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Neues Verfahren FlashPhos macht aus Klärschlamm Phosphor für die Industrie

Weißen Phosphor (P₄) aus Klärschlamm gewinnen: Wie das funktioniert, zeigt das neue thermochemische Verfahren FlashPhos. Es ist nach Angaben der Projektleitung „derzeit die einzige Technologie in Europa, die es ermöglicht, diesen wichtigen Rohstoff umweltfreundlich, effizient und kostengünstig für industrielle Anwendungen herzustellen.“ Ein europaweites Konsortium hat unter Koordination der Universität Stuttgart die FlashPhos-Technologie erforscht und entwickelt. Weißer Phosphor ist für die Chemie-, Pharma-, Lebensmittel- und Elektronikindustrie ein unverzichtbarer Rohstoff. Der globale P4-Bedarf werde aktuell von nur vier produzierenden Ländern gedeckt. In der EU sei der letzte P4-produzierende Ofen im Jahr 2012 geschlossen worden, die EU ist seitdem vollkommen von Importen abhängig.

Das FlashPhos-Verfahren besteht aus drei Prozessschritten, in denen die Abtrennung des Phosphors vom Klärschlamm vorbereitet und durchgeführt wird. Als erstes wird in einem neu entwickelten Mahltrockner („Dryer-Grinder“) aus dem feuchten Klärschlamm ein feines, nahezu wasserfreies Pulver gewonnen. Dieses Pulver wird dann im „Flash-Reaktor“ in Millisekunden in ein brennbares Gas und phosphathaltige Klärschlammschlacke umgewandelt. Der Prozess findet bei Temperaturen von 1600 °C statt. Die benötigte Energie stammt aus den organischen Bestandteilen des Klärschlammpulvers. Die Klärschlammschlacke wird im letzten Prozessschritt, dem „Refiner“, bei ähnlichen Temperaturen „veredelt“. Als Hauptprodukt entsteht elementarer weißer Phosphor. Weitere Produkte sind ein klimafreundlicher Zementersatz, eine Eisenlegierung und ein Schwermetallkonzentrat für die Metallindustrie. Gase und Abwärme, die während des FlashPhos-Prozesses entstehen, können in weiteren industriellen Prozessen Anwendung finden und fossile Brennstoffe ersetzen.

Der vom Projektpartner Buss-SMS-Canzler GmbH (SMS) entwickelte Mahltrockner wurde am Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA) der Universität Stuttgart erprobt und optimiert. Die Demonstratoren des Flash- und Refiner-Reaktors wurden gemeinsam von zahlreichen Projektpartnern entwickelt und beim Projektpartner Aufbereitung Recycling und Prüftechnik GmbH (ARP) im österreichischen Leoben aufgebaut. Die Pilotanlage verarbeitet bis zu 250 kg Klärschlammpulver pro Stunde.

Im nächsten Schritt soll eine erste große Produktionsanlage entwickelt und gebaut werden. 2028 wollen die an FlashPhos beteiligten Industriepartner beginnen, weißen Phosphor im industriellen Maßstab herzustellen. Bis 2050 sollen FlashPhos-Anlagen die Hälfte des europäischen P₄-Bedarfs decken können.

Das Projekt FlashPhos (Laufzeit: Mai 2021 bis April 2026) wurde im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizon 2020“ von der Europäischen Union mit rund zwölf Millionen Euro gefördert.

Messungen am Flashreaktor: Er wandelt den pulverisierten Klärschlamm in ein brennbares Gas und phosphathaltige Klärschlammschlacke um. (Foto: Christian Schmidberger/Universität Stuttgart)

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