrund fehlender Monoverbrennungsinfrastrukturen – nicht selbsttragend ist und die rechtlichen Rahmenbedingungen, sowie Anreize für ein effizientes Recycling, erst geschaffen werden müssen. Ziel dieser Studie war daher vor allem die Erarbeitung von Trade-Offs zwischen Kosten, Umweltauswirkungen und der Rückgewinnungsrate des P aus Klärschlamm unter Einbeziehung der lokal in Österreich vorliegenden Strukturen. Daraus kann die an lokale Rahmenbedingungen angepasste Entwicklung von gesetzlichen Vorgaben für die Schließung der nationalen und regionalen Nährstoffkreisläufe unterstützt werden. Berücksichtigt man aktuelle P-Rückgewinnungsraten unterschiedlicher Verfahren erscheint eine Rückgewinnung von 80 % des im Klärschlamm enthaltenen Phosphors über Verfahren aus der Asche einer (Mono-) Verbrennung als realistisch, wenn alle Kläranlagen ≥ 2.000 EWAusbau in ein entsprechendes Konzept eingebunden werden würden. Bei einer Einbeziehung aller Kläranlagen ≥ 100.000 EWAusbau reduziert sich dieses Potential auf etwa 50 %. Verfahren, die eine Rückgewinnung auf der Kläranlage anstreben, fallen in Hinblick auf das Ausmaß der Rückgewinnung gegenüber den Ascheverfahren deutlich ab. Organische Spurenstoffe werden bei einer Klärschlammverbrennung weitgehend zerstört, Rückgewinnungsprodukte aus der Asche, aber auch aus Abwasser, sind nur sehr gering belastet. Die Ausschleusung von Schwermetallen in letzte Senken hängt stark vom gewählten Rückgewinnungsverfahren ab. Im ungünstigsten Falle einer direkten Einbringung von Klärschlammasche in die Düngemittelaufbereitung ohne Abreicherungsschritt, kann die Belastung landwirtschaftlicher Böden durch eine erhöhte P-Rückführung gegenüber dem aktuellen Stand deutlich zunehmen. Bei den mittleren Kosten für die Umsetzung einer Strategie zur P-Rückgewinnung im Kontext der Abwasserentsorgung, kann im günstigsten Fall eine Senkung volkswirtschaftlicher Jahreskosten von bis zu etwa 1 €/(E · a) bzw. 2 €/kg Prückgewonnen erreicht werden. Dies bei derzeitigen Kosten der Abwasserentsorgung von rund 50 €/(E · a) und einem Dünger-P-Preis von rund 2 €/kg P. Im ungünstigen Fall kommt es zu volkswirtschaftlichen Zusatzkosten von bis zu 5,5 €/(E · a) bzw. 12 €/kg Prückgewonnen. Die Implementierung einer P-Rückgewinnungsstrategie in Österreich hat außerdem das Potential die Treibhausemissionen aus dem Bereich der Abwasserreinigung geringfügig zu senken. Der kumulierte Energieaufwand des Systems Abwasserreinigung kann im Falle der Implementierung einer Rückgewinnungsstrategie hingegen steigen oder sinken. Der Klärschlamm- und Betriebsmitteltransport im System ist mit 0,1 % der österreichischen Gütertransportleistung vergleichsweise unbedeutend. Das Transportaufkommen bei Umsetzung einer P-Rückgewinnungsstrategie in Österreich kann aber stark durch die Wahl des Verbrennungskonzeptes (Bestand oder Ausbau) beeinflusst werden, wobei die mögliche Zunahme der Transportleistung um maximal 50 % auf das Gesamt-Treibhauspotential und den Energiebedarf des Systems nur einen geringen Einfluss hat. Die Phosphorrückgewinnung aus der Asche weist von den betrachteten Konzepten das höchste Potential in Hinblick auf eine Nutzung des Phosphors aus dem Abwasser in Österreich aus und sollte damit die Basis eines P-Rückgewinnungskonzeptes in Österreich sein. Die Ansprüche an die Rückgewinnungsverfahren auf den Kläranlagen sollten in Hinblick auf eine möglichst hohe P-Rückgewinnung und -Nutzung hoch gehalten werden. Eine Abreicherung von Schwermetallen aus der Klärschlammasche wird empfohlen. Wesentliche Faktoren zur Kostendämpfung sind die Wahl des Rückgewinnungsverfahrens, Erlöse aus den Produkten der Rückgewinnung und die Nutzung der bestehenden Verbrennungsinfrastruktur. Einen Trade-off gibt es in Hinblick auf die Umweltkosten und Kosten bei der Verbrennungsstrategie. Während eine Strategie mit möglichst weitgehender Nutzung der bestehenden Verbrennungsinfrastruktur zu einer Kostensenkung führt, steigt diese Strategie in Hinblick auf die Umweltkosten vor allem durch ein zunehmendes Transportaufkommen schlechter aus. Eine Kombination aus der Nutzung bestehender Verbrennungsinfrastruktur im Osten Österreichs und dem Aufbau zusätzlicher regionaler Verbrennungsinfrastruktur in Oberösterreich und westlich davon schafft in Hinblick auf beide Kriterien einen Ausgleich.

Anhänge

Dateiname

Endbericht_StraPhos_Barrierefrei.pdf

Beschreibung

StraPhos – Zukunftsfähige Strategien für ein österreichisches Phosphormanagement, Endbericht

Author/innen

Arabel Amann, Maximilian Damm, Sandra Peer, Helmut Rechberger, Nikolaus Weber, Matthias Zessner, Ottavia Zoboli