Klärschlammkohle als P-Dünger?

10.03.2014

© Kevin Friedrich

Ernte des Aufwuchses des Gefäßversuchs mit Weidelgras

Die Firma PYREG GmbH aus Dörth (Rheinland-Pfalz) widmet sich seit vier Jahren dem Phosphorrecycling. Dabei entwickelte sie ein Verfahren, bei dem Klärschlamm zu einem Düngemittel mit hohen P-Anteilen verwandelt wird. Herzstück der Anlage ist die einstufige thermische Behandlung, wobei der Klärschlamm bei 800 °C pyrolysiert wird. Das Ergebnis ist ein kohleartiges, rieselfähiges Substrat, das von Bakterien, Viren, Resten von Medikamenten und von hormonellen Substanzen befreit wurde. Der P2O5-Anteil der Klärschlammkohle kann bis zu 15 % ausmachen. Dieser Phosphor ist jedoch bisher kaum pflanzenverfügbar. Ebenso steigen durch die Pyrolyse die Konzentrationen an Kalium, Magnesium und Kalzium an, leider aber auch die von schädlichen Schwermetallen. Wenn Klärschlämme pyrolysiert werden, die zuvor mit Kalk stabilisiert wurden, wirkt die so gewonnene Kohle außerdem wie ein Kalkdünger.

Wissenschaftlich begleitet wird das Phosphorrecycling von der Fachhochschule Bingen. Dabei soll zum einen durch geeignete Prozesssteuerung die Löslichkeit der Phosphate in der Kohle optimiert werden. Zum anderen soll der überwiegende Teil der Schwermetalle aus der Kohle entfernt sowie die verbleibenden Reste an Schwermetallen unlöslich für Pflanzen und Bodenorganismen gemacht werden. Unter kontrollierten Bedingungen im Gewächshaus mit Winterroggen wurde dazu die Wirkung der PYREG-Kohle auf die Verfügbarkeit von Schwermetallen überprüft. Die Konzentration der Schadstoffe im Aufwuchs des Roggens stieg durch die Klärschlammkohle (KSK) nicht signifikant an. Im Gegenteil, die höchste Kadmiumaufnahme wurde in der ungedüngten Kontrolle gefunden. Das ist vor allem auf die Kalkwirkung der Dünger und der KSK zurückzuführen. Die Klärschlammkohle erhöhte bei einer Aufwandmenge von 3,2 t/ha den pH-Wert im Boden von pH 5,3 auf 5,9. Schwermetalle sind vor allem in sauren Böden löslich und somit pflanzenverfügbar. Durch die Anhebung des pH-Wertes wird ihre Aufnahme durch die Pflanzen erschwert.

Um möglichst geringe Mengen an Schwermetallen mit der KSK in den Boden zu verfrachten, werden dem Klärschlamm während der Pyrolyse Chloridsalze zugesetzt. Diese Additive bewirken, dass die Schwermetalle gasförmig als Chloride aus der Kohle entweichen und dann in der Abgasreinigung aufgefangen werden können. In einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt wird derzeit an der FH Bingen untersucht, welche Menge und welche Art an Chloriden dafür im PYREG-Reaktor eingesetzt werden müssen.

In Versuchen wird zudem überprüft, wie sich die KSK auf Pflanzen und auf Bodenlebewesen auswirkt. Erste Ergebnisse zeigen, dass die KSK positiv auf den Boden-pH-Wert und das Pflanzenwachstum wirkt, vergleichbar mit der Wirkung eines weicherdigen Rohphosphats (Dolophos 26). Im zweiten Gewächshausversuch kam Klärschlammkohle mit Zusatz von Chloriden zum Einsatz. Hierbei wurden ca. 10 g KSK mit 6,5 kg Boden vermischt. Das entspricht umgerechnet einer Aufwandmenge von ca. 2,3 t/ha. In die gedüngten Gefäße wurde Welsches Weidelgras ausgesät, das innerhalb einer 21-wöchigen Vegetationsphase dreimal geschnitten wurde (Foto). Bei jedem Schnitt wurde der Ertrag bestimmt und die Phosphoraufnahme der Pflanze im Labor untersucht. Am Ende des Versuchs wurde zusätzlich der pH-Wert im Boden gemessen. Dabei zeigte sich, dass die KSK mit Chloridzusatz den pH-Wert im sehr sauren Boden (pH 4,3) gegenüber der nicht gekalkten Kontrolle um bis zu 0,3 pH-Einheiten anhob. Dies wirkte sich positiv auf den Ertrag des Weidelgrases aus.

Der Ertrag der Variante KSK plus Magnesiumchlorid war um mehr als 5 % höher als der Ertrag der Variante mit Dolophos 26. Die Erträge der Varianten mit nativer Kohle und KSK plus Kalziumchlorid waren nur 3 bzw. 4 % höher. Die Phosphoraufnahme der Pflanzen stieg durch die Zugabe der beiden Klärschlammkohlen mit Chloridszusatz im Vergleich zu den restlichen Varianten an. Jedoch nur bei Kohle plus Kalziumchloridzusatz konnten signifikant höhere Phosphoraufnahmen als in der nicht gekalkten Kontrolle erzielt werden. Im Verlauf der drei Schnitte zeigte sich zudem, dass die KSK im Gegensatz zum Dolophosdünger pflanzenverfügbaren Phosphor nachlieferten.

FAZIT: Klärschlammkohle bietet in der Pflanzenproduktion die Perspektive, den Nährstoffkreislauf für das Nährelement Phosphor endlich zu schließen und gleichzeitig die Risiken bei der landbaulichen Verwertung von Klärschlämmen zu vermeiden.

Fachhochschule Bingen: Thomas Appel, Katharina Schuh, Kevin Friedrich

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