P-REX ett Europeiskt FoU-samarbete om fosfor i kretslopp

Transkript

1 P-REX ett Europeiskt FoU-samarbete om fosfor i kretslopp PHOSPHORUS RECYCLING FROM PROTOTYPE TO MARKET Anders Nättorp, Fachhochschule Nordwestschweiz Örebro, 20 januari 2015

2 Fachhochschule Nordwestschweiz och fosfor P-REX Teknologibeskrivning P-REX Teknologivärdering Slutledning och utblick

3 Fachhochschule Nordwestschweiz och fosfor P-REX Teknologibeskrivning P-REX Teknologivärdering Slutledning och utblick

4 Institute of Ecopreneurship, FHNW Personnel employees Projects Currently >40 projects on-going >3.5 Mio CHF third-part funding in 2011 Publications 25 peer-reviewed papers in 2011 Focal points Water and Resource Recovery Groups Environmental Technology, Resource management, Environmental Biotechnology and Eco-Toxicology

5 Environmental Technology group phosphorus projects Klärschlamm-Pyrolyse und thermische Schwermetallentfrachtung zum Phosphor-Recycling (ongoing) Information gathering and management for the website of the European Sustainable Phosphorus Platform (ongoing) P-REX (ongoing) Pilot experiments for recovery from ash with the Leachphos process Comparative review of recovery technologies from sludge Economic assessment of all full-scale recovery processes from waste water Review of market requirements for recycling products Regional case studies for an 80% implementation strategy Innovative P-recovery from Sludge (ongoing). Cooperation Switzerland-Bulgaria involving P-recovery from wastewater using industrial byproducts.

6 Environmental Technology group phosphorus experience Waterless toilet, 2013 IEC s prize-winning prototype is now produced for separating pharmaceutical contaminants at the source in the hospital. Securing Access to Phosphorus in Developing Countries, the case of Egypt, 2010 Material flow analysis of Phosphorus in Egypt coupled with stakeholder dialogue. Umfeldbeobachtung Klärschlammentsorgung Kanton Zürich, 2009 Economical and environmental evaluation of waste treatment trains including phosphorus and energy recovery in view of full scale implementation 2015 in Canton Zürich

7 Varför interesserar vi oss för fosforåtervinning? Nödvändigt för jordbruk, livsmedelsproduktion

8 Varför interesserar vi oss för fosforåtervinning? Råvaruförsörjning Global koncentration av reserver Europeisk importberoende (92%) Prisvariation Critical raw material sedan 2014 Prices from Fertilizer International 459, March-April

9 Varför interesserar vi oss för fosforåtervinning? Hållbara jobb startups med grön teknologi lokala näringskretslopp europeiskt mervärde

10 Fachhochschule Nordwestschweiz och fosfor P-REX Teknologibeskrivning P-REX Teknologivärdering Slutledning och utblick

11 P-REX I korta ord Sustainable sewage sludge management fostering phosphorus recovery and energy efficiency 15 partner från industri och högskolor 3 år med start september miljoner (EU: 2.9 miljoner ) www-p-rex.eu Målsättningar Demonstration och dokumentation av de tekniska processerna I full skala Systematisk utvärdering av produkter och återvinningsprocesser vad gäller växttillgänglighet, miljöpåverkan och kostnad Analys av marknad och lagar och und identifiering av affärsmodeller för nya återvinningsteknologier och återvunna produkter Utveckling av strategier och råd för utnyttjande av 80% av fosforn i avloppsvattnet med hänsyn till regionala villkor och behov

12 Utgångspunkter för fosforåtervinning i reningsverket 100% P- mängd 10% av P- mängden % av P- mängden 1 4 >80% av P-mängden (växttillgänglig? föroreningar?) %-90% av P- mängden % av P- mängden 1 Fällning ur Slamvatten (slam) (Från Montag 2010) 2 Slamlakning 3 Slamaska 4 Slam i jordbruket

13 Europeiska återvinningsprocesser för avloppsvatten Fällning ur Slamvatten/slam Slamlakning 1 2 planerad igång avslutad AirPrex MAP PHOSPAQ MAP REPHOS MAP Crystalactor MAP, CaP PEARL MAP Budenheim CaP Gifhorn MAP, CaP NuReSys MAP FIX-PHOS CaP/CSH P-RoC CaP/CSH LYSOGEST MAP Struvia MAP, CaP Stuttgart MAP KREPRO FeP Aska lakning 3 ECOPHOS P-mineral ICL Fertilizers Gödning LEACHPHOS CaP/ AlP RECOPHOS D P-mineral Aska termisk MEPHREC Slagg THERMPHOS P 4 AshDec (SUSAN) P-mineral

14 Exempel på slam/slamvatten-process: Stuttgarter Sur hydrolys Fast/vätske separation komplexering, kristallisation sedimentation Rötslam H 2 SO 4 Citronsyra MgO NaOH tillbaka till biologiska steget Filterkaka Struvit

15 Slam/slamvatten-processer allmänt

16 Slam/slamvatten-processer kemikalier Airprex - Materials/Chemicals Dosing: Maybe antiencrustration agent - MgCl 2 MgCl 2 /MgO/ Phostrip - - NaOH/lime MgSO 4 /CaCl 2 Struvite prills NaOH Pearl - (only starting) (depends) MgCl 2 Crystalactor - Quartz sand NaOH/lime Mg(OH) 2 / Stuttgarter Process Sulfuric acid Citric Acid NaOH MgO Gifhorn Process Sulfuric acid NaS NaOH Mg(OH) 2

17 Lakning av aska Leachphos Sur hydrolys Fast/vätske separation Kristallisation Fast/vätske separation H 2 SO 4 Aska CaOH NaOH Reningsverk Filterkaka CaP

18 Metallurgisk behandling av aska Mephrec off gas Picture: Ingitec

19 Termisk behandling av aska ASH-DEC Picture :

20 Material från slam (-vatten) Innehåll Struvit (MgNH 4 PO 4 ) Kalciumfosfat (DCP, HAP, ) Form Regelbundna kristaller: Ostara Crystal Green (ännu) oregelbundna kristaller eller pulver: Stuttgarter, Struvia, Gifhorn Oregelbundna kristaller, sand, organiska beståndsdelar: Airprex Bild: Ostara

21 Material från avloppsslams-aska Innehåll P2O5 (%) Innehåll Föroreningar Mephrec 15 Liknar" Thomasfosfat" ASH-DEC Olika askbeståndsdelar Uppfyller tyska gödselgränsvärden Leachphos CaP Form Mephrec ASH-DEC Leachphos Slagg Pulver Pulver Bild: AWEL

22 Fachhochschule Nordwestschweiz och fosfor P-REX Teknologibeskrivning P-REX Teknologivärdering Slutledning och utblick

23 Värdering av återvunnet material Metodik Växttillgänglighet Materialen är i allmänhet knappt eller ej vattenlösliga Värdering av växttillgänglighet med Löslighet i neutralt ammoniumcitrat Krukförsök med resultat uttryckt i «relativ agronomisk effektivitet» (RAE) i förhållande till TSP

24 Kostnadsberäkning Metodik Systemgräns analog studien Umweltbeobachtung von Kt Zürich (Lüscher und Nättorp 2009) Jämförelse med kostnad för en Referensbehandlingskedja Tyska kostnader beräknas och anpassas för andra länder Kostnadskategorier Investering Personal Material Annat Uttrycks som kostnad för återvinning av fosfor utan hänsyn till materialkvalité Confidential P-REX Consortium

25 Processer översikt Utbyte Fosforhalt Växttillgänglighet (/kg P) bearbetning Kostnad Vidare Slam (-vatten) fällning < 50% >=10% 80% och 80% <5 ringa Slamlakning < 50% >=10% 80% eller 80% <15 Granulering > % 80% och 80% <5 Granulering Aska > % <80% och <80% <5? >=10% 80% eller 80% <10 Granulering >80 >=10% 80% och 80% <5 Granulering TSP 22% 100%, 91% 1.40 * Keine * Marknadspris Miljöpåverkan är också ett viktigt kriterium!

26 Livscykelanalys resultat aggregerade enligt schweizisk miljölagstiftning UBP Million Ref EBPR (net) = million UBP Ref ChemP (net) = million UBP , , , , ,44582 Ecological Scarcity 2006 total, total EBPR -9507, ChemP -1289, Infrastructure Energy Credit Disposal of Ash Incineration and Transport Chemicals HM in Agricul. Soil (recycled) HM in Agricul. Soil (conventional) Avoided N-Fertilizer Production P-Fertilizer Production Return Load Heat for Product Drying Energy for Recovery Dewatering Digester and CHP Confidential P-REX Consortium

27 Livscykelanalys resultat aggregerade enligt schweizisk miljölagstiftning EBPR Ecological Scarcity 2006 total, total ChemP EBPR Infrastructure Energy Credit Off-gas treatment UBP Million , , , , , , ,66169 Disposal of Ash Incineration and Transport Chemicals By-Products HM in Agricul. Soil (recycled) HM in Agricul. Soil (conventional) Avoided N-Fertilizer Production P-Fertilizer Production Return Load Sewage Sludge Drying Heat for Product Drying Energy for Recovery Dewatering Digester and CHP Confidential P-REX Consortium

28 Fachhochschule Nordwestschweiz och fosfor P-REX Teknologibeskrivning P-REX Teknologivärdering Slutledning och utblick

29 Ar fosforåtervinning dyrt? Atervinning Fällning 0-5 EUR/person år Lakning slam 5-15 EUR/person år Aska 0-5 EUR/person år Kostnader i avloppsreningssektorn Avloppsrening Europa EUR/person år Monoförbränning avloppsslam Schweiz 10 EUR/person år Rening mikroföroreningar Schweiz 17 EUR/person år

30 Slutledning Det finns ett stort urval av återvinningsprocesser som är redo för eller redan fungerar i full skala Det stora urvalet ger såväl vad gäller kostnad som produktkvalité goda alternativ för olika behov. Miljöpåverkan (CH) för direkt fällning ur slam eller lakning av slam är lägre än förbränning men högre än nyttjande i jordbruket Miljöpåverkan (CH) för lakning av aska är i allmänhet lägre än förbränning och även nyttjande i jordbruket Växttillgängligheten är bäst för konstgödsel, ganska bra för oorganiska återvinningsmaterial och sämst för slam Fällning ur slammvatten kann ge några % av den totala fosforn, nyttjande i jordbruket och lakning av aska ger upp till 100% av den avskiljda fosforn. Kostnaderna för en fosforåtervinning är i jämförelse med andra miljöåtgärder rimlig. Avgörande för genomförandet är miljöprioriteringar och knappast ekonomiska begränsningar.

31 Var står vi idag och vilken potential finns i avloppsvattnet? Fällning ur slamvatten/slam Cirka 20 anläggningar igång kapacitet to P/(anläggning*år) Lakning av aska Ecophos anläggning i Dunquerque (6000 t/ år ; start 2016?) Mephrec, Projekt Nürnberg (500 to P/ år; pilot 2015) ASH-DEC 2-3 projekt (vardera 1000 to P/ år) Thermphos stängt (900 to P/ år) Nyttjande i jordbruket 40% (~ to P) Potential i Europa 11 millioner t torrsubstans I avloppsslam to fosfor 25% av konstgödselanvändningen

32 European Sustainable Phosphorus Platform Launched mid 2013 Stakeholder platform: industry, regulators, technology, R&D, farmers, NGOs Themes: - P supply: resources, mining, processing - P re-use, recovery and recycling - P use efficiency in crop and animal production, bio-economy - Sustainable and safe food chain, from farm to diet Actions: - Stakeholder dialogue, network, data base of expertise & success stories - Regulatory questions on P-recycling, P-management - Vision for sustainable P in Europe - Define R&D priorities, avoid duplication - Promote positive image of P and P sustainability

33 2 nd European Sustainable Phosphorus Conference (ESPC2) Berlin 5 th 6 th March EU policies on phosphorus management - P in the environment - P from farm to fork - Phosphorus, global food security, planetary boundaries - Agricultural phosphorus efficiency and sustainable intensification - The need for societal change, and how to achieve it - Regions implementing sustainable phosphorus management 4 th March: EU Commission DG Research workshop Circular Approaches to Phosphorus: from research to deployment Registration, stands, programme:

34 European Sustainable Phosphorus Platform Chris Thornton European Sustainable P Platform (ESPP)

35 Tack för ordet! Thank you to my colleagues at the FHNW and to all P-REX project partners that contributed to the study. P-REX is a research project supported by the European Commission under the Seventh Framework Programme Kontakt: (Priority: From Prototype To Market ) Anders Nättorp Contract No P-REX FHNW, Institute for Ecopreneurship anders.naettorp@fhnw.ch