Wertvoller Rohstoff aus Klärschlamm (FlashPhos)

Elementarer weißer Phosphor (P4) ist für Schlüsselindustrien wie dem Lebensmittel- und Pharmasektor unverzichtbar und daher ein strategischer Rohstoff von hoher Relevanz. Obwohl es in Europa genügend verborgene Phosphorreserven in Klärschlamm gibt, ist die EU von Importen aus Kasachstan, Vietnam und China abhängig. Ziel von FlashPhos ist es, ein thermochemisches Verfahren zur nachhaltigen Produktion von hochwertigem weißem Phosphor für die chemische Industrie unter Verwendung von Klärschlamm in großem Maßstab zu demonstrieren.

Wertvolle Rohstoffe nahezu emissions- und abfallfrei gewinnen

Das FlashPhos Projekt hat zum Ziel, ein thermochemisches Verfahren zur nachhaltigen Produktion von hochwertigem weißem Phosphor (P₄) und anderen wertvollen Rohstoffen unter Verwendung von Klärschlamm als Ausgangsmaterial in großem Maßstab zu demonstrieren. Das Projekt verfolgt einen ökonomisch und ökologisch sinnvollen und klimafreundlichen Kreislaufwirtschaftsansatz, bei dem alle Outputstoffe in der europäischen Industrie eingesetzt werden und teilweise kritische oder CO₂-relevante Rohstoffe ersetzen.

Unter der Koordination der Universität Stuttgart hat das 17-köpfige Konsortium seit Projektstart im Mai 2021 eine Reihe wichtiger Meilensteine erreicht. Die grundlegenden Komponenten, Massen- und Energieströme, die für den FlashPhos-Prozess erforderlich sind, wurden definiert. Das FlashPhos-Verfahren behandelt Klärschlamm in einem speziell entwickelten Trocknungsmahlwerk und anschließend in zwei verschiedenen Typen von Hochtemperaturreaktoren, dem Flash Reaktor und dem Refiner. Im Verfahren werden anorganische Abfallbestandteile geschmolzen oder verdampft und anschließend im Refinerreaktor getrennt, um recyceltes P₄ für die chemische Industrie als Hauptprodukt zu erzeugen. Weitere Produkte des Verfahrens sind ein klimafreundlicher alternativer Zementrohstoff, eine Eisenlegierung sowie ein Schwermetallkonzentrat als wertvoller Rohstoff für die Metallindustrie. Die organischen Bestandteile werden bei hoher Temperatur vergast und in Wärme und einen gasförmigen Brennstoff umgewandelt. Dieses Gas und die überschüssige Wärme können in Zementwerken genutzt werden, um fossile Brennstoffe zu ersetzen.

Der Proof of Concept des Schlamm-Trocknungsmahlwerks wurde abgeschlossen und die Klärschlammumsetzung experimentell in einem elektrisch beheizten Fallrohrofen untersucht. Darüber hinaus wurde eine Computational Fluid Dynamics (CFD)-Simulation des Flash Reaktors und Refiners für die FlashPhos-Pilotanlage durchgeführt. Diese soll bis 2025 in Leoben (Österreich) errichtet werden und das industrielle FlashPhos-Verfahren mit einem Durchsatz von bis zu 250 kg/h Klärschlamm demonstrieren. Auf der Grundlage der Massen- und Energiebilanz, ergänzt durch thermodynamische Daten, wurde bereits der digitale Zwilling der FlashPhos-Anlage entworfen, der nun vorhersagen kann, wie sich der FlashPhos-Prozess unter realen Bedingungen in der Pilotanlage verhalten wird.

Das Industriekonsortium wird dann bis 2028 mit der Produktion von weißem Phosphor im industriellen Maßstab beginnen.

Das Steinbeis Europa Zentrum unterstützt als Projektpartner das administrative Projektmanagement, die Kommunikationsaktivitäten und die Verbreitung und Verwertung der Projektergebnisse.

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