PHOSPHORUS RECYCLING
FROM PROTOTYPE TO MARKET
P-REX ett Europeiskt FoU-samarbete
om fosfor i kretslopp
Anders Nättorp, Fachhochschule Nordwestschweiz
Örebro, 20 januari 2015
www.p-rex.eu




Fachhochschule Nordwestschweiz och fosfor
P-REX Teknologibeskrivning
P-REX Teknologivärdering
Slutledning och utblick
www.p-rex.eu




Fachhochschule Nordwestschweiz och fosfor
P-REX Teknologibeskrivning
P-REX Teknologivärdering
Slutledning och utblick
www.p-rex.eu
Institute of Ecopreneurship, FHNW

Personnel
 35-40 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


www.p-rex.eu
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.
www.p-rex.eu
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
www.p-rex.eu
Varför interesserar vi oss för fosforåtervinning?

Nödvändigt för jordbruk, livsmedelsproduktion
www.p-rex.eu
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 2014
https://www.bcinsight.com/fertilizer_international.asp
www.p-rex.eu
Varför interesserar vi oss för fosforåtervinning?

Hållbara jobb
 startups med grön teknologi
 lokala näringskretslopp
 europeiskt mervärde
www.p-rex.eu




Fachhochschule Nordwestschweiz och fosfor
P-REX Teknologibeskrivning
P-REX Teknologivärdering
Slutledning och utblick
www.p-rex.eu
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 2012
 4.4 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
www.p-rex.eu
Utgångspunkter för fosforåtervinning i reningsverket
10% av Pmängden
100% Pmängd
10-30 % av Pmängden
1
4
1
2
3
>80% av P-mängden
(växttillgänglig?
föroreningar?)
60%-90% av Pmängden
30-50 % av Pmängden
1
Fällning ur Slamvatten (slam)
2
Slamlakning
3
Slamaska
4
Slam i jordbruket
(Från Montag 2010)
www.p-rex.eu
Europeiska återvinningsprocesser för avloppsvatten
planerad
Fällning ur
Slamvatten/slam
igång
AirPrex
NuReSys
MAP
MAP
PHOSPAQ
FIX-PHOS
REPHOS
P-RoC
MAP
1
MAP
CaP/CSH
CaP/CSH
Crystalactor
LYSOGEST
PEARL
Struvia
MAP, CaP
MAP
avslutad
MAP
MAP, CaP
Budenheim
Slamlakning
CaP
2
Gifhorn
MAP, CaP
Aska lakning
Aska termisk
MEPHREC
Slagg
MAP
KREPRO
FeP
ECOPHOS
LEACHPHOS
P-mineral
CaP/ AlP
ICL Fertilizers
RECOPHOS D
Gödning
3
Stuttgart
P-mineral
THERMPHOS
P4
AshDec (SUSAN)
P-mineral
www.p-rex.eu
Exempel på slam/slamvatten-process:
Stuttgarter
Sur hydrolys
Rötslam
H2SO4
Fast/vätske komplexering,
separation kristallisation
sedimentation
Citronsyra
MgO
NaOH
tillbaka till
biologiska
steget
Filterkaka
Struvit
www.p-rex.eu
Slam/slamvatten-processer allmänt
www.p-rex.eu
Slam/slamvatten-processer kemikalier
Airprex
-
Materials/Chemicals Dosing:
Maybe antiencrustration
agent
-
MgCl 2
MgCl 2/MgO/
Phostrip
-
Pearl
-
Crystalactor
Stuttgarter Process Sulfuric acid
Sulfuric acid
Gifhorn Process
Struvite prills
(only starting)
NaOH/lime
NaOH
(depends)
Quartz sand
NaOH/lime
Citric Acid
NaS
NaOH
NaOH
MgSO4/CaCl 2
MgCl 2
Mg(OH)2/…
MgO
Mg(OH)2
www.p-rex.eu
Lakning av aska
Leachphos
Sur hydrolys
Fast/vätske
separation
Kristallisation
Fast/vätske
separation
Aska
H2SO4
CaOH
NaOH
Reningsverk
Filterkaka
CaP
www.p-rex.eu
Metallurgisk behandling av aska
Mephrec
off gas
Picture: Ingitec
www.p-rex.eu
Termisk behandling av aska
ASH-DEC
Picture : http://www.susan.bam.de
www.p-rex.eu
Material från slam (-vatten)
 Innehåll
 Struvit (MgNH4PO4)
 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
www.p-rex.eu
Material från avloppsslams-aska
 Innehåll
Mephrec
ASH-DEC
Leachphos
P2O5 (%)
15
15-25
25-35
Innehåll
Liknar" Thomasfosfat"
Olika askbeståndsdelar
CaP
Föroreningar
Uppfyller tyska
gödselgränsvärden
 Form
Mephrec
ASH-DEC
Leachphos
Slagg
Pulver
Pulver
Bild: AWEL
www.p-rex.eu




Fachhochschule Nordwestschweiz och fosfor
P-REX Teknologibeskrivning
P-REX Teknologivärdering
Slutledning och utblick
www.p-rex.eu
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
www.p-rex.eu
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
www.p-rex.eu
Processer översikt
Slam (-vatten) fällning
Slamlakning
Aska
TSP
Utbyte
Fosforhalt
< 50%
< 50%
>80
>80
50-80
>80
>=10%
>=10%
5-10%
5-10%
>=10%
>=10%
22%
Växttillgänglighet
≥80% och ≥80%
≥80% eller ≥80%
≥80% och ≥80%
<80% och <80%
≥80% eller ≥80%
≥80% och ≥80%
100%, 91%
Kostnad
(/kg P)
<5€
<15€
<5€
<5€
<10€
<5€
1.40 €*
Vidare
bearbetning
ringa
Granulering
Granulering
?
Granulering
Granulering
Keine
* Marknadspris
 Miljöpåverkan är också ett viktigt kriterium!
www.p-rex.eu
Livscykelanalys
resultat aggregerade enligt schweizisk miljölagstiftning
20000
15000
10000
UBP
Million
5000
Ref EBPR (net) =
152.679 million
UBP
Ref ChemP (net) =
170.092 million
UBP
Ecological Scarcity 2006
total, total
Infrastructure
Energy Credit
ChemP
EBPR
135.000
25000
Incineration and
Transport
Chemicals
0
-1651,557519
-2372,042946
-2833,40227-2710,613858
-5000
-10000
-25000
-20013,44582
134.000
HM in Agricul. Soil
-1289,339189 (recycled)
-9507,261409
-15000
-20000
Disposal of Ash
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
www.p-rex.eu
Livscykelanalys
resultat aggregerade enligt schweizisk miljölagstiftning
200000
Ecological Scarcity 2006
total, total
150000
100000 EBPR
ChemP
UBP
Million
EBPR
Energy Credit
Off-gas treatment
Disposal of Ash
50000
0
Infrastructure
Incineration and Transport
42223,03133
Chemicals
By-Products
-50000 -20013,44582
-25438,11039 -25379,66169
HM in Agricul. Soil (recycled)
-100000
-150000
-200000
-135773,4989 -137605,3243 -140607,6736
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
www.p-rex.eu




Fachhochschule Nordwestschweiz och fosfor
P-REX Teknologibeskrivning
P-REX Teknologivärdering
Slutledning och utblick
www.p-rex.eu
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 40- 120 EUR/person år
 Monoförbränning avloppsslam Schweiz 10 EUR/person år
 Rening mikroföroreningar Schweiz 17 EUR/person år
www.p-rex.eu
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.
www.p-rex.eu
Var står vi idag och vilken potential finns i avloppsvattnet?
 Fällning ur slamvatten/slam
 Cirka 20 anläggningar igång
 kapacitet 10-100 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% (~120’000 to P)
 Potential i Europa
 11 millioner t torrsubstans I avloppsslam
 310 000 to fosfor
 25% av konstgödselanvändningen
www.p-rex.eu
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
2nd European Sustainable
Phosphorus Conference (ESPC2)
Berlin 5th – 6th March 2015
- 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
4th March: EU Commission DG Research workshop
Circular Approaches to Phosphorus: from research to deployment
Registration, stands, programme:
http://www.phosphorusplatform.eu/conference/espc2015.html
European Sustainable
Phosphorus Platform
Chris Thornton [email protected]
European Sustainable P Platform (ESPP)
www.phosphorusplatform.eu
@phosphorusfacts
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. 308645 – P-REX
FHNW, Institute for Ecopreneurship
[email protected] +41 61 467 4442
www.p-rex.eu