Näringsämnen och kretslopp - metoder för fosforutvinning ur askor

1 Näringsämnen och kretslopp - metoder för fosforutvinning ur askor Patrik Enfält, VD EasyMining Sweden AB, Box 322, 751 05 Uppsala, info@easymining.se, www.easymining.se

Innehåll 2 EasyMining Sweden - metoder för fosforåtervinning ur askor Recirkulationspotential för fosfor Problem vid recirkulation av växtnäringsämnen Kriterier för en effektiv recirkulation av växtnäringsämnen Naturtillgångar för produktion av växtnäringsämnen

EasyMining Sweden AB - kemiteknik för utvinning och recirkulation 3 Metoder för fosforutvinning Säljer licenser och rättigheter för patenterade utvinningsprocesser Konsultverksamhet Forskning och utveckling av resurseffektiva utvinningsoch återvinningstekniker

EasyMinings innovation - CleanMAP Technology 4 EasyMinings innovation, CleanMAP Technology, är en energieffektiv teknik för produktion av ammoniumfosfat (fosforgödselmedel) Flera processer har utvecklats för fosforutvinning ur olika råmaterial, apatit, fosforinnehållande askor etc.

EasyMining s processer - aska från förbränt avloppsslam, järn- & aluminiumfosfat samt apatit 5 Råvaran löses upp med svavelsyra varefter fosfor och metaller selektivt utvinns ur laklösningen Ett rent helt vattenlösligt och växttillgängligt fosforgödselmedel (ammoniumfosfat) produceras utan energikrävande vattenavdunstning Tungmetaller avskiljs och de i processen ingående kemikalierna blir del av produkterna

Fosforråvaror 6 Aska från avloppsslam (järn) 7-13% Fosfor (P) Aska från avloppsslam (aluminum) 7-13% Fosfor (P) Aska från djurkadaver 16-18% Fosfor (P) Aska från slakteriavfall 16-18% Fosfor (P) LKABs anrikningssand 2.5-3% Fosfor (P) i form av apatit ca 15% Apatit 12-16% Fosfor (P)

Fosfor i aska i Europa - en betydande tillgång 7 Idag förbränns ca 25% av avloppsslam inom EU, vilket genererar aska innehållande mer än 60 000 ton P/år Mer än 40% av slakteriavfall och djurkadaver förbränns idag, innehållande ca 60 000 ton P/år Dessutom förbränns även gödsel i viss omfattning, vilket ger aska innehållande minst 10 000 ton P/år Idag deponeras askorna I Sverige används årligen 10 000 12 000 ton P/år i lantbruket

Förbränningsanläggningar för avloppsslam 8 1 Stad Land Ton P/år 1 St Petersburg Ryssland 4 400 2 Köpenhamn Danmark 630 3 Teesside England 2 400 4 Mersey Vally England 2 800 3 4 5 2 5 Yorkshire England 830 6 Birmingham England 480 7 London England 3 200 6 9 8 Grovehurst England 6 400 9 Hamburg Tyskland 1 400 7 8 10 11 10 Dordrecht Holland 3 200 11 Moerdijk Holland 3 000 12 Frankfurt Tyskland 1 360 13 12 13 Ensdorf Tyskland 4 160 14 Haut-Rhin Frankrike 280 15 Basel Schweiz 1 200 16 Altenstadt Tyskland 1 200 14 15 16 17 17 München Tyskland 1 600 Summa: 38 540

Ett ensidigt flöde av näringsämnen 9 Från åkern via staden till deponin

Fosforflöden i svensk livsmedelsproduktion Statistik för Sverige 10 kg P ha -1 år -1 Gröda Stallgödsel Mineralgödselmedel Avloppsslam Slakteriavfall Livsmedelsavfall 15 11 6 2.6 1.2 0.4 Fosfor (P) i avloppsslam och slakteriavfall motsvarar ca 63% av den mängd P som tillförs via mineralgödselmedel

Fosformängder i avfall inom EU 11 Avfall Avloppsslam Slakteriavfall Gödsel, nötkreatur Gödsel, gris Gödsel, kyckling ton P år -1 250,000 133,000 890,000 440,000 230,000 1,943,000 (4,5 M ton P 2 O 5 år -1 ) Werner (2003) Complementary Nutrient Sources. IFA and FAO Conference, Rome, Italy

Ökat behov av fosfor 12 Behovet av fosforgödselmedel uppskattas öka med 2-3 % per år (IFA, 2009)

Villkor för livsmedelsproduktionen 13 Befolkningstillväxt på jorden miljarder Åkermark per capita hektar Mer livsmedel måste produceras på åkerarealen FAO, 2008 Större skördar förutsätter bl.a. större tillförsel av växtnäringsämnen

Fosforfyndigheter och kadmiuminnehåll 14 Fosfor en begränsad resurs < 10 mg Cd kg -1 P 10-50 mg Cd kg -1 P >50 mg Cd kg -1 P

Apatit och kadmiuminnehåll 15 Morocco and Western Sahara Other countries USA Egypt Israel Tunesia China Syria Jordan South Africa Russia Brazil >50 mg Cd kg -1 P 10-50 mg Cd kg -1 P <10 mg Cd kg -1 P Col 2 Col 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Fördelningen av världens brytbara fosforreserver (%) Brytbara reserver från (USGS, 2011) och kadmiuminnehåll ifrån McLaughlin et al. (1996).

Kadmiumhalter i mineralgödselmedel för att undvika anrikning i svensk åkermark 16 Nedfall 450 mg Cd / ha år Tillförsel med fosforgödselmedel Åkermark Bortförsel med skörd 220-280 mg Cd / ha år Utlakning 400 mg Cd / ha år Balansberäkningen visar att kadmiumhalten i gödselmedel inte bör överstiga 10 mg Cd / kg P för att undvika anrikning i marken vid tillförsel av 22 kg P / ha Data från Eriksson (2009)

Fosfatbrytning 17 Khouribga, Marocko Foto: Forskning och Framsteg Foto, Google

Fosfatfyndigheternas livslängd 18 Livslängd enligt uppgifter 2009 - lätt utvinningsbara reserver ca 80 år ( peak -fosfor) - totala utvinningsbara reserver ca 280 år Livslängd enligt uppgifter 2011 - totala utvinningsbara reserver ca 369 år Beräkningar av livslängder är baserad på en total årlig produktion av 176 miljoner ton apatit (2010). USGS, 2009; 2011

Koncentration av fosfor i olika material 19 Fosforinnehåll % Fosforinnehåll gram P / kilo Mängd material kg / kg P Avloppsvatten 0,001 0,01 100 000 Urin 0,05 0,5 2 000 Kompost 0,15 1,5 667 Avloppsslam 1 10 100 Aska (förbränt avloppsslam) 9 90 11 Ammoniumfosfat (MAP) 22 220 4,5

Kriterier för att uppnå fungerande och effektiva kretslopp 20 Liten eller ingen negativ inverkan på livsmedelskvaliten och miljön Låga halter av - Oönskade metaller - Organiska miljöföroreningar - Medicinrester - Patogener Effektiva växtnäringskällor - Hög växttillgänglighet - Låga förluster Återdistribution till all åkermark - Koncentrerade gödselmedel som möjliggör långväga transporter - Lägre energiåtgång för återförsel än för nytillverkning av gödselmedel

Kretsloppsbaserade gödselmedel 21 - För att uppnå kriterierna krävs att koncentrerade gödselmedel framställs av avfall i stället för direkt recirkulation av avfallet - Alla ämnen i avfallet bör extraheras och återanvänds förutom oönskade ämnen som deponeras - Inga nya avfallsströmmar bör skapas - Avfall blir råvara för kretsloppsbaserade gödselmedel

Kaliumfyndigheter 22 Lätt utvinningsbara reserver 1000 ton K2O Totala reserver 1000 ton K2O 1. Saskatchewan 2. Ryssland 3. Tyskland, Vitryssland, Isreal, Brasilien 4. USA, Chile, England, Spanien U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries and Potash, 2008

Kaliumutvinning 23 Brytning, upplösning med vatten (solution mining) som avdunstar i bassänger Kaliumbrytning i gruva, Saskatchewan, Kanada Foto: Mosaic company Bassänger nära Colorado floden Foton Planktonlab.com

Kaliumfyndigheternas livslängd 24 Livslängden enligt uppgifter 2008 - lätt utvinningsbara reserver ca 250 år - totala utvinningsbara reserver ca 500 år - Lätt utvinningsbara reserver uppgår till 8,3 miljarder ton (K2O). - Totala utvinningsbara reserver uppgår till 18 miljarder ton (K2O). - Årlig världsproduktion är 33 miljoner ton (K2O). International Plant Nutrition Institute, 2008

Ammoniakproduktion 25 I världen produceras 131 miljoner ton ammoniak baserad på naturgas (69%), kol och petroleum koks (29%) samt hydroelektriska anläggningar (1,5%) Cirka 90% av ammoniak används för tillverkning av kvävegödsel Utan gödsling med mineralkväve minskar växtproduktionen utom för kvävefixerande baljväxter såsom ärtor, bönor och klöver Utan produktion av mineralkväve skulle livsmedelsproduktionen minska avsevärt

Produktion av ammoniak - förnyelsebar energi istället för fossila källor 26 Luftens kvävgas är råvara för produktionen och det behövs enbart energi för tillverkningen Energibalansen är positiv och endast del av energin i merskörden behövs för att tillverka kvävegödsel Kvävegödsel kan tillverkas genom förgasning av organiskt material För 1 kg N behövs ca 2,7 kg halm - halm från 1 ha räcker för produktionen av 1615 kg N dvs för 20 ha Ahlgren et al., 2009

Svavel 27 Svavel är det 10:e mest förekomande elementet på jorden och förekommer i stora mängder i olika mineraler Stora mängder svavel (mer än 600 miljarder ton) finns i kol, naturgas, råolja och oljesand. (USGS, 2011). I dagsläget täcks behovet av svavel genom extraktion vid raffinering av råolja Världsproduktionen av svavel var år 2009 ca 48 miljoner ton (IFA, 2010a). Endast 14% av världsproduktionen används som gödselmedel (ammonium sulfat eller suprfosfat) (IFA, 2010a, 2010b). Huvuddelen av svalet används för industriella ändamål (80-85%) varav ca 50% används vid fosfortillverkning Svavel kan även utvinnas i samband med förbränning av biobränslen Svavel kan även utvinnas ur gips som finns i stora mängder Med andra ord svavel kommer inte att vara ett begränsat växtnäringämne i framtiden.

Innebär förbränning av slam en stor förlust av växtnärings- och mullämnen? 28 Kaliuminnehållet i slam är lågt (ca 0,1% av TS) Endast 20% av kvävet ifrån avloppsvattnet återfinns i slammet. Kvävet försvinner vid förbränningen. Mängden kväve i det svenska i slammet motsvarar ca 2 kg/ha i jämförelse med de 80-150 kg/ha som grödan behöver. Kväve är ej en begränsad resurs som utvinns ur luften Mullämnen i det svenska slammet motsvarar ca 45 kg per ha vilket kan jämföras med de 2 000 kg mullämnen som årligen tillförs via skörderester Det är således viktigast att fosforn utvinns och recirkuleras

Fördelar med fosforutvinning ur aska 29 Avloppsslam P ur aska Växttillgänglighet Ca 70% av fosforn hårt bunden med fällningskemikalier 100% av fosforn är lättillgänglig för växterna Transport & fördelning 1% P i vått slam Höga transportkostnader 26% P i ammoniumfosfat Låga transportkostnader Föroreningar >30 mg Cd / kg P Smittämnen & organiska föroreningar < 1 mg Cd / kg P Sterilt, inga föroreningar Avsättning Beroende av acceptans ifrån lantbrukare och konsument Säker avsättning för slam till förbränning och utvinning av P

EasyMinings processer förändrar fosforproduktionen och möjliggör effektiv recirkulation av fosfor från samhället i form av Gröna gödselmedel 30 P

EasyMining Sweden Nyckelpersoner 31 Entreprenör Jan Eriksson, Kommersiellt ansvarig Uppfinnare och entreprenör sedan 35 år. Uppfann engreppsskördaren som nu är standard i skogsmekaniseringen. Byggde upp en tillverkningsindustri som producerade olika skogsmaskiner under namnet Skogsjan. Bolaget hade som mest 120 anställda. År 1997 såldes bolaget till Caterpillar Inc. i USA. Erik Sellberg Ägare, Koncernchef och Ordförande i Ragn-Sells AB. Ragn-Sells är ett internationellt företag med ca 4 Mdr kr i årlig omsättning och är det största återvinnings- och avfallsbolaget i norra Europa. Ragn-Sells har ca 2500 anställda.

Nyckelpersoner 32 Dr Yariv Cohen Uppfinnare till CleanMAP teknologin. Har under nio år forskat och utvecklat olika fosforåtervinningstekniker. Tilldelades 2008 Vetenskap, Teknik och Miljö stipendium av den Svenska Konungen, Carl XVI Gustaf, för sin forskning rörande utvinning av fosfor från avloppsfraktioner, aska och gruvavfall. Handledare vid doktorsarbetet var Prof. Dr Holger Kirchmann, Professor i Växtnäringslära och markvård, med forskningsområde inom gödselmedlens beteende i marken samt återvinning och återföring av växtnäringsämnen från avfall. Patrik Enfält, VD Utbildad agronom med teknisk inriktning. Har de senaste 10 åren arbetat som projektledare och VD för utvecklingsföretag som utvecklat universitetsuppfinningar Peter Eriksson, Ordförande Ägare till Hornberje Holding AB och styrelsens ordförande i EasyMining Sweden AB