DIE DEZENTRALE PYROLYSE

Im zentralen Klärwerk des Abwasserzweckverbandes »Zweckverband Frohnbach« in Niederfrohna wurde am 20. Juni 2018 vom Staatsminister für Landwirtschaft und Umwelt Thomas Schmidt (CDU) der feierliche erste Baggeraushub zur Errichtung einer Halle für eine Klärschlammveredlungsanlage getätigt. Seit April 2020 läuft der offizielle Probebetrieb. Die fertiggestellte Anlage umfasst die Prozessstufen Trocknung mit anschließender Pyrolyse des an Ort und Stelle anfallenden Schlammes. Pyrolyse bedeutet hier kurzzeitiges Erhitzen des Trockengutes auf 600 bis 650 °C unter Sauerstoffabschluss. Dabei werden alle organischen Inhaltsstoffe beseitigt und es entsteht ein stark phosphorhaltiges, keimfreies und schadstoffarmes Karbonisat. Dies geschieht vor allem mit der im Klärwerk gewonnenen Energie (Klärgas, Solarstrom, Wasserkraft). Karin Heinrich (Berlin), Elisabeth Lorenz (Großenhain), Philipp Hagemann (Schwerin), Raymond Kick (Burgstädt) und Steffen Heinrich (Niederfrohna) durften freundlicherweise in einem Artikel in der KA Korrespondenz Abwasser, Abfall 2020 (67) Nr. 3 S. 185–193 den neuen technologischen Ansatz zur Diskussion stellen. In Konzentration auf die wesentliche Frage stellten die Autoren ihren Diskussionsbeitrag unter den Titel »Ökologischer Fußabdruck von Klärschlamm-Karbonisat und von Klärschlamm-Asche im Vergleich«. Es geht den Autoren um die langfristigen Folgen des Umgangs mit Klärschlamm.

Daraufhin veröffentlichte die KA Korrespondenz Abwasser, Abfall 2020 (67) Nr. 4 einen Artikel von Norbert Dichtl, Rainer Könemann, Falko Lehrmann, Arnold Schäfer, Karl Georg Schmelz, Jörg Six, Dieter Thöle und Erwin Voss. Der Titel dieses Beitrages lautet: »Stellungnahme aus dem DWA-Hauptausschuss KEK zum Artikel ‚Ökologischer Fußabdruck …‘« (nachfolgend »Stellungnahme«). In der Einleitung wird hervorgehoben, dass der Artikel »Ökologischer Fußabdruck« eine »angeregte Diskussion« auslöste. Eine solche Bereitschaft zur wissenschaftlichen Diskussion ist in der heutigen Zeit höchst lobenswert. Allerdings gelingt den Autoren der »Stellungnahme« leider keine wirkliche Erörterung der strittigen Fragen. Irgendwie klingt ihre Einschätzung am Ende immer wie Rechthabenwollen: »Aufgrund der oben dargestellten fehlerhaften Ansätze für die Bilanzierung sind die daraus abgeleiteten Ergebnisse und Schlussfolgerungen der Autoren in dieser Form nicht haltbar.« (KA 4/2020, S. 1) Die Argumentation der »Stellungnahme« enthält zudem grobe handwerkliche Schnitzer. So schreibt man, dass 75 Prozent der Verbrennungsanlagen in der Nähe von einem Klärwerk stünden. Im Klartext, 15 von 20 existierenden Verbrennungsanlagen befinden sich in der Nähe eines Klärwerkes. War denn in der Autorengruppe niemand, der den anderen erklären konnte, dass die Frage gerade umgekehrt steht: In welcher durchschnittlichen Entfernung befinden sich die etwa 10.000 Klärwerke Deutschlands zu den 20 Verbrennungsanlagen? Oder man schreibt, dass 0,2 Prozent aller bestehenden Klärwerke über eine moderne Schlammverbrennungseinrichtung verfügen. Das ist also nicht mal eines von zehntausend. Was bringen solche kryptischen Formulierungen? Oder man versteigt sich, unter Hinweis auf das hohe Gülleaufkommen der industriellen Landwirtschaft, zu der problematischen Behauptung, dass die landwirtschaftliche Nutzfläche gar keinen Phosphorbedarf hätte. Kein Wort zu den Nitrat- und Antibiotika-»Nebenwirkungen« von Gülle. Kein Wort zum massenhaften Einsatz von cadmium- und uranhaltigem Import-Mineraldünger in der Landwirtschaft. Kein Wort zur Forderung des Gesetzgebers nach Phosphorrückgewinnung. 

Fazit: Wir wünschen den Autoren der »Stellungnahme« die Fähigkeit zur angeregten Diskussion, sehen aber, dass sie die selbst gestellte Aufgabe leider nicht bewältigten. So entsteht letztlich der Eindruck, diese Autoren behaupteten lediglich ihre ein-für-allemal als richtig angenommene Position und lehnten alle neuen, alternativen Gedanken pauschal ab. Irgendwie erinnern die Autoren der »Stellungnahme« an die letzten Verteidiger des zentralen Großrechners in den 1990-er Jahren, die an der überholten Technologie noch festhielten als die dezentrale Alternative PC schon längst anerkannt war. Tatsächlich heißt es am Ende der Stellungnahme: »Der Einsatz der Wirbelschichttechnologie wurde bereits 2005 in den europäischen BREF-Dokumenten wegen der hohen Verbrennungseffizienz als beste verfügbare Technik eingestuft.« In den Augen der Autoren gibt es nur die zentrale Verbrennungsanlage. Da haben wir es, das TINA-Prinzip: There Is No Alternativ.

Wir müssen allerdings eingestehen, dass es bei einer TINA-Grundhaltung sehr schwer, fast unmöglich ist, neue und alternative Positionen zu diskutieren. Vor einem halben Jahr hätten wir einen solchen Beitrag noch mit einem Achselzucken abgetan. Aber nach der Corona-Pandemie erscheinen viele Fragen in einer völlig neuen Brisanz.

Wir fragten deshalb Dr.-Ing. Steffen Heinrich, wie er die »Stellungnahme« einschätzt?

Dr. Steffen Heinrich: Wir begrüßen eine angeregte und offene Diskussion über die infragekommenden Möglichkeiten zur umweltfreundlichen Nutzung der Nährstoffressource Klärschlamm. Er ist zu wertvoll, um in der althergebrachten Tradition wie lästiger Abfall verbrannt zu werden. Dabei übernehmen mittlerweile zunehmend auch Belange des Klima-, Boden- und Gewässerschutzes unser Blickfeld. Gerade deshalb ist es nicht zielführend, wenn man sich auf 15 Jahre alte Äußerungen der EU über die einst für am besten befundene verfügbare Technik (BREF) beruft. Was hat sich in den letzten 15 Jahren nicht alles getan? Es gehört zu unserer menschlichen Verantwortung gegenüber der Natur, stets auch alternative Verfahren zu suchen. Eine Verhinderung und Diskriminierung der bodenbezogenen Anwendung von Karbonisat aus Klärschlamm aufgrund seiner Herkunft ist nicht gerechtfertigt. Eigene, reproduzierbare Untersuchungen zeigen, dass er bezüglich der wesentlichen Parameter der teuren Biokohle in nichts nachsteht. Experten der Bodenkunde halten die bodenbezogene Nutzung von Klärschlammkarbonisat für den Königsweg. Sie loben die positiven humusfördernden, wasserspeichernden, nähr- und schadstoffbindenden Effekte für das Bodenleben sowie die unmittelbare Schließung des Stoffkreislaufes. 

Was sagen Sie zur aufgeworfenen Frage »mangelnder Löslichkeit« des im Karbonisat enthaltenen Phosphates?

Dr. Steffen Heinrich: Die einschlägige wissenschaftliche Literatur bezeichnet eine Zitronensäurelöslichkeit von 40 Prozent des im Düngemittel enthaltenen Gesamtphosphates als Kriterium für eine hinreichende Pflanzenverfügbarkeit. Asche von verbranntem Klärschlamm bringt es in der Regel lediglich auf die Hälfte dessen. Dennoch stellt sie ein gesetzlich zugelassenes Phosphat-Düngemittel dar. Bei Karbonisat aus Klärschlamm liegt dieser Wert bei über 50%. Bereits wegen dieser ausgewiesenen Pflanzenverfügbarkeit eignet sich Kohle aus kommunalem Klärschlamm gut als Phosphat-Dünger.

Nichts Gegenteiliges ergibt sich hinsichtlich des Gehaltes von Schwermetallen wie beispielsweise Cadmium. Für P-Mineraldünger erlaubt die Europäische Düngemittelverordnung (2019) eine Cadmiumkonzentration von 60 mg je kg P₂O₅. Dieser Grenzwert gilt auch für Klärschlamm-Asche. In Deutschland beträgt das gesetzlich zulässige Limit 50 mg Cadmium je kg P₂O₅. Demgegenüber ist der Cadmiumgehalt von aus Klärschlamm hergestelltem Karbonisat wesentlich geringer. Er beträgt etwa 26 mg je kg P₂O₅. Bei Prozesstemperaturen um 600°C liegt die Konzentration bei weniger als 10 mg je kg P₂O₅. Die beim Zweckverband Frohnbach hergestellte Kohle bringt es auf weniger als 5 mg Cadmium je kg P₂O₅, also ein Zehntel des für mineralische P-Dünger Erlaubten. 

Der wissenschaftliche Ausschuss für Toxikologie, Ökotoxikologie und Umwelt der Europäischen Union (SCTEE) geht davon aus, dass geringe Cadmiumgehalte in Düngemitteln von nicht mehr als 20 mg je kg P₂O₅ tendenziell nur eine relativ langsame Anreicherung im Boden oder günstigstenfalls über einen Zeitraum von hundert Jahren gesehen sogar eine Verringerung erwarten lassen. Demgegenüber ist bei hohen Cadmiumgehalten ab 60 mg je kg P₂O₅ über denselben Zeitraum mit einer relativ hohen Anreicherung in Ackerböden zu rechnen. 

Und was sagen Sie zum Vorwurf, das Karbonisat binde Schadstoffe im Boden?

Dr. Steffen Heinrich: Ja, die Kohle bindet Schadstoffe. Jedoch ist dieses Schadstoffbindungsvermögen, wie eine Studie des Julius-Kühn-Instituts über den Einsatz von Biokohle auf gärtnerisch genutzten Böden mit Schwermetallkontamination untermauert, nicht kritisch, sondern vielmehr positiv zu bewerten, weil es die Abgabe von solchen Schadstoffen in das Grundwasser und tiefer liegende Bodenschichten durch Zwischenspeicherung verzögert und damit auf ein für die Selbstheilungskräfte der Natur verträgliches Maß zu reduzieren vermag.

Überdies stellt das Umweltbundesamt in seinem Bericht vom April 2019 fest, dass mittels Pyrolyse eine komplette Zerstörung von Medikamentenrückständen erreicht wird und dafür eine Temperatur von 500°C und ein relativ kurzer Zeitraum von lediglich drei Minuten bereits ausreichen. Beim Klärschlammkarbonisat des Zweckverbandes Frohnbach ist es gelungen, die Konzentration der erwähnten polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe sogar unterhalb der Nachweisgrenze zu halten. Es gibt keinen sachlichen Grund, Klärschlammkarbonisat für die bodenbezogene Anwendung auszuschließen. 

Was sagen Sie zu den energetischen Einwänden gegen das Pyrolyse-Verfahren?

Dr. Steffen Heinrich: Anders als von den Fachleuten des DWA-Hauptausschusses KEK behauptet, ist eine Pelletierung für eine Pyrolyse nicht erforderlich. 

Was die kritisierte Bilanzgrenze angeht, bleibt festzustellen, dass auch unter den Bedingungen der 17. BImSchV Wasser nicht brennbar ist. Solange das im Klärschlamm enthaltene Wasser nicht verdampft ist, kann keine thermochemische Zersetzung der organischen Substanz stattfinden. 

Klärschlamm als Trockensubstanz hat einen unteren Heizwert von etwa 9.000 bis 12.000 kJ pro kg. Um ein Kilogramm Wasser zu verdampfen, benötigt man physikalisch rund 2.300 kJ. Bei einem Wassergehalt von 75 Prozent sind für ein Kilogramm Trockensubstanz drei Kilogramm Wasser zu verdampfen. Dieser Energieaufwand muss sowohl bei der Pyrolyse als auch bei der Verbrennung aufgewendet werden. Ungeachtet noch zu berücksichtigender Wandlungsverluste bleiben also lediglich ca. 25 bis 40 Prozent dessen als maximal möglicher Bilanzgewinn übrig. Anders als behauptet ist rechnerisch kein bedeutsamer Energiegewinn aus Klärschlämmen möglich.

Die für eine Verbrennung teilgetrockneten Klärschlammes benötigte Stützfeuerung bleibt bei der Stellungnahme aus dem DWA-Hauptausschuss unerwähnt, währenddessen der Pyrolyse vorgehalten wird, sie komme für die Volltrocknung nicht ohne den Einsatz von Primärenergie aus. Um solche Wirrungen zu vermeiden, hatten die Autoren die für eine objektiven Vergleich nötigen Bilanzgrenzen ausführlich erklärt.

Bei einer Verbrennung des Klärschlammes wird der sonst im Karbonisat dauerhaft gebundene Kohlenstoff sofort oxidiert. Dabei entstehen große Mengen des Treibhausgases CO₂. Es handelt sich um eine sehr klimaschädliche und im Hinblick auf die weltweiten Bemühungen zum Klimaschutz kritisch zu betrachtende Art und Weise, Wärmeenergie aus einem ungeeigneten Energieträger für womöglich sogar prozessferne Abnehmer herzustellen.

Was sagen Sie zu den Einwänden gegen die Hinweise auf den durchschnittlich hohen Transportaufwand bei zentraler Verbrennung?

Dr. Steffen Heinrich: Der von Herrn Prof. Dr.-Ing. Dichtl und seinen Mitautoren vermittelte Eindruck, dass für jedes zentrale Klärwerk auch im ländlichen Raum Deutschlands eine Klärschlammverbrennungsanlage mit Trocknungsanlage sowie Dampfturbine und angeschlossener Phosphorrecyclinganlage entstehen könnte und damit so gut wie kein Straßenverkehr verbunden sei, entbehrt jeglicher wirtschaftlich und baufachlich darstellbarer Grundlagen und ist in der Zukunft auch nicht absehbar. Vielmehr gehen die Autoren des »Fußabdruckes« von einem Szenario aus, wonach nicht alle Klärwerke in einer Großstadt oder nahe eines Chemieparks stehen, wo entsprechende Mengen an Klärschlämmen zum Betrieb einer nahegelegenen Verbrennung und P-Raffinerie anfielen und wirtschaftlich wären. Daher mussten für einen objektiven Vergleich mit dem dezentral und in allen Größenordnungen anwendbaren Pyrolyseverfahren Fahrleistungen für in wenigen zentralen Verbrennungs- und Aufbereitungsanlagen zu verarbeitende Klärschlämme bzw. Aschen angenommen werden. Experten gehen davon aus, dass lediglich etwa ein Drittel der gegenwärtig im Gespräch befindlichen neuen Anlagen letztendlich gebaut wird. Niemand kann heute abschließend und belegbar sagen, wieviel Verkehr tatsächlich zukünftig durch die Entsorgung und Verarbeitung von Klärschlammprodukten entstehen wird. Bekanntlich sind Prognosen schwierig, wenn sie die Zukunft betreffen. Dennoch steht es den Kritikern frei, eigene Szenarien zu entwickeln und hinsichtlich der verkehrsmäßigen Auswirkungen zu betrachten. Abgesehen davon wird dem aufmerksamen Leser des vorgestellten » Fußabdruckes« nicht entgangen sein, dass der auf den Transport entfallende Anteil an Emissionen gegenüber demjenigen infolge der Verbrennung äußerst gering ist und einen verschwindend kleinen Teil von nur knapp fünf Prozent der Gesamtemissionen ausmacht. Umso schwerer wiegt der ökologische Vorteil des im Boden dauerhaft gebundenen Kohlenstoffs.

Sind Sie enttäuscht von der pauschalen Ablehnung der »Stellungnahme«?

Dr. Steffen Heinrich: Nein. Einerseits ist soetwas menschlich. Was man nicht kennt – das lehnt man ersteinmal ab. Wir sind dankbar, dass in der KA die Möglichkeit geschaffen wurde, einen Diskussionsbeitrag zu einem alternativen Verfahren zu veröffentlichen. Mit der Alternative rührt man natürlich immer an der Mainstream-Tradition. Ich wurde vor Jahren um einen Beitrag in der Wissenschaftlichen Zeitschrift der Max-Planck-Gesellschaft zu unserer Klärgasverstromung mit einem Stirling-Motor gebeten. Wir hatten damals bereits mehrjährige Betriebserfahrung. Der Artikel erschien jedoch nie, weil sich keine zwei Gutachter fanden, die über die nötige Kompetenz verfügten, den Inhalt fachlich zu beurteilen. Das ist ein Grundkonflikt zwischen Bewährtem und Alternativem.

Aber wir leben gerade in einem weltweiten Umbruch ohne Beispiel. Die zentralisierte Industriegesellschaft hat uns in eine Sackgasse geführt. Wir verdanken unsere Existenz nicht uns selbst. Die Erde entstand aus kosmischen organischen Kräften. Wir müssen versuchen, die vernünftigen Strukturen der Natur zu begreifen, um technologische Lösungen mit der Natur und nicht gegen die Natur zu finden. Im Februar dieses Jahres war in der Nähe des Eingangs zur Messe Berlin ein großer Schriftzug zu lesen gewesen: Alles was gegen die Natur ist, hat auf Dauer keinen Bestand. (Charles Darwin)«

Wenn es der Menschheit in den nächsten Jahrzehnten nicht gelingt, sich in die Naturkreisläufe einzufügen, steht ihre Existenz auf dem Spiel. Den Klärwerken kommt in diesem Prozess eine neue Rolle zu. Von einem Abfallvernichter entwickelt es sich zu einer Art Stoffwechsel-Transformator. Wir betreiben in Niederfrohna seit dem Jahre 2010 Klärgasverstromung mit dem Stirling-Motor, nutzen auf unseren Dächern alle Möglichkeiten der Gewinnung von Solarenergie und betreiben mit dem durchfließenden Abwasser ein Wasserrad. Die Errichtung auch einer Windkraftanlage war uns leider wegen der verschärften gesetzlichen Bestimmungen nicht möglich. Man braucht jedoch diese vielen verschiedenen Standbeine zur alternativen Energieumwandlung. Die Klärschlammveredlung mit Pyrolyse ist eine logische Weiterentwicklung unseres energetischen Konzeptes aus dem Jahre 2011. Klärschlamm kurzerhand zu verbrennen, passt nicht mehr in unsere Zeit. Es geht heute um Stoffwechseltransformation. Ohne solche Verfahren brauchen wir über Nachhaltigkeit gar nicht erst zu reden. Nur mit der Einordnung in Naturkreisläufe werden wir unserer menschlichen Verantwortung zur Bewahrung der Schöpfung gerecht.

Wie ist der aktuelle Stand der Klärschlammveredlung in Niederfrohna?

Dr. Steffen Heinrich: Wir haben bisher fünf Monate Testbetrieb hinter uns. Die gesammelten Daten werden ausgewertet. Wir bereiten eine Publikation mit der Dokumentation des Verfahrens und aller relevanten Daten auf einer beigelegten DVD vor. Die Versuchsarbeiten verzögerten sich etwas. Aber die Erfahrungen im Betrieb der Anlage sind ungeheuer wichtig. Wir mussten den Termin einer für den November geplanten Arbeitstagung leider verschieben. Sie wird nun am 2. Juni 2021 in Niederfrohna stattfinden. Alle Interessierten sind herzlich eingeladen. Die Anmeldung erfolgt über den Organisator der Tagung, den Mironde Verlag, der am 2. Juni 2021 auch das Handbuch präsentieren wird. (mail@mironde.com)

Sehr geehrter Dr. Heinrich, recht herzlichen Dank für das Gespräch! Johannes Eichenthal

Die Litterata – Technik und Poesie in Mitteleuropa – ist ein Feuilleton des Mironde Verlags (www.mironde.com) und des Freundeskreises Gert Hofmann.