Monoverbrennung und Phosphorrückgewinnung: Die Verfahren im Vergleich

Die Phosphorrückgewinnung lässt sich grundsätzlich an drei Stellen im Prozess ansetzen. Der Unterschied liegt nicht nur in der Technik, sondern in der erreichbaren Quote, dem Investitionsbedarf und der Abhängigkeit von externer Infrastruktur.

Ascheweg. Der Phosphor wird aus der Asche zurückgewonnen, die bei der Monoverbrennung entsteht. Erreichbare Quote: über 80 %. Die Einstiegshürde ist hoch, denn dieser Weg setzt Zugang zu einer Monoverbrennungsanlage voraus.

Schlammpfad. Die Rückgewinnung erfolgt direkt aus dem Faulschlamm. Quote: 30 bis 50 %. Mittlere Hürde, weil eine zusätzliche Prozessstufe und laufender Chemikalieneinsatz nötig sind.

Klärwasserpfad. Der Phosphor wird aus Prozess- oder Schlammwasser gewonnen. Quote: 10 bis 30 %. Niedrigste Hürde, da sich das Verfahren in die bestehende Anlage integrieren lässt.

Für Anlagen über 100.000 EW ist der Ascheweg faktisch gesetzt: Er ist der einzige Pfad, der die 80-%-Rückgewinnungsquote für Aschen aus der Monoverbrennung zuverlässig erreicht. Schlamm- und Klärwasserpfad sind keine Konkurrenten, sondern Ergänzungen oder Lösungen für Anlagen, die keinen Zugang zu Monoverbrennungskapazität haben.

Thermochemischer Aufschluss bei 950–1.000 °C im erdgasbefeuerten Drehrohrofen. Natriumadditive überführen den Phosphor in pflanzenverfügbare Calciumnatriumphosphate. Gleichzeitig werden Schwermetalle (Quecksilber, Cadmium, Blei) über die Gasphase abgetrennt.

Das Produkt ist ein Düngephosphat, das direkt landwirtschaftlich eingesetzt werden kann. AshDec ist das am längsten etablierte Verfahren mit großtechnischen Referenzen in Altenstadt (Oberbayern, Betreiber Emter GmbH) und Helsingborg (Schweden).

Prinzip: thermochemisch, Natriumadditive, 950 °C
Produkt: Düngephosphat
Reifegrad: großtechnisch
Referenz: Altenstadt, Helsingborg

Nasschemischer Aufschluss der Klärschlammasche mit Salzsäure. Das Verfahren liefert Phosphorsäure (Handelsname RePacid), Gips, Eisensalze und einen Schwermetallschlamm als Nebenprodukte.

Die Referenzanlage steht im Klärwerk Hamburg, ein Public-Private-Partnership zwischen Remondis und Hamburg Wasser, gefördert über das Umweltinnovationsprogramm des Bundes. TetraPhos ist großtechnisch in Betrieb und damit neben AshDec der zweite vollständig kommerzialisierte Ascheweg.

Prinzip: HCl-Aufschluss, nasschemisch
Produkt: Phosphorsäure (RePacid) und Gips · Reifegrad: großtechnisch · Referenz: Hamburg

Reduzierende thermochemische Behandlung: Die Klärschlammasche wird direkt in der Verbrennungsanlage aufgeschlossen. Das Produkt ist ein Düngemittelgrundstoff mit reduzierter Schwermetallbelastung.

Die Referenzanlage auf der Friesenheimer Insel in Mannheim (Betreiber MVV Energie AG) ist die zweite großtechnische P-Rückgewinnungsanlage in Deutschland nach Hamburg.

Prinzip: reduzierende Thermochemie
Produkt: Düngemittelgrundstoff
Reifegrad: großtechnisch
Referenz: Mannheim

Nasschemisches Power-to-Chemicals-Verfahren. Im Unterschied zu TetraPhos zielt PARFORCE auf Phosphorsäure in Lebensmittelqualität, ein deutlich höherpreisiges Produkt. Das Verfahren befindet sich in der Industrialisierungsphase.

Prinzip: HCl/HNO₃, Power-to-Chemicals
Produkt: Phosphorsäure in Lebensmittelqualität
Reifegrad: Industrialisierung
Referenz: noch keine

Thermochemischer Prozess bei 1.600 °C in einem Flash-Reaktor. Die Reaktion läuft in Millisekunden ab. Das Produkt ist nicht Dünger, sondern weißer Phosphor (P₄), der direkt in der Chemieindustrie eingesetzt werden kann.

2026 ist die FEED-Studie abgeschlossen. Eine erste Großanlage mit einer Kapazität von 5.000 t P₄ pro Jahr ist in Planung, Produktionsstart voraussichtlich 2028. Die Vision: Bis 2040 sollen rund 50 % des europäischen P₄-Bedarfs aus Klärschlamm gedeckt werden. FlashPhos ist damit der „Gamechanger-Kandidat", aber Stand heute noch kein kommerziell verfügbares Verfahren.

Prinzip: Flash-Reaktor, 1.600 °C
Produkt: weißer Phosphor (P₄)
Reifegrad: FEED abgeschlossen
Referenz: Anlagenplanung, Start voraussichtlich 2028

Der Schlammpfad extrahiert Phosphor direkt aus dem Faulschlamm, ohne den Umweg über die Verbrennung. Das bekannteste Verfahren ist das Stuttgarter Verfahren: Schwefelsäureaufschluss des ausgefaulten Klärschlamms mit anschließender MAP/Struvit-Fällung.

Der entscheidende Vorteil: Es wird keine Monoverbrennungsanlage benötigt. Das macht den Schlammpfad interessant für Betreiber im Bereich 20.000–100.000 EW, die weder eigene Verbrennungskapazität haben noch langfristige Mitverbrennungsverträge abschließen wollen.

Die Nachteile sind ebenso klar: Die erreichbare Quote liegt bei 30–50 %: Für die 50-%-Anforderung nach § 3a AbfKlärV reicht das gerade so. Der Chemikalienbedarf (Schwefelsäure, Magnesiumchlorid, Natronlauge) ist erheblich, und der Prozess erzeugt einen zusätzlichen Entwässerungsschritt.

Weitere Schlammpfad-Verfahren (Gifhorn, Seaborne, Budenheim ExtraPhos) sind teilweise eingestellt oder verharren im Demonstrationsstadium.

Dem Schlammwasser wird Magnesiumchlorid (MgCl₂) und Lauge zugesetzt. Der Phosphor fällt als Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP, Struvit) aus, ein kristalliner Langzeitdünger, der sich gut vermarkten lässt.

Voraussetzung: Die Anlage muss über eine biologische Phosphorelimination (Bio-P) verfügen. Nur dann enthält das Schlammwasser genug gelösten Phosphor für eine wirtschaftliche Fällung.

Elektrochemische Struvit-Fällung: Das benötigte Magnesium wird elektrochemisch aus Opferelektroden gelöst. Vorteil: Keine externen Chemikalien nötig. Das Verfahren befindet sich im Pilotierungsstadium.

Der Klärwasserpfad erreicht typischerweise 10–30 % Rückgewinnungsquote. Die 50-%-Anforderung wird nur erfüllt, wenn die Bio-P-Elimination ausreichend Phosphor ins Schlammwasser bringt, was bei vielen Anlagen nicht der Fall ist. Als alleiniger Rückgewinnungsweg reicht der Klärwasserpfad deshalb selten aus.

Wer den Ascheweg wählt, braucht Zugang zu einer Monoverbrennungsanlage. Die gängige Bauform ist der stationäre Wirbelschichtofen (SWS) bei 850–950 °C. Output ist eine phosphorkonzentrierte Asche sowie Dampf bzw. Strom.

Drei Betreibermodelle stehen zur Wahl:

Eigenanlage: Wirtschaftlich ab ca. 30.000 t TM/a. Das entspricht dem Schlammaufkommen mehrerer großer Kläranlagen. In der Praxis nur für Verbünde oder Großstädte realistisch.

Kooperation: Mehrere Betreiber schließen sich zu einem Zweckverband zusammen und betreiben eine gemeinsame Anlage. Reduziert das Investitionsrisiko, erhöht die Planungskomplexität.

Dienstleister: Der Klärschlamm wird an einen Verbrennungsdienstleister abgegeben. Geringstes CAPEX-Risiko, aber Abhängigkeit von Verfügbarkeit und Marktpreisen.

Die Kapazitäten sind regional ungleich verteilt. Wer spät kommt, zahlt mehr oder findet keinen Platz.

Ascheweg: ab etwa 100.000 EW. Erreicht über 80 % Rückgewinnung und liefert je nach Verfahren Dünger, Phosphorsäure oder weißen Phosphor. Der Investitionsbedarf ist sehr hoch, weil eine Monoverbrennungsanlage vorhanden oder zugänglich sein muss. Die Rückgewinnung findet extern am Standort der Verbrennungsanlage statt. Kritische Abhängigkeit: verfügbare Verbrennungskapazität.

Schlammpfad: 20.000 bis 100.000 EW. Quote 30 bis 50 %, Produkt ist MAP beziehungsweise Struvit. Mittlerer Investitionsbedarf, die Anlage steht auf dem eigenen Gelände. Kritische Abhängigkeit: laufende Chemikalienversorgung.

Klärwasserpfad: alle Anlagen mit biologischer Phosphorelimination. Quote 10 bis 30 %, ebenfalls MAP/Struvit als Produkt. Niedrigster Investitionsbedarf, inline in die bestehende Anlage integrierbar. Kritische Abhängigkeit: die Bio-P-Auslegung.

Diese Einordnung vereinfacht: In der Praxis entscheiden Standort, vorhandene Infrastruktur, regionale MVA-Kapazität und Vertragskonditionen.