Phosphat aus Industrieabfällen

Forscher der TU Bergakademie Freiberg haben ein neues Verfahren entwickelt, um aus Sekundärrohstoffen Phosphat zu gewinnen. Als Rohstoffquellen kommen phosphorhaltige Industrieabfälle, Aschen aus Tier- und Knochenmehl und perspektivisch auch Klärschlammaschen zum Einsatz. Nun soll das Verfahren in einer Demonstrationsanlage zur Marktreife gebracht werden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und das Sächsische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) fördern die Entwicklung mit insgesamt 1,26 Millionen Euro.

„Bislang wurden diverse Recyclingverfahren entwickelt, um Klärschlamm oder Klärschlammasche als sekundäre Phosphatquelle zu nutzen“, erklärt Peter Fröhlich vom Institut für Technische Chemie an der TU Bergakademie Freiberg. Doch diese Verfahren seien bislang nur in wenigen Fällen großtechnisch umgesetzt und wirtschaftlich verbesserungsfähig. „Durch Verbrennung von kommunalem Klärschlamm entsteht eine Asche, die zwischen 10 bis 20 Prozent Phosphat enthält. Neben dem schwankendem Phosphatgehalt ist die Asche mit Schwermetallen belastet.“

Das mache die Phosphatabtrennung unter diesen Bedingungen sehr aufwändig, sagt Fröhlich. Zudem bleibe ein hoher Anteil an nicht verwertbaren Rückständen, die derzeit deponiert werden müssen. Somit stünden Aufwand und Ertrag bei den derzeit entwickelten Verfahren in keinem wirtschaftlichen Verhältnis.

Kalk als Nebenprodukt

Durch das neu entwickelte Verfahren kann nicht nur Tiermehlasche und phosphathaltige Industrieabfälle, sondern perspektivisch auch Klärschlammasche aufbereitet werden. „Knochen bestehen zu einem Großteil aus Phosphat von hoher Qualität“, erklärt Fröhlich. „Deswegen arbeiten wir in der Demonstrationsanlage mit diesem Rohstoff. Verbrannte Knochen aus Schlachtabfällen, die sogenannte Knochenmehlasche, können wir mit unserem Verfahren dahingehend verarbeiten, dass eine hochwertige Phosphorsäure entsteht.“

Als Nebenprodukt fällt Fröhlich zufolge Kalk an, der vielseitig in der Chemie- und Baustoffindustrie Verwendung findet und zudem erneut in der Abwasserreinigung zur Entfernung von Phosphat eingesetzt werden kann. Ansonsten blieben faktisch kaum weitere Rückstände übrig. „Damit schließen wir einen echten Kreislauf“, betont der Wissenschaftler.

Phosphat wird chemisch herausgelöst

Das Phosphat wird unter Zugabe eines Laugungsmittels aus der Asche chemisch herausgelöst. Die unlöslichen Bestandteile werden abfiltriert und unverbrauchtes Laugungsmittel wird durch eine ausgeklügelte Verfahrenskombination zurückgewonnen. Im nächsten Prozessschritt fällt Kalk aus und wird von der Phosphorsäure abgetrennt.

Mit diesem Verfahren könnten kostengünstig auch Produktionsrückstände der Lebensmittel- und Pharmaindustrie zu Phosphorsäure verarbeitet werden, sagt Fröhlich. Sogar Leuchtstoffe aus gebrauchten Neonröhren seien schon erfolgreich zu Phosphorsäure verarbeitet worden. Die so gewonnene hochwertige Phosphorsäure sei eine Universalchemikalie, die vielfältig und in großen Tonnagen in der chemischen Industrie benötigt wird.

„In unserer Laborversuchsanlage haben wir bislang rund ein Kilogramm Knochenmehlasche täglich verarbeiten können“, erläutert Professor Martin Bertau, Direktor des Instituts für Technische Chemie an der TU Bergakademie Freiberg, der die Forschung an diesem Verfahren seit sechs Jahren begleitet. „Mit der nun entstehenden Referenzanlage werden wir in der Lage sein, bis zu einer Tagestonne an Einsatzstoff zu verarbeiten. Damit wollen wir das Verfahren soweit optimieren, dass es marktfähig und industriell einsetzbar ist.“

Der Bau der Demonstrationsanlage wird aus dem Förderprogramm „EXIST-Forschungstransfer“, das Bestandteil der Hightech-Strategie des BMWi ist, mit Fördermitteln in Höhe von 1.017.924,48 Euro über eine Laufzeit von zwei Jahren gefördert. Das Ziel dieser Förderung ist die Unterstützung des Gründungsvorhabens aufgrund der langen Entwicklungszeit aus der Hochschule heraus. Der Europäische Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) fördert über das Sächsische Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst eine komplexe Filtertechnologie als wissenschaftliche Infrastruktur innerhalb des Vorhabens mit zusätzlich insgesamt 0,26 Millionen Euro.