Ein knapper Rohstoff - oder im Überfluss vorhanden?

07.04.2015

Deutschland muss Phosphor importieren oder recyceln

Das Element Phosphor wurde im Jahre 1669 vom Apotheker und Alchemisten Henning Brand bei der Suche nach dem Stein der Weisen entdeckt. Er hatte es aus menschlichem Urin gewonnen. Phosphor ist ein wichtiger und unentbehrlicher Baustein im pflanzlichen und tierischen Stoffwechsel. Da der Stoff dabei durch kein anderes Element substituierbar ist, ist die Landwirtschaft darauf angewiesen, dass er auch künftig in ausreichenden Mengen zur Verfügung steht.

Seit sich in Europa die Schwemmkanalisation durchgesetzt hat, wandert der Phosphor als Phosphat ins Abwasser und wird in der Kläranlage mit dem Klärschlamm wieder aus dem Wasser entfernt. Früher wurde dieser Klärschlamm auf die Äcker verbracht und dadurch der Phosphor-Kreislauf wieder geschlossen. Da sich in den Klärschlämmen neben den als Dünger nützlichen Phosphaten auch allerlei Schwermetalle befinden, die man nicht in Nahrungsmitteln finden will, werden die Klärschlämme heute getrocknet und dann verbrannt. Der Phosphorkreislauf wird dadurch unterbrochen. Auch die Nutzung der bei der Roheisenherstellung anfallenden Schlacke ist nicht mehr erlaubt, denn das daraus gewonnene phosphatreiche Thomasmehl darf wegen des Gehalts an giftigen Chrom nicht mehr als Dünger genutzt werden.

Guano, der Luxusdünger aus der Südsee

Lange Zeit gewann man Phosphate aus den Kot-Ansammlungen von Meeresvögel. Die bekanntesten Vorkommen dieser Art fanden sich als Guano auf den Südseeinseln Nauru und Kiribati und in Chile. Auf Nauru konnte man sehr alten Guano abbauen, der dort in Schichten von bis zu 30 Metern lagerte. Wie wertvoll der Guano war, zeigte sich zwischen 1960 und 1980, als die kleine Republik im Pazifik über das weltweit höchste Pro-Kopf-Einkommen verfügte. Heute sind die Vorräte jedoch weitgehend erschöpft - und da der milliardenschwere Fonds für die Zeit nach dem Phosphatabbau offensichtlich verspekuliert oder direkt veruntreut wurde, ist Nauru heute eine Mondlandschaft und eines der ärmsten Länder der Welt.

Guano ist als Dünger inzwischen ein reines Luxus-Nischenprodukt geworden. Das Phosphat, das in der Landwirtschaft benötigt wird, stammt aus Erzen, die in Nordafrika, den USA, Russland, China, Australien, Jordanien oder Brasilien abgebaut werden. Die Gesamtmenge der geförderten Rohphosphate betrug 2010 etwa 180 Millionen Tonnen. Diese abgebauten Erze enthalten jedoch neben beachtliche Mengen an verunreinigtem Fluoroapatit auch die Giftstoffe Cadmium und Uran, die inzwischen vor der Verarbeitung zu Düngemitteln abgetrennt werden. Bis zum Verbot wurden mit dem Dünger allein auf deutschen Äckern etwa 140 000 Tonnen Uran ausgebracht.

Alternativen zur Nutzung alter Phosphatvorkommen

Als Ende des 20. Jahrhunderts in zahlreichen Reportagen vom absehbaren Ende des Guanoabbaus auf den Pazifikinseln berichtet wurde und als gleichzeitig der Druck zum Verbot des Klärschlamm-Ausbringens auf den Äckern zunahm, begannen Überlegungen, wie sich Phosphat auf andere Weisen gewinnen lassen könnte.

Zu den einerseits ein wenig utopischen, andererseits jedoch auch ganz bodenständigen Ansätzen zählte das auf der Wasser Berlin 2000 von der Bürgerinitiative AK Wasser vorgestellte Modell der Rückgewinnung von Phosphat und anderen Rohstoffen aus der häuslichen Kloake - unter Verzicht auf eine Schwemmkanalisation, welche die Rohstoffe verdünnte.

Phosphatvorräte doch nicht so knapp?

Inzwischen hat sich in Europa gezeigt, dass das in den Böden vorhandene Phospat weniger umfangreich ausgewaschen wird als früher befürchtet und dass eine weitere Düngung mit Phosphat nicht die Ertragssteigerung bringt, die man sich früher davon erwartete. Deshalb schätzt man die Verfügbarkeit von Phosphat vor dem Hintergrund der bekannten technisch abbaubaren Lagerstätten auf über hundert Jahre. Die Bundesregierung ging 2012 sogar von einer statistischen Reichweite von 385 Jahren aus.

Phosphatmine in Utah. Foto: Jason Parker-Burlingham. Lizenz: CC BY 2.0.

Diese Fristverlängerung geht nicht zuletzt auf eine Neubewertung der Vorräte in Nordafrika und dem Irak zurück. Mit der Neubewertung der Vorräte wurde der wirtschaftliche Druck, Phosphat aus Klärschlämmen oder Schlachthausabfällen zurückzugewinnen, deutlich reduziert und die entwickelten Recyclingverfahren für Phosphate mussten hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit neu bewertet werden: Wiedergewonnenes Phosphat ist mit den derzeit verfügbaren Recyclinganlagen aktuell nicht wettbewerbsfähig.

Trotzdem sucht man weiter nach Lösungen, die eine kostengünstige Produktion erlauben. Seit dem Jahre 2000 wurde über einhundert Projektskizzen für ein Phosphorrecycling aus kommunalen und industriellen Abwässern erstellt und etwa zwanzig Versuchs- und Demonstrationsanlagen erstellt.

Aus Klärschlamm wird hochwertiger Dünger

Zu den bekanntesten realisierten Pilotanlagen in Deutschland zählt die 2011 in Betrieb genommene Anlage im Klärwerk des Abwasserzweckverbandes Raum Offenburg. Diese Pilotanlage arbeitet mit einem ab 2002 entwickelten Verfahren zur Phosphat-Rückgewinnung aus ausgefaultem Nassschlamm oder entwässertem Faulschlamm in der Form von gut pflanzenverfügbarem Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP). Das so genannte Offenburger Verfahren nutzt einen Teilstrom von 5-10 % des Schlamms der Kläranlage.

Das Endprodukt ist ein relativ reines MAP mit Schwermetallbelastungen, die gerade in Bezug auf Cadmium deutlich geringer sein sollen als in konventionellen Mineraldüngern. Damit bietet es eine höhere Produktqualität. Man sieht sich deshalb in Offenburg nach drei Jahren Laufzeit auf einem erfolgreichen Weg und will die schon jetzt mit relativ geringem Energieeinsatz arbeitende Anlage weiter optimieren, um letztlich ein wettbewerbsfähiges Endprodukt herzustellen.

Während man in Offenburg mit Zitronensäure, Schwefelsäure und Magnesiumoxid arbeitet, will das von der (zum Lebensmittelkonzern Oetker gehörigen) Chemischen Fabrik Budenheim entwickelte Verfahren Kohlenstoffdioxid nutzen. Budenheim will unter erhöhtem Druck Kohlenstoffdioxid (umgangssprachlich: Kohlendioxid) in das Klärschlamm-Wasser-Gemisch leiten. Die Kohlenstoffsäure (H2CO3), die sich dabei bildet, soll dafür sorgen, dass sich das im Klärschlamm enthaltene Phosphat herauslöst und anschließend in Form von Kristallen leichter wiedergewonnen werden kann.

Das im Labormaßstab realisierte Verfahren soll jetzt in einer Pilotanlage an der Kläranlage Mainz-Mombach umgesetzt werden werden, um mehr Informationen über die Wirtschaftlichkeit und die ökologischen und ökonomischen Auswirkungen des Verfahrens zu erhalten. Ein anderes Nassrückgewinnungsverfahren, das vom Kompetenzzentrum für Materialfeuchte (CMM) am KIT in Karlsruhe koordiniert wurde, probierte man zwischen 2011 und 2013 in der Kläranlage der bayerischen Stadt Neuburg aus.

Ob solche Experimente auch nach Inkrafttreten der Freihandelsvereinbarungen CETA, TTIP und TISA möglich wären, ist fraglich: Die internationalen Verträge sollen nämlich alles unterbinden, was als wirtschaftliches Engagement von Kommunen ausgelegt werden kann.

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