R-Rhenania

Kontaktperson
Hannes Herzel, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Richard-Willstätter-Straße 11, 12489 Berlin, hannes.herzel@bam.de

Kurzbeschreibung
Neben dem projektinternen Austausch zwischen dem R-Rhenania Konsortium steht die Kommunikation mit dem Vernetzungs- und Transfervorhaben TransPhoR sowie weiteren Projekten der Förderinitiative RePhoR im Vordergrund. Für die Öffentlichkeit werden die Projektergebnissen mittels Workshops, Informationsveranstaltungen, Pressemitteilungen sowie über „social media“ (twitter, youtube etc.) bereitgestellt.

Kontaktperson
Hannes Herzel, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Richard-Willstätter-Straße 11, 12489 Berlin, hannes.herzel@bam.de

Projektbeteiligte
sePura GmbH; Metso:Outotec; FEhS-Institut für Baustoff-Forschung e. V.

Kurzbeschreibung
Es werden wichtige Voruntersuchungen am thermochemischen Prozess und dessen Einsatzstoffen vorgenommen, deren Ergebnisse direkt in die Planung und Umsetzung der Demonstrationsanlage einfließen sollen. Alle chemisch-mineralogische Untersuchen, die für die weiteren Arbeitspakete notwendig sind (vor allem AP 5 und AP6) werden im AP 2 durchgeführt.

Darüber hinaus soll für das Projekt die anzuwendende Analytik für die Produktbewertung entwickelt werden, vor allem in Hinblick auf eine zeitnahe „Vor-Ort-Analytik“ mit spektrometrischen Analyseverfahren, welche im Sinne der Prozessregelung eingesetzt werden soll.

Zusätzlich werden auch Untersuchungen zur Konfektionierung (Mahlung und Granulation/Pelletierung) des AshDec®-Produktes durchgeführt, um es zu einem vermarktungsfähigen Düngemittel aufzubereiten.

Kontaktperson
Johann Emter, Emter GmbH, Alpenstraße 50, 86972 Altenstadt, info@emter-gmbh.de

Projektbeteiligte
sePura GmbH; Metso:Outotec

Kurzbeschreibung
Der Bau der Demonstrationsanlage beinhaltet die Finanzierung der Anlage, Planung der Anlage. Die Planung ist Teil anderer Förderprojekte.

Kontaktperson
Tanja Schaaf, Outotec GmbH & Co. KG, Ludwig-Erhard-Strasse 21, 61440 Oberursel, tanja.schaaf@mogroup.com

Projektbeteiligte
Emter GmbH; sePura GmbH; BAM

Kurzbeschreibung
Nach Montage der Anlagenkomponenten beginnt die Kaltinbetriebnahme. Die gesamte Anlage wird auf ihre Funktionsfähigkeit geprüft, worunter Anlagenteile und Einzelaggregate fallen. Ziel ist die Herstellung der Betriebsbereitschaft und -sicherheit, die Überprüfung der Funktion der Schnittstellen zwischen den Anlagenteilen sowie die Funktionsüberprüfung der MSR-Technik. Nach der mechanischen Fertigstellung (Mechanical Completion – MC) und der Kaltinbetriebnahme beginnt die Phase der Heißinbetriebnahme, also der Herstellung stabiler Betriebsbedingungen bzw. der Probebetrieb unter Nennlast.

Anschließend wird der Betrieb der Demonstrationsanlage auf der Basis der Erkenntnisse aus AP 2 optimiert. Dabei wird auch überprüft, ob weitere Optimierungspotenziale durch die hochskalierten Ergebnisse aus den kleintechnischen Untersuchungen mit Fokus auf der Produktqualität unter sinnvollen Prozessparameter möglich ist, um auch Schlüsse für die Übertragbarkeit auf zukünftige kommerzielle Anlagen zu ziehen.

Es erfolgt eine Analyse und Auswertung aller Proben während der Heißinbetriebnahme, der Optimierungsarbeiten sowie anschließend im Regelbetrieb der Demonstrationsanlage. Die Analysen werden auf der Grundlage der Ausarbeitungen in AP 2 angefertigt. Die Löslichkeiten des Phosphors werden mit Schnelltests an der Demonstrationsanlage bestimmt (in AP 2 entwickeltes Konzept mit spektrometrischen Analyseverfahren).

Kontaktperson
Hannes Herzel, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Richard-Willstätter-Straße 11, 12489 Berlin, hannes.herzel@bam.de

Projektbeteiligte
Metso:Outotec; Kompetenzzentrum Wasser Berlin gGmbH (KWB); FEhS-Institut für Baustoff-Forschung e. V.; Universität Bonn

Kurzbeschreibung
Zur Überprüfung der Möglichkeit, die AshDec®-Technologie auf weitere Regionen Deutschlands sowie andere Länder zu übertragen, sind Untersuchungen zur Anpassung des Prozesses für unterschiedliche Aschequalitäten notwendig. Hierbei geht es vorrangig um die Elimination von Schwermetallen im Falle belasteter Klärschlammaschen und die Entwicklung entsprechender technologischer Maßnahmen zur Schwermetallentfernung. Technische Ansätze in Form der Dosierung von Chloriden zur effektiven Verdampfung von Schwermetallen wurden bereits von der BAM und Outotec (ehem. ASH DEC Umwelt AG) eingehend untersucht. Die Möglichkeiten einer gleichzeitigen hohen Schwermetallentfernung als auch eine hohe Pflanzenverfügbarkeit im Produkt zu erzielen, wird Gegenstand der Untersuchungen sein.

Dafür werden Klärschlammaschen aus deutschen Klärschlammverbrennungsanlagen und relevante Klärschlammaschen aus europäischen Nachbarländern (Schweiz, Niederlande, Österreich, Polen) beschafft. Die Klärschlammaschen werden eingehend chemisch-mineralogisch charakterisiert und es erfolgt eine Einordnung in Kategorien verschiedener Belastungsgrade und Besonderheiten.

Mit ausgewählten Aschen werden Versuche im Labormaßstab hinsichtlich der Schwermetallentfernung und Erhöhung der Pflanzenverfügbarkeit im Labor- und kleintechnischen Maßstab (Tiegelofen und Drehrohrofen) durchgeführt.

Basierend auf diesen Labor- und kleintechnischen Untersuchungen wird exemplarisch eine großtechnische AshDec®-Anlage für schwermetallbelastete Klärschlammaschen ausgelegt,  um diese mit alternativen Technologieansätzen zu vergleichen. Die Evaluation basiert auf ökobilanziellen und ökonomischen Betrachtungen sowie auf logistischen Überlegungen wie der Verfügbarkeit von Einsatzstoffen und dem Vertrieb der Produkte.

Die aus den Versuchen mit (schwermetallbelasteten) Aschen anderer Regionen erzeugten Produkte werden auf ihre agronomische Anwendbarkeit hin untersucht und bewertet. Hierbei werden die erzielten P-Löslichkeiten, die Schwermetallgehalte und sonstige Besonderheiten der Produkte und der Regionen berücksichtigt. Die Ergebnisse dieser Untersuchung sollen gewährleisten, dass in einem technisch positiven Anwendungsfall auch die agronomische Anwendbarkeit und der Markt für das Produkt gegeben wären.

Kontaktperson
Jürgen Burkhardt, Universität Bonn, Karlrobert-Kreiten-Str. 13, 53115 Bonn, j.burkhardt@uni-bonn.de

Projektbeteiligte
sePura GmbH; FEhS-Institut für Baustoff-Forschung e. V.; KWB; Bayrische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL)

Kurzbeschreibung
Zur Anwendbarkeit des Düngers in Bayern wird eine Recherche zu Potenzialen, Regelungen und Praxis durchgeführt. Die Bewertung der düngemittelrechtlichen Aspekte ist hinsichtlich einer nachfolgenden Verwertung bzw. Inverkehrbringung der erzeugten P-Rezyklate von großer Bedeutung.

Untersuchungen zur Pflanzenverträglichkeit und Düngewirksamkeit der Rezyklate werden mit Produkten aus der kleintechnischen Erzeugung und anschließend aus der Demonstrationsanlage durchgeführt. P-Freisetzung und P-Aufnahme bei verschiedenen Kulturpflanzen wird im Vergleich zu Referenzdüngern und in Abhängigkeit von verschiedenen Böden und Nutzpflanzen durchgeführt, die repräsentativ für den geplanten späteren Einsatz des Düngers sind. Die für eine Bewertung der Düngewirkung erforderlichen Bodenkennwerte, Biomassedaten, Nährstoffe und agronomische Parameter werden ebenso wie die Pflanzengesundheit erfasst. Untersuchungen zur Schadstoff-Freisetzung und Aufnahme in die Pflanze, beziehungsweise in verschiedene Pflanzenteile (Blatt, Korn) dienen insbesondere der Abschätzung des Risikos für die höher belasteten Aschen.

In Feldversuchen soll die P-Wirksamkeit von AshDec®-Produkten unter den Bedingungen des ökologischen Landbaus im Vergleich zu hochwirksamen konventionellen P-Düngern und Struvit untersucht werden. Diese werden an drei Standorten in Bayern in mit der dreijährigen Fruchtfolge Mais, Wintergetreide und Kleegras angelegt werden. Es sollen zwei Durchgänge in den Jahren 2021 bis 2023 und 2022 bis 2024 erfolgen.

Zusätzlich werden Untersuchungen zur Verfügbarkeit von Silicium und Spurennährstoffen (Mangan, Kupfer und Zink) für die Pflanze durchgeführt sowie eine Abschätzung der positiven Wirkungen auf die Pflanzengesundheit vorgenommen. Die Spurennährstoffe sind essenzielle für alle Pflanzen, aber stehen diese Elemente in zu hoher Menge zur Verfügung, können phytotoxische und ernährungstoxikologische Auswirkungen über den Wirkungspfad Boden-Pflanze-Nahrung eintreten. Es werden neben dem Gesamtgehalt die Löslichkeit und (Pflanzen-) Verfügbarkeit des im AshDec®-Produkt enthaltenden Siliciums und anderer Spurennährstoffen mit adäquaten chemischen, physikalischen und pflanzenbaulichen Methoden (Gefäßversuch) untersucht und bewertet.

Es wird eine Risikobewertung des AshDec®-Produktes aus der Demonstrationsanlage unter Betrachtung der Schadstofffreisetzung und -aufnahme für Mensch, Ökosystem und Grundwasser durchgeführt. Die Risikobewertung umfasst prinzipiell die Schritte Gefahrenidentifikation, Gefahrenbeschreibung, Expositionsabschätzung und Risikocharakterisierung und bewertet Schadstoffe einzeln. Auf Basis der Ergebnisse wird eingeschätzt, welche der technisch und wirtschaflich möglichen Betriebsweisen zur Risikominimierung geeignet sind und welcher Grad an einer Schwermetallreduzierung erreicht werden muss, damit das Restrisiko akzeptabel bzw. vernachlässigbar ist.

Das Umsetzungsprodukt aus Klärschlammaschen mit Natriumcarbonaten, aber auch dessen Hauptkomponente Calciumnatriumphosphat sind in der ECHA-Datenbank bisher nicht aufgeführt. Vor einem Handel mit dem Produkt sind daher die Vorgaben der REACH-Verordnung zu berücksichtigen. Bei einer geplanten Produktionsmenge von rund 30.000 Jahrestonnen des Düngemittels sind umfassende Untersuchungen durchzuführen. Kernpunkte hierbei sind die Humantoxizität und die Ökotoxizität. Ein Stoffsicherheitsbericht ist anzufertigen. Die Ergebnisse sind im Registrierungs-verfahren zu publizieren.

Kontaktperson
Fabian Kraus, Kompetenzzentrum Wasser Berlin, Cicerostraße 24, 10709 Berlin, fabian.kraus@kompetenz-wasser.de 

Projektbeteiligte
Metso:Outotec; BAM

Kurzbeschreibung
Die Ökobilanzierung der Demonstrationsanlage ist angelehnt an die Vorgaben der ISO 14040/ 14044 und umfasst die Definition von Ziel und Untersuchungsrahmen, die Datenerfassung (Sachbilanz), die Wirkungsabschätzung sowie die Interpretation der Ergebnisse. Der Betrieb der Anlage wird mit einem Referenzszenario (der Direktverwertung der Asche) verglichen. Als Wirkungskategorien werden der kumulierte nicht-erneuerbare Energieaufwand, das Treibhausgaspotential, das terrestrische Versauerungspotential, das Süßwassereutrophierungspotential und das Humantoxizitätspotential berechnet. Das betrachtete System umfasst Anlage (Düngerproduktion), Transporte, Düngemittelanwendung sowie alle durch das System beeinflussten vor- und nachgelagerten Prozesse (z. B. Bereitstellung der Additive oder Energie).

Anhand der Erkenntnisse aus dem Projekt werden Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen der verschiedenen Anlagentypen (z. B. Demonstrationsanlage gegenüber potenziellen Anlagen mit Schwermetallentfrachtung) durchgeführt. Diese umfassen die Kalkulation von Kapital- und Betriebskosten sowie Erlöse über die Laufzeit der Anlage (Life-Cycle-Costing-Methodik). Auf einige Faktoren wird dabei ein besonderer Schwerpunkt gesetzt, da sie die Wirtschaftlichkeit stärker beeinflussen als andere. Dazu gehören voraussichtlich verschiedene Geschäftsmodelle, Kapazität und Art der Anlage, Chemikalien- und Energiekosten, Erlöse durch Ascheannahme („Gate Fee“) und Produkterlöse sowie die Zusammensetzung der Asche (P, Si, Schwermetalle). Diese werden im Rahmen von Sensitivitätsanalysen mit den Zielparametern der Kapitalwertanalyse (NPV) und der Break-Even Analyse untersucht.