11 nov 2015

Fosfaatkringloop nog lang niet gesloten

Struviet. Foto door Koelle, Duitstalige Wikipedia. CC BY-SA 3.0

Sommige waterschappen kloppen zich op de borst vanwege het fosfaat dat zij terugwinnen uit rioolwater. Maar de struviettechnologie die zij toepassen haalt lang niet al het fosfaat uit onze plas en poep. Het is tijd om grotere stappen te zetten in de recycling van fosfaat. Nieuwe technologie wacht op toepassing. 

We recyclen glas, papier en plastic. Er is beleid opgesteld en infrastructuur aangelegd om dat mogelijk te maken. Geen van deze materialen staat op de EU-lijst van kritieke grondstoffen. Fosfaat wel. Dus waarom recyclen we dat niet?

Fosfaat is een essentieel element voor het leven op aarde en voor onze voedselvoorziening, zo legt Wouter de Buck uit in zijn artikel in tijdschrift De Helling. Als cruciaal element in kunstmest zorgt fosfaat ervoor dat we genoeg eten kunnen produceren. Daarom is fosfaat belangrijker dan aardolie – je kunt wel besluiten een dag niet auto te rijden, maar een dag niet eten wordt lastig. Hoewel het fosfaat op aarde niet direct opraakt, wordt het wel steeds moeilijker en duurder om fosfaat te delven.

Aan de andere kant: fosfaat is een chemisch element, dus je kunt het niet vernietigen. Als het per ongeluk wordt verspreid op plekken waar we het niet willen hebben, werkt het ook daar als meststof en krijgen we algenbloei (eutrofiëring) - een dikke groene algensoep in sloten en meren.

Goed fosfaatmanagement is dan ook vooral een kwestie van het afvangen en terughalen van fosfaat, vóór het in het milieu terecht komt. Een plek waar dat goed kan is het riool.

Struviet niet zaligmakend

We krijgen dagelijks fosfaat binnen via ons voedsel en scheiden het ook weer uit, via het toilet. Rioolwater is daarom rijk aan fosfaat. Omdat dit fosfaat niet in het milieu terecht mag komen, moeten we het eruit halen met een rioolwaterzuivering. Maar hoe krijgen we het fosfaat weer terug in bruikbare vorm?

Één mogelijkheid is het terugwinnen van struviet. Hier is heel wat publiciteit over geweest de laatste jaren. In een bepaald soort rioolzuivering ontstaat spontaan een fosfaatrijke verbinding: struviet. Dit zorgt voor ernstige verstopping en aankoeking. Maar je kunt struviet ook gericht laten ontstaan in een aparte reactor, en het dan als een soort kunstmest verkopen. Leuk natuurlijk, je eigen lokaal teruggewonnen fosfaat. Maar het levert niet zoveel op in de verkoop. Het scheelt vooral onderhouds- en energiekosten doordat er minder verstopping optreedt. Struviet is dan ook vooral een technologie om de kosten van de zuivering omlaag te brengen. Dat is een volstrekt legitiem streven, maar mag niet verward worden met het primaire doel om fosfaat te recyclen – het fosfaat is eigenlijk een bijproduct.

Struviettechnologie is slechts toepasbaar op een minderheid van de rioolzuiveringen in Nederland. Je kunt er op zo'n zuiveringsinstallatie minder dan een derde van alle rioolfosfaat mee terugwinnen. Dat betekent dat op deze manier maar zo'n tien procent van het Nederlandse rioolfosfaat recyclebaar wordt. De rest komt nog steeds terecht in het rioolslib, een bijproduct is van de rioolzuivering.

Daarnaast is struviet een nicheproduct. De bestaande kunstmestindustrie heeft nauwelijks een mogelijkheid om het materiaal als grondstof in te zetten. Struviettechnologie recyclet wel wat stikstof in bruikbare vorm, maar dat is niet meer dan een fractie van wat er in het riool zit.

Struviet blijkt overigens wel een heel interessant onderwerp voor een ander soort recycling, namelijk het recyclen van kennis. Op weinig onderzoeksterreinen wordt zoveel onderzoek eindeloos en zinloos herhaald. Het subsidiegeld dat hier in gaat zitten zou beter besteed kunnen worden.

Ook innovaties als het gescheiden opvangen van urine om er struviet van te maken klinken in eerste instantie goed, en werken in de Derde Wereld vaak ook, maar wie eens met hoeveelheden fosfaat gaat zitten cijferen voor de Nederlandse situatie komt al snel tot een ontnuchterende conclusie. Het kost heel veel moeite en het levert geen grote hoeveelheden fosfaat op. Daar gaan we geen echt circulaire economie mee opzetten.

Gescheiden urineopvang op het Deense Roskildefestival. Foto: Stig Nygaard. CC BY 2.0Kortom, we zijn er nog lang niet als we struviet gaan produceren. Op zich is het een goede eerste stap die mensen bewust kan maken van de waardevolle grondstoffen in ons rioolwater. Je kunt struviet immers zien en aanraken en het komt ook nog uit je plaatselijke zuivering. Maar na alle struvietborstklopperij moet iedereen wel een volgende stap maken: terugwinnen van zoveel mogelijk fosfaat. Liefst alles.

Rioolslib niet op akkers

Zoals gezegd komt bijna alle fosfaat uit plas en poep terecht in rioolslib. Dat is een materiaal dat overblijft nadat het afvalwater is gezuiverd. Je kunt dit slib natuurlijk direct als meststof inzetten. Helaas bevat rioolslib, zeker in stedelijk gebied, een indrukwekkende verzameling schadelijke bacteriën (denk eens aan een ziekenhuisriool), zware metalen en residuen van medicijnen en drugs. Niet echt iets wat je op je sla wilt strooien. Deze toepassing is in Nederland terecht verboden. Ook in het buitenland wordt er kritisch naar gekeken. Een aantal grote voedselconcerns koopt geen agrarische producten die zijn geteeld op land dat met rioolslib is bemest. Tot overmaat van ramp wordt het fosfaat in het slib niet goed opgenomen door de landbouwgewassen, en daar was het nou net om te doen.

Dus moeten we het fosfaat dan maar op een of andere manier uit het natte slib proberen te peuteren? Helaas valt dat vies tegen. Je krijgt een vuil product, laat zeker de helft van het fosfaat zitten en het product is niet goed verkoopbaar. Pogingen om nog meer nuttigs uit slib terug te winnen, zoals biopolymeren, zijn gedoemd tot mislukken, al klinkt het wel goed. Rioolslib is daarvoor een redelijk hopeloze grondstof. Zulke processen zijn duur en weinig effectief. Wie dat per se wil kan beter eens zijn tanden zetten in het mestoverschot uit de veeteelt. Daar valt voor biopolymeren meer mee te beginnen.

Verbranding van rioolslib is onontkoombaar

Willen we toch alle fosfaat terugwinnen in nuttige vorm, dan ontkomen we niet aan rioolslibverbranding, of een variant daarop. Bij de verbranding van rioolslib komt een as vrij die rijk is aan fosfaat. Deze bevat maar liefst negentig procent van het fosfaat dat via het riool de zuivering in gaat. Van deze as kan kunstmest of iets anders gemaakt worden. Intussen zijn alle bacteriën en medicijnresten vernietigd. Verbranding van rioolslib is dan ook eerder een reinigingsmethode dan een ongewenste stap op de ladder van Lansink. Wel gaan door de verbranding stikstof en organisch materiaal verloren. Alles tegelijk terugwinnen, en dan ook nog op efficiënte wijze, is erg lastig. Dan moeten we toch maar voor de meest kritieke component kiezen: fosfaat.

Rioolslibverbranding is een grootschalig industrieel proces dat gepaard gaat met CO2-emissies. Op het eerste gezicht niet bepaald een fijne groen-ecologische oplossing. Maar een moderne rioolslibverbranding wint energie terug uit het slib en stoot nauwelijks schadelijke stoffen uit - behalve CO2. Dat CO2 stelt ons hier trouwens voor een lastige keuze: fosfaat weggooien of CO2 uitstoten? Zelfs met een vergelijking van alle verschillende milieu-aspecten (Life Cycle Analysis) kom je hier nooit goed uit.

Vóór rioolslibverbranding pleit dat het gaat om niet-fossiele koolstof (verse biomassa) die verbrand wordt. Daarmee wordt op fossiele brandstoffen bespaard. Een deel van de CO2 zou ook vrij komen als het rioolslib zou worden gecomposteerd of toegepast in de landbouw.

Rioolslib apart verstoken

Om fosfaat terug te winnen moet het rioolslib wel apart worden verbrand. Gooi je het bij de huisvuilverbranding of in een cementoven, dan verdun je het fosfaat of komt het terecht in beton waar niemand er nog iets aan heeft. Dit gebeurt overigens ook met fosfaatrijk slachtafval. Men krijgt hier zelfs CO2-credits voor. Deze praktijken dienen zo snel mogelijk beëindigd te worden door het invoeren van regelgeving die het verdunnen van fosfaat verbiedt.

Apart verstoken dus. Een groot voordeel is dat rioolslibverbranding gecentraliseerd is. De helft van het Nederlandse rioolslib wordt in slechts twee installaties verbrand. Dat schiet lekker op als je echt iets aan fosfaatterugwinning wil doen. Beter dan dat iedereen op zijn balkon in zijn eigen poep moet gaan zitten roeren in ieder geval. Wel is de as een grondstof, geen kant-en-klare kunstmest. Er moet nog iets mee gebeuren. Bij voorkeur maken we er iets van dat iedereen kent en nodig heeft, zoals kunstmest of elementaire fosfor – in plaats van een product dat toevallig gevormd wordt, zoals struviet. Op deze manier vervangt rioolslibas fosfaaterts in een bestaande productieketen. Zo komt de circulaire economie echt op gang.

Nieuwe technologieën komen eraan

De industrie kan – en gaat - aan de slag met rioolslibas. Omdat de samenstelling afwijkt van het klassieke fosfaaterts werken de vertrouwde verwerkingsroutes niet goed. Daarom worden nieuwe technologieën ontwikkeld. Onder andere door de Amsterdamse kunstmestproducent ICL, die assen in zijn productieproces bijmengt en de technologie gaandeweg aanpast naarmate er meer gerecycled materiaal wordt ingezet. Dit is een langdurige ontwikkeling en nog een hele opgave. Dat geldt ook voor het proces van het Belgische bedrijf Ecophos, dat vanaf 2017 de as van de twee Nederlandse rioolslibverbrandingsinstallaties zal verwerken tot kunstmest of diervoedingsfosfaat. Ecophos gebruikt afval van een ander procedé om de as om te zetten in iets bruikbaars. Verder kost dit proces weinig energie en stoot het geen CO2 uit. Ook hiervoor geldt dat er nog technologische hordes genomen moeten worden en dat niet alle details van het proces zijn uitontwikkeld. Er zullen mogelijk een aantal zijstromen ontstaan (verontreinigingen zoals zware metalen die uit de as verwijderd worden) die het succes danig kunnen beperken. De komende jaren volgen de geïnteresseerden in fosfaatrecycling deze ontwikkelingen met belangstelling.

Andere processen gebruiken hoge temperaturen om de as in een soort kunstmest om te zetten (AshDec) en eventueel een brandstofgas te maken (MePhrec). De verhittingsstap van AshDec kan aan een bestaande rioolslibverbranding worden gebouwd, waardoor dit weinig extra energie vergt. Het Mephrec-proces - dat verbranding vervangt - lijkt energetisch goed in elkaar te zitten, maar maakt vooralsnog een niet erg bruikbaar fosfaatproduct. De hoge investeringskosten en de onzekere marktperspectieven maken de kans op een doorbraak klein. Deze processen zijn wel al te koop, of in ontwikkeling in Duitsland. Daar is ook een bedrijf (Recophos) actief dat de as met zwavelzuur of fosforzuur direct omzet in een laagwaardige, maar bruikbare kunstmest, wat in ieder geval een goedkope manier is om te recyclen. Of dit product het gaat redden in concurrentie met betrouwbaardere en betere kunstmest op basis van gemijnde fosfaten is lastig te voorspellen. Dat klassieke kunstmest goedkoop is helpt ook niet echt. In feite is fosfaaterts te goedkoop om fosfaatrecycling echt goed op gang te krijgen.

Daarnaast kun je uit rioolslibas elementaire fosfor maken, een grondstof voor een groot palet aan materialen voor onder meer brandvertragers, katalysatoren, lithium-ion-accu's en smeermiddeladditieven. Het gaat om een energie-intensief procedé, maar dat is de productie van fosfor uit fosfaaterts ook, dus deze energiebehoefte is eerder aan het product toe te rekenen dan aan het recyclingproces. Een door de EU gesubsidieerd consortium (eveneens Recophos geheten, in Oostenrijk en Duitsland) is hiermee bezig geweest, en ook het inmiddels failliete Nederlandse bedrijf Thermphos was hiermee druk doende. Doordat zuivere fosfor een hoogwaardig product is maakt deze route een kans, ondanks de hoge investeringen.

Stel fosfaatrecycling verplicht

Wat het ook wordt, het kan geen kwaad als we met zijn allen aangeven dat we dit graag willen laten gebeuren. Allereerst door onze politici te vragen om fosfaatrecycling verplicht te stellen en verspilling te verbieden. Soepeler toelatingsregels voor gerecyclede meststoffen staan inmiddels op de agenda. En misschien willen we er in onze afvalwaterheffing wel een klein bedrag voor betalen.

De Zwitsers hebben dat alvast goed begrepen. In Zürich stemde onlangs bij een referendum bijna 94 procent van de mensen vóór het terugwinnen van fosfaat via een slibverbrander, zelfs als dat ieder huishouden een paar frank kost. Het blijkt een aansprekend onderwerp dat prima uit te leggen is. Dat kunnen we in Nederland toch ook zeker! 

Onafhankelijk adviseur op het gebied van fosfaatrecycling en chemie.
Alle artikelen

Reacties

Een duidelijk verhaal over fosfaat, maar ook deze methode kent een keerzijde. Vroeger werd via een septietank alle afvalwater van een huishouden "gefilterd"en de restanten op open water geloosd. Met als gevolg wat meer donker water in de sloten, dit water werd uiteindelijk afgevoerd naar zee. Toen was de visstand in de kanaaltjes en diepjes vele malen beter als nu, zelfs op de zeeen was de visstand beter. Met het weghalen van fosfaten uit afvalwater krijgen we mooi helder water zonder algen enzo, maar ook veel minder biomassa aan vis. De link visstand en zuiveringen ia blijkbaar nog nooit degelijk onderzocht. Aan de ene kant wensen we schoner water, maar daar willen we dan ook in vissen. Kortom onderzoek de invloeden van zuiveringen op de visstanden, en men zal tot de conclusie komen dat een verminderd fosfaat aan water zal leiden tot verminderde visstand.

Inderdaad wordt vaker vermoed dat de visstand in zee lijdt onder minder fosfaataanbod vanuit de rivieren. Lastig te controleren, omdat overbevissing en de effecten van andere verontreinigingen het beeld er bepaald niet helderder op maken. Het laat zich wel goed voorstellen. Probleem is wel dat je dan via gevoelige oppervlaktewateren de zee zit te bemesten, en dat daardoor in het traject van riool naar zee vaak schade wordt aangericht.
Wat zoetwater betreft, een goed functionerend zoetwater-ecosysteem kan extra bemesting goed aan, doordat er dan meer algenetende watervlooien en predatoren daarop zullen komen. Uiteindelijk meer vis dus. Feit is dat dit in de praktijk vies tegenvalt. Het vermoeden is dat watervlooien en andere zoetwatermicrofauna lijden onder gifstoffen die verhinderen dat de stand meegroeit met het algenaanbod. Op die manier zou een overaanbod van alleen fosfaat door de natuur te managen zijn, en zijn de watervlooienkillers de uiteindelijke veroorzakers van algenbloei. Wat het ook is (onderzoeken zijn schaars en er zijn vaak tegenstrijdige resultaten), we hebben nu eenmaal pesticiden en antibiotica (via mest) in het systeem, en in de praktijk leidt dit vaak tot algenbloei en dode vis i.p.v. veel levende vis.
Zeebemesting vindt overigens wel in vergelijkbare vorm in Engeland plaats. Rioolzuiveringen aan de kust hebben veel minder strenge effluentnormen voor fosfaat dan zuiveringen in het binnenland. Fosfaat direct naar zee is nl. geen ramp. Wel raak je het zo vooral kwijt, omdat het sterk verdund wordt.
Je zou de zee direct kunnen bemesten, maar dat lijkt me een nogal inefficiente manier van fosfaatgebruik. Misschien dat je in viskwekerijen de boel meer circulair kan inrichten.

Vraag me af hoe die fosfaat uit de as wordt vrijgemaakt? Worden daar veel chemicalien en energie voor gebruikt? Hoe milieubezwaarlijk is dat? En waar blijven de zware metalen en andere verontreinigingen in de as? Toepassen in diervoeder betekent dit dat het in onze voedselkringloop belandt? Is dat veilig?

@adviseur: de as wordt door Ecophos met een afvalstroom zoutzuur bewerkt, waardoor er fosforzuur ontstaat. Remondis is overigens met een vergelijkbaar proces bezig. Het energieverbruik van dergelijke processen valt mee. Vergelijking met de klassieke route naar fosforzuur/voederfosfaat (uit erts en zwavel) is het eerlijkst, maar dat is lastig omdat er daarvan diverse varianten zijn, met heel verschillend energieverbruik. Maar grosso modo: afval + afval = produkt, en het kost niet significant meer energie dan de ertsroute. Elementaire fosfor maken (het andere genoemde proces) kost wel veel energie, maar dat kost het ook vanuit erts, dus in vergelijking zeker niet meer. Dan kan je beter vanuit afval werken. De vraag of je überhaupt behoefte hebt aan dit energie-intensieve produkt, bv om broomhoudende brandvertragers te vervangen door fosforhoudende, is erg lastig te beantwoorden.
"Veel chemicaliën" klinkt trouwens wel erg negatief, het ene chemicalie is het andere niet. En chemie is niet eng of vies, althans meestal dan toch.
Waar de zware metalen in het bewerkingsproces blijven is wel interessant (goede vraag), als het goed is gaan die geconcentreerd naar een depot. Niet naar het produkt in ieder geval, veevoederfosfaten kennen strikte kwaliteitsnormen.
Dat is overigens in de kunstmestproduktie uit erts wel anders, we strooien via kunstmest bakken cadmium en uranium op onze akkers die in het erts voorkomen en voor het grootste deel meegaan naar het produkt. Maar dat is weer een andere discussie.

Reactie toevoegen