zum Inhalt springen
Powered by

Wie aus Klärschlamm ein Rohstoff wird

Hydrothermale Karbonisierung (HTC) steht für ein Verfahren, mit dem nahezu jede Art von Biomasse zu Biokohle verarbeitet werden kann. Die KWT Rosenkranz GmbH aus Heiligenberg hat dieses Verfahren an eine eigens entwickelte Dampfturbine gekoppelt. In Kombination ermöglicht es die Umwandlung von Schlamm aus Kläranlagen in Kohle sowie sauberes Wasser – und das umweltfreundlich und ressourcenschonend. Verwendung könnten die Endprodukte ebenfalls in der pharmazeutischen Produktion finden.

Der Energielieferant der HTC-Anlage der Rosenkranz GmbH ist ein selbst entwickelter Biomassedampferzeuger. © BioLAGO

Rund 247.000 Tonnen Klärschlamm werden laut aktueller Abfallbilanz in Baden-Württemberg bei der Abwasserreinigung jährlich produziert (1). Teile davon werden im Landschaftsbau und in der Landwirtschaft weiterverwendet. Bis heute attestieren Experten jedoch ein gesundheitliches Restrisiko, wenn Klärschlamm als Dünger auf die Äckern gebracht wird, denn neben Schwermetalle wie Kupfer, Blei oder Quecksilber finden sich darin multiresistente Keime. Seit Jahren ist diese Art der Entsorgung strengstens reglementiert. Der weitaus größere Anteil an produziertem Klärschlamm jedoch wird in Zementfabriken, Kohlekraftwerken oder Monoverbrennungsanlagen verbrannt und dabei häufig mehrere Hundert Kilometer weit transportiert.

Eine Entsorgung, die nicht nur kostentreibend ist, sondern auch die Umwelt belastet. „Die notwendige Vorbehandlung vor der Verbrennung, wie zum Beispiel Entwässerung und Eindampfung sind einerseits sehr energieintensiv, weil Klärschlamm zu 85 Prozent aus Wasser besteht. Andererseits werden Schwermetalle und Halogene durch den Verbrennungsprozess sowie Emissionen von Verbrennungsanlagen in die Luft gebracht“, erklärt Manfred Rosenkranz, Geschäftsführer der KWT Rosenkranz GmbH aus Heiligenberg am Bodensee. Mit seiner HTC-Anlage, in die er über neun Jahre Entwicklungszeit steckte, möchte er zu einer Trendwende in der Klärschlammentsorgung beitragen. Unter Hitze und Druck wandelt seine Vorrichtung organische Abfälle wie beispielsweise Klärschlamm in Kohle und Wasser um. Aus 1.000 kg mit 20% Trockensubstanz werden bei einem Durchsatz rund 100 Kilogramm Kohlematerial, Torf oder Humus mit wertvollen Nährstoffen und Mineralien.

Die grundlegende Entwicklung des HTC-Verfahrens geht auf Friedrich Bergius zurück, der hierfür im Jahre 1931 zusammen mit Carl Bosch den Nobelpreis erhielt.  Bei der exothermen Reaktion wird Wasser und Kohlendioxid von der Biomasse abgespalten und Kohle entsteht. „Ein Prozess, für den die Natur selbst unzählige Jahre benötigt“, betont der Unternehmer aus Heiligenberg. Mithilfe der HTC-Anlage der KWT Rosenkranz GmbH wird das innerhalb weniger Stunden möglich.

Hand in Hand: Dampfturbine und HTC

Das Herzstück der Anlage bildet ein Biomassedampferzeuger, der durch eine Hackschnitzelanlage befeuert wird und damit das Kraftwerk bildet sowie eine aus drei Reaktoren zusammengesetzte HTC-Vorrichtung, in welcher der Klärschlamm durch die ablaufende hydrothermale Karbonisierung zersetzt wird. Nachdem der Schlamm durch Beheizung mit Dampf reingepresst worden ist, werden mehrere chemische Prozesse in Gang gesetzt, die für den Abbau der im Schlamm enthaltenen organischen Stoffe sorgen. Die Abfälle und Rückstände wie Kupfer, Quecksilber oder Blei werden vereinfacht formuliert ausgekocht. „Hierbei erhöht sich der relative Kohlenstoffgehalt innerhalb der organischen Verbindungen durch das Senken des Wasserstoff- und Sauerstoffgehalts“, berichtet Manfred Rosenkranz. Während der HTC werden unter anderem Wasser und Kohlendioxid von der Biomasse abgespalten, was zur rapiden Steigerung der Energiedichte führt. Gleichzeitig wird die makromolekulare Struktur der Ausgangsbiomasse weitgehend bis vollständig zerstört.

Mit seiner Anlage hat Manfred Rosenkranz in mühsamer Detailarbeit optimale Bedingungen für den Ablauf der Prozesse geschaffen, die für die Zersetzung der organischen Substanz notwendig sind. „Neben einer Temperatur von 180 bis 190 Grad benötigen die Moleküle von pflanzlichen Zellen einen Druck von mindestens 8 bar, um aufgebrochen zu werden“, so der Unternehmer. Beim so genannten „Cracken“ werden langkettige Kohlenwasserstoffe in einer exothermen Reaktion in mehrere Moleküle mit kleinerer Kettenlänge gespalten. Gegenüber Veränderungen in der Zusammensetzung der Eingangsmaterialen ist der Prozess der hydrothermalen Karbonisierung insgesamt betrachtet weniger empfindlich als Prozesse, die in biologischen Reaktoren ablaufen.

Verwandeln energieschonend Klärschlamm in Kohle: Manfred Rosenkranz (r.) mit seinem Sohn Simon. © BioLAGO

Stoffliche Abwasserverwertung auf sauberem Wege

Nach der makromolekularen Zerlegung und einer anschließenden Abkühlphase sowie Trocknung erhält man aus der anfänglichen Ausgangsbiomasse neben Wasser am Ende ein poröses brüchiges Material in Form von Granulat oder Klumpen. „Das gewonnene Wasser wiederum kann mithilfe eines Aktivkohlefilters von Schwermetallen und anderen nicht-organischen Materialien befreit werden“, erklärt Manfred Rosenkranz. Insgesamt benötigt die Verarbeitung von Klärschlamm etwa zwei bis drei Stunden.

„Einer der Hauptvorteile von HTC bezogen auf Energieeffizienz und Ressourcenschonung ist die Möglichkeit, Biomasse mit hohem Wasseranteil einzusetzen, ohne diese unter zusätzlichem Energieaufwand vortrocknen zu müssen“, sagt Rosenkranz. Innerhalb weniger Zeit ist der Karbonisierungsprozess durch Wasserabspaltung von Kohlehydraten beendet. Als Energieträger eignet sich die gewonnene Biokohle für die Wärme- und Stromproduktion. Bei einem Heizwert, der zwischen Braun- und Steinkohle liegt, verbrennt die Biokohle klimaneutral, da sie nur die Menge an Kohlendioxid abgibt, die das verwendete Eingangsmaterial der Atmosphäre vorab entzogen hat.

Endprodukt mit Potential für Pharmabranche

Das mithilfe seiner Anlage hergestellte Kohlegranulat könnte laut Manfred Rosenkranz auch für die Pharmaindustrie und Medizinbranche interessant sein. „Aufgrund seiner Reichhaltigkeit an Nährstoffen und Mineralien könnte es zur Herstellung von Nährboden verwendet werden“, so der Unternehmer.

Mit den ersten Klärwerken am Bodensee ist die Rosenkranz GmbH bereits im Gespräch, um die Anlage vor Ort zum Einsatz zu bringen. Bis dahin werden Testläufe auf dem Unternehmensgelände optimiert. Seine Anlagen möchte das Unternehmen zunächst im deutschsprachigen europäischen Raum auf den Markt bringen. Diese sollen bis zu 4.800 Tonnen an Klärschlamm jährlich verarbeiten.

Quellen:
(1) LUBW Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, Referat 35 Abfallwirtschaft, Klärschlammbericht 2010

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/wie-aus-klaerschlamm-ein-rohstoff-wird