Eine neue IIASA-Studie untersuchte mit Schwerpunkt auf Schweden die Machbarkeit der Rückgewinnung von Phosphor aus kommunalem Abwasser als alternative, nachhaltige Quelle dieses nicht erneuerbaren Minerals.
Phosphor ist ein lebenswichtiges Mineral, das in vielen alltäglichen Lebensmitteln vorkommt und für die menschliche Gesundheit von entscheidender Bedeutung ist. Es ist auch ein wichtiger Nährstoff für Pflanzen und daher ein wichtiger Bestandteil bei der Herstellung von Düngemitteln. Phosphor wird hauptsächlich durch den Abbau und die Verarbeitung von Phosphatgestein gewonnen und ist eine endliche, nicht erneuerbare Ressource. Wissenschaftler prognostizieren, dass seine ungleichmäßige Verteilung auf der Welt sowie die wachsende globale Nachfrage nach Nahrungsmitteln in naher Zukunft zu höheren Düngemittelpreisen führen könnten. Dies unterstreicht die dringende Notwendigkeit, die Effizienz seiner Nutzung zu verbessern.
Frühere Studien zeigen, dass die Rückgewinnung von Phosphor aus kommunalem Abwasser eine alternative, nachhaltige Quelle für dieses Mineral darstellen kann, da fast 98 % des von Menschen in städtischen Gebieten aufgenommenen Phosphors im Klärschlamm landet. Derzeit ist die gängigste Methode zur Klärschlammbewirtschaftung in Europa die Ausbringung auf Böden.
Diese Praxis, bei der behandelter Klärschlamm auf dem Land ausgebracht wird, um die Bodeneigenschaften zu verbessern und Nährstoffe für Nutzpflanzen bereitzustellen, wird zunehmend umstritten. Schlamm enthält oft sowohl wertvolle Ressourcen als auch schädliche Substanzen, sodass durch die Ausbringung von Schlamm auf dem Land sowohl Phosphor als auch potenziell gefährliche Schadstoffe in den Boden gelangen können. Effektive Rückgewinnungsmethoden könnten dazu beitragen, die Umweltauswirkungen zu minimieren und gesündere Wassersysteme und Artenvielfalt zu fördern.
In ihrer Studie untersuchten die ehemalige Teilnehmerin des IIASA Young Scientists Summer Program (YSSP), Marzieh Bagheri, und Kollegen vom IIASA verschiedene Technologien zur Phosphorrückgewinnung, ihre Kosten und Treibhausgasemissionen, um wirtschaftlich tragfähige Strategien zur Phosphorrückgewinnung aus kommunalem Abwasser zu ermitteln.
Die Studie untersucht verschiedene Szenarien, darunter Phosphorrückgewinnungstechnologien in einzelnen Anlagen und Zentren sowie verschiedene Schlammmanagementstrategien, darunter Bodenausbringung, Verbrennung und Hydrokohleproduktion unter den aktuellen Marktbedingungen. Schweden wurde als Fallstudie ausgewählt, vor allem aufgrund seiner Abhängigkeit von der Bodenausbringung von Klärschlamm und möglicher Gesetzesänderungen zugunsten von Extraktionsmethoden.
Die Forschung ist veröffentlicht im Journal Nachhaltige Produktion und Konsum.
„Unsere Studie untersucht die wirtschaftliche Rentabilität der Phosphorrückgewinnung in schwedischen kommunalen Kläranlagen und identifiziert die potenziellen Herausforderungen, die im Rahmen dieses Prozesses auftreten können. Darüber hinaus haben wir den Betreibern kommunaler Kläranlagen maßgeschneiderte Lösungen für diese Herausforderungen vorgeschlagen und Empfehlungen für die Ausrichtung zukünftiger Strategien zur Entwicklung unterstützender Regelungen für die Phosphorrückgewinnung gegeben“, erklärt Bagheri.
Als größtes Hindernis wurde die große Zahl kleinerer, weitverbreiteter kommunaler Abwasseraufbereitungsanlagen in Schweden identifiziert, die erhebliche wirtschaftliche und logistische Hürden mit sich bringen und Investitionen in die Phosphorrückgewinnung behindern.
Die Forscher stellten fest, dass die Wirtschaftlichkeit der Phosphorrückgewinnung je nach Anlage und Strategie erheblich variiert. Einzelne Anlagen haben mit hohen Rückgewinnungskosten zu kämpfen, wodurch die Rückgewinnung ohne Subventionen weniger rentabel wird. Im Gegensatz dazu können Hub-Strategien, bei denen mehrere Anlagen zusammenarbeiten, die Kosten senken. Darüber hinaus betonen die Autoren, dass die Entwicklung von Hub-Netzwerken und die Umwandlung von Schlamm in marktfähige Produkte Einnahmen generieren und die Entsorgungskosten ausgleichen kann, wodurch die Gesamtverwaltungskosten gesenkt werden.
Die Ergebnisse der Studie unterstreichen die entscheidende Rolle externer Faktoren, wie etwa gesetzliche Auflagen oder ein langfristiger Anstieg der Düngemittelpreise, um die Phosphorrückgewinnung wirtschaftlich rentabel zu machen. Andererseits weisen die Autoren darauf hin, dass politische Maßnahmen, die bestimmte Phosphorrückgewinnungstechnologien fördern, die Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Bedingungen behindern könnten, wodurch möglicherweise hohe Infrastrukturinvestitionen priorisiert und nachhaltigere Lösungen übersehen würden. Sie betonen auch, dass umfassende Umweltverträglichkeitsprüfungen für jede Rückgewinnungstechnologie erforderlich sind, um unbeabsichtigte Emissionssteigerungen zu vermeiden.
„Phosphor ist für die Nahrungsmittelproduktion unverzichtbar und die effiziente Rückgewinnung dieses Minerals aus Abwasser würde dazu beitragen, eine nachhaltige Versorgung sicherzustellen, die Abhängigkeit von endlichen Ressourcen zu verringern und gleichzeitig die Nahrungsmittelsicherheit zu unterstützen“, bemerkt Adriana Gomez Sanabria, Forscherin in der IIASA Pollution Management Research Group.
„Das Verständnis der Ökonomie der Phosphorrückgewinnung ist für fundierte Investitionen von entscheidender Bedeutung. Kostengünstige Methoden und kollaborative Ansätze könnten eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der finanziellen Nachhaltigkeit und der Unterstützung der Kreislaufwirtschaft spielen, indem Abfälle in wertvolle Ressourcen recycelt werden.“
Weitere Informationen:
Marzieh Bagheri et al., Wirtschaftliche Machbarkeit und direkte Treibhausgasemissionen aus verschiedenen Phosphorrückgewinnungsmethoden in schwedischen Abwasseraufbereitungsanlagen, Nachhaltige Produktion und Konsum (2024). DOI: 10.1016/j.spc.2024.07.007