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Wie man aus Klärschlamm Phosphat gewinnen kann

07.11.2016, von , in Karte anzeigen

Agrarwissenschaftler Gero Becker gewinnt Phosphat aus Klärschlamm (Foto: Nicola Wettmarshausen)

Agrarwissenschaftler Gero Becker gewinnt Phosphat aus Klärschlamm

Klärschlamm ist ein Rohstoff. Denn in ihm stecken wertvolle Salze – Phosphate etwa. Da es in Deutschland keinerlei Phosphat-Lagerstätten gibt, müssen wir diese Mineralien also entweder importieren – und uns abhängig machen von Weltmarktpreisen – oder recyclen. Gero Becker, Agrarwissenschaftler an der Uni Hohenheim in Stuttgart, ist Fan der Kreislaufwirtschaft und hat ein Verfahren entwickelt, in dem Klärschlamm zuerst gekocht und damit zu Kohle verarbeitet wird, um ihm dann seine wertvollen Salze zu entlocken. Nicola Wettmarshausen hat ihm im Labor über die Schulter geschaut.

Klärschlamm unter Druck

Um das Phosphat aus Klärschlamm zu gewinnen, braucht Gero Becker erst mal einen Autoklav: Das ist eine Art Schnellkochtopf, der 200 bar Druck aushalten kann.

Im Autoklav wird der Klärschlamm unter hohem Druck erhitzt (Foto: Nicola Wettmarshausen)

Im Autoklav wird der Klärschlamm unter hohem Druck erhitzt

Darin füllt er eine kleine Menge feuchten Klärschlamms, stellt ihn in den Ofen und heizt der Probe erst mal ein. Den Wissenschaftler fasziniert die Chemie dahinter: Das Wasser im Autoklav wird 200 Grad heiß und wäre längst gasförmig, wäre da nicht der hohe Druck. Dadurch bleibt es flüssig und wird nicht nur Lösungsmittel, sondern gleichzeitig auch Reaktionspartner.

Es löst die Bestandteile des Klärschlamms auf und baut sie wieder neu zusammen – ein Vorgang, der tief unten in der Erde genauso passieren würde – Hunderttausende von Jahren dauert das. Gero Becker hat diesen Prozess beschleunigt: Ganze zwei Stunden braucht er, dann ist sein Klärschlamm „durchgegart“.

Kohleherstellung mit kochendem Wasser

Aus dem Klärschlamm entsteht eine Art von Kohle. (Foto: Nicola Wettmarshausen)

Aus dem Klärschlamm entsteht eine Art von Kohle.

Das Ergebnis ist eine Kohle. Sie riecht nicht mehr so streng wie der Klärschlamm, sondern erdiger, fast wie ein alter Wiskey. Das Verfahren ist seit über 100 Jahren bekannt und nennt sich „Hydrothermale Karbonisierung“. Erfunden hat es der Chemiker und Nobelpreisträger Friedrich Bergius, der in seinen Experimenten herausfand: Je höher Temperatur und Druck sind, desto eher entsteht erst Kohle, dann Öl und zum Schluss sogar Gas.

Von der Kohle zum Phosphat

Der pH-Wert spielt eine wichtige Rolle bei der Gewinnung der Phosphate (Foto: Nicola Wettmarshausen)

Der pH-Wert spielt eine wichtige Rolle bei der Gewinnung der Phosphate

Die so entstandene „HTC-Kohle“ hat deutliche Vorteile: Sie ist jetzt viel feinkörniger als der Klärschlamm, und das ist wichtig für den nächsten Schritt: Gero Becker gibt Zitronensäure zur flüssigen Kohle und verschiebt den PH-Wert von neun auf zwei. Die Lösung wird sauer und bräunlich klar, wie Moorwasser sieht sie aus.

Mit diesem chemischen Kniff hat Gero Becker Magnesium-Ammonium-Phosphat, den gewünschten Stoff, aus der Kohle herausgelöst. Anders wäre das auch nicht zu machen, da das ursprüngliche Kalzium-Aluminium-Eisen-Phosphatgemisch im Klärschlamm im neutralen und im alkalischen Bereich, also bei einem pH-Wert von sieben bis vierzehn, sehr stabil ist.

Vor und nach der Säurebehandlung (Foto: Nicola Wettmarshausen)

Vor und nach der Säurebehandlung

Erst im sauren Bereich gehen die Salz-Ionen in Lösung. Doch wie kann man die gelösten Salze jetzt „dingfest“ machen, also wieder abscheiden? Nun, Gero Becker muss sie erneut fällen. Am besten wieder mit einer pH-Wertverschiebung, zurück auf pH Neun in den alkalischen Bereich. Und siehe da: nach einer Weile bildet sich im „Moorwasser“ ein weißes Pulver. Der gewünschte Stoff fällt aus der Lösung aus und scheidet sich am Boden des Becherglases ab.

Guter Dünger für die Pflanze

Was ist jetzt aber der Haupt-Vorteil des ganzen Verfahrens? Gero Becker sagt, man kann auf diese Weise 3 -7 % Phosphat gewinnen. Und das ist nicht gerade wenig.

Das weiße Phosphatpulver lässt sich als Pflanzendünger nutzen (Fotto: Nicola Wettmarshausen)

Das weiße Phosphatpulver lässt sich als Pflanzendünger nutzen

Zum Vergleich: Phosphathaltiges Erz kann bis zu 20 % Phosphat enthalten. Doch da es in Deutschland kein Phosphat-Erz gibt – dafür aber jede Menge Klärschlamm –  ist der Agrarwissenschaftler sicher, dass sein Verfahren, das derzeit in einer Pilotanlage getestet wird, sich eines Tages lohnen und rechnen wird.
Denn Phosphate werden in der Landwirtschaft gebraucht: als Dünger.

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