Inventio phosphori Phosphorgewinnung damals und heute

Wie alles begann

„Wieder zuckte es verräterisch über Leibnizens Antlitz und er gab sich anscheinend redlich Mühe, einen halbwegs seriösen Weg der Berichterstattung zu finden. Es begann also […] der wahre Entdecker des Phosphors, Herr Brand aus Hamburg […] (als dieser) in bittere Armut geriet, warf er sich aus Verzweiflung auf die Alchemie, gleichsam als letzten Ausweg […] (da) der Mensch, das edelste aller Geschöpfe sei, die Folgerung, es könne das edelste Metall (Gold), wenn irgendwoher nur aus dem menschlichen Körper erzeugt werden […] verfiel er darauf […] die Ausscheidungen des Menschen einzudampfen.“

Wir schreiben das Jahr 1677. Der Philosoph und Geheimrat Leibniz ist Berater des Herzogs von Braunschweig-Lüneburg. Phosphor – in Form von Brandbomben – gilt als die neue militärische Wunderwaffe. Es ist höchste Geheimhaltung geboten. Henning Brand hatte im Jahr 1669 durch das Eindampfen von Urin bis zur Trocknung Phosphor entdeckt. Der Herzog und Militärs stehen nun vor der logistischen Herausforderung große Mengen an Urin zu beschaffen. Als man die Lösung des Versorgungsengpasses bespricht, wenden sich die einen verlegen ab, während die anderen ein Grinsen kaum unterdrücken können: Soldaten werden dazu angehalten in Fässer zu urinieren, welche man des Nächtens in versteckte Destillerien transportiert, wo der Urin eingedampft wird. Die Beteiligten werden zur Verschwiegenheit verpflichtet.

Heute: Mitteleuropa federführend bei Phosphorrecycling

Nach heutigem Wissensstand reichen die Weltvorräte an Phosphor noch für 50 bis 100 Jahre. Wo aber findet sich Phosphor? Die Lagerstätten liegen in China, Marokko, in den USA und auch in Europa – hier allerdings im Klärschlamm. Früher wurde dieser als Dünger auf die Felder ausgebracht. Da sich im Klärschlamm aber auch schädliche Substanzen wie zum Beispiel Schwermetalle finden, wurde dies verboten. Seit ungefähr zehn Jahren wird Klärschlamm daher verbrannt und die Asche deponiert. Damit auch der lebensnotwendige Phosphor. Die Wissenschaft sucht deswegen nach Möglichkeiten diesen Phosphor rückzugewinnen. Der Schwerpunkt der Forschung liegt in der Aufbereitung der Asche aus der Klärschlamm-Verbrennung.

Möglichkeiten

Die Schweiz importiert jährlich an die 5500 Tonnen phosphorhältigen Mineraldünger. Genau diese Menge Phosphor steckt jedoch auch im Schweizer Klärschlamm. Der Kanton Zürich plant aus diesem Grund eine Anlage zur Rückgewinnung von Phosphor. Diese soll 2015 in Betrieb gehen. Momentan arbeitet man noch an der Entwicklung eines eigenen Verfahrens.

In Deutschland hat das KIT (Karlsruher Institut für Technologie) das sogenannte „P-RoC Verfahren“ entwickelt. Im Unterschied zu den anderen Technologien wird dabei der Phosphor noch vor der Verbrennung, also aus dem flüssigen Klärschlamm, rückgewonnen. Eine Pilotanlage steht in Neuburg/Donau.

In Österreich wurde Ende Oktober erstmals Dünger aus recyceltem Phosphor nach Ungarn verkauft. Die Anlage für das Recycling steht in Leoben und arbeitet nach dem „Ash-Dec-Verfahren“.

Das ASH-DEC-Verfahren (Fa. Outec)

„Asche, der Rohstoff für das Verfahren, ist der mineralische Rückstand aus der Verbrennung von phosphatreichen Abfällen wie Klärschlamm, Tiermehl, Knochenmehl, Stall- und Ernteabfällen und Gärrückständen aus Biogasanlagen. Der Rohstoff Asche enthält keine organischen Substanzen (TOC<0,5%) als Folge des Verbrennungs- und des zusätzlichen Glühprozesses. Organische Schadstoffe, die möglicherweise in den ursprünglichen, organischen Rohstoffen vor der Verbrennung vorhanden waren, werden im Verbrennungsprozess vollständig zerstört. Das Verfahren basiert auf der Grundlage, dass Elemente und Verbindungen in festem, flüssigem und gasförmigem Zustand auftreten können, abhängig von den Elementen in der Verbindung und den Umgebungsbedingungen. So gehen die meisten Metalle, wenn sie Verbindungen mit Chloriden gebildet haben, bei niedrigeren Temperaturen vom festen in den gasförmigen Zustand über als in elementarer Form oder in Oxid-Verbindungen, wie sie in der Asche vorherrschen. Im thermochemischen Prozess zerfallen als Feststoff aufgegebene Salze im Temperaturbereich von 850-1.100°C in ihre Elementarsubstanzen und bilden u.a. mit den toxisch wirkenden Blei-, Cadmium-, Kupfer- und Zinkverbindungen der Asche gasförmige Chloridverbindungen, die auf diese Weise das Stoffgemenge verlassen. Nach der Kühlung kondensieren die Schwermetallchloride und werden als Feststoff in einem Gewebefilter aufgefangen und ausgeschleust. Gleichzeitig gehen die im Feststoff verbleibenden Teilchen der Salze Bindungen mit den Phosphaten und anderen Matrixelementen ein und bewirken, dass die Nährstoffe von den Pflanzen gut aufgenommen werden können.

Das Produkt erfüllt alle Vorgaben der Düngemittelverordnung. Die Konzentration an toxischen Schadstoffen liegt insbesondere bei Cadmium und Uran um 1-2 Größenordnungen unter der Konzentration von handelsüblichen Phosphatdüngern aus Rohphosphat.“

Quelle: Das ASH-DEC-Verfahren von Fa. Outec

Bildquelle: Shutterstock

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