La nuova ordinanza tedesca sui rifiuti e sui fanghi di depurazione richiede ai grandi impianti di trattamento delle acque reflue di recuperare i fosfati dai fanghi di depurazione o dalle ceneri a partire dal 2032. Le tecnologie di recupero convenzionali sono costose e cariche di sostanze chimiche. Una nuova tecnologia offre ora un prezzo più conveniente, alternativa senza inquinamento. I ricercatori di Fraunhofer hanno contribuito ad aumentare il processo.

Come confermeranno gli appassionati di giardinaggio, fiori, rape, pomodori e simili prosperano a malapena senza fertilizzanti. Gli agricoltori si affidano principalmente a preparati contenenti fosfato per fertilizzare i loro campi, con buone ragioni, poiché il fosforo è un elemento costitutivo di tutta la vita e un nutriente essenziale di cui le piante non possono fare a meno. Con il 75% dei giacimenti mondiali situati in Marocco e nel Sahara occidentale, esiste un punto di strozzatura potenzialmente critico nella catena di approvvigionamento del fosforo. Nel 2008 e 2009, le strozzature in cantiere e la speculazione sui mercati minerari mettono a dura prova le linee di approvvigionamento mondiali. Il prezzo del fosforo è aumentato dell'800 per cento. Ciò ha spinto la Commissione europea ad aggiungere questo minerale alla sua lista delle prime 20 materie prime critiche. Anche il governo tedesco è intervenuto. A partire dal 2023, gli operatori dei grandi impianti di depurazione dovranno presentare un piano per il recupero del fosforo. Sebbene gli agricoltori possano spargere le ceneri dei fanghi di depurazione inceneriti direttamente sui loro campi, le piante non sono in grado di fare molto uso del fosforo in esso contenuto. Oltretutto, questa cenere contiene sostanze inquinanti come i metalli pesanti che è meglio tenere lontano dai campi coltivati. Ci sono stati tentativi di recuperare il fosforo nelle ceneri dei fanghi di depurazione utilizzando processi chimici umidi, ma richiedono grandi quantità di prodotti chimici.

Fosforo disponibile per le piante, recuperato in modo conveniente, modo ecologico

Adottando un approccio molto diverso, gli esperti di Fritzmeier Umwelttechnik GmbH &Co. KG stanno sviluppando una tecnologia chiamata P-bac. Questa azienda ha unito le forze con l'istituto di ricerca Fraunhofer per il riciclaggio dei materiali e le strategie delle risorse IWKS di Alzenau e ICL Fertilizers Deutschland GmbH per portare questa tecnologia dal laboratorio a un impianto pilota. Finanziato dal Ministero Federale Tedesco per l'Alimentazione e l'Agricoltura, questo progetto si chiama "Phosphorrecycling—vom Rezyklat zum intelligenten langzeitverfügbaren Düngemittel—PRil" (riciclaggio del fosforo—da riciclato a intelligente, fertilizzante persistente).

"Abbiamo contribuito agli sforzi per aumentare il processo di riciclaggio dell'acqua e il processo di riciclaggio del materiale residuo, studi di fattibilità, e analisi, "dice il dottor Lars Zeggel, project manager presso il Fraunhofer IWKS. "Il fosforo che recuperiamo dalle ceneri con questo processo innovativo è disponibile per la pianta al 50% in un fertilizzante fosfatico solubile in acqua. Al contrario, il fosfato nelle ceneri pure dei fanghi di depurazione è praticamente indisponibile per le piante". il substrato è in gran parte privo di sostanze inquinanti e le relative sostanze inquinanti possono essere ridotte di oltre il 90%. Anche i fertilizzanti provenienti da fanghi di depurazione riciclati sono notevolmente convenienti, come ha dimostrato uno studio di fattibilità condotto dal Fraunhofer IWKS. Il fosfato così prodotto costa circa due euro al chilo. Il fertilizzante prodotto con processi chimici ad umido arriva ad almeno quattro-sei euro al chilogrammo. Il fosforo da fonti riciclate è ancora più costoso del fosforo primario del Marocco, che si attesta a 70 centesimi per chilogrammo P2O5. Però, in netto contrasto con il fosforo riciclato, il fosforo primario contiene sempre più inquinanti come cadmio e uranio.

Liberare i batteri dal guinzaglio

Fritzmeier ha sviluppato il processo per recuperare il fosforo dai fanghi di depurazione. Invece di aggiungere sostanze chimiche come l'acido solforico alle ceneri dei fanghi, questi esperti lasciano che i batteri facciano il lavoro. I batteri assorbono l'anidride carbonica dall'aria, un effetto collaterale benefico, e producono acido solforico utilizzando zolfo elementare aggiunto per estrarre il fosforo dalla cenere. Tenuto in condizioni di vita selezionate per facilitare questo processo, altri batteri assorbono il fosforo, arricchirlo, e rilasciarlo di nuovo quando questo ambiente cambia. Questo produce precipitati solidi di fosfato di ferro che possono essere separati dal percolato. I ricercatori del Fraunhofer IWKS hanno esaminato diversi aspetti di questo, compresa l'acqua di processo. "Occorrono circa dieci litri di acqua di processo per riciclare un litro di ceneri di fanghi di depurazione, " dice Zeggel. Una volta estratto il fosfato, quest'acqua può essere riutilizzata immediatamente per propagare i batteri. Il ciclo può essere ripetuto più volte prima che l'acqua debba essere desalinizzata. "Siamo stati in grado di adattare la filtrazione a membrana in modo da poter rimuovere il 98 percento del solfato, ovvero, zolfo—dall'acqua e infine fa circolare il 75% dell'acqua di processo, " dice Zeggel. Questo lascia molta meno acqua di processo da smaltire e conserva una grande quantità di energia. La procedura non è solo ecologica, ma elimina anche un importante fattore di costo. L'energia necessaria per far evaporare l'acqua è una delle più grandi driver di costo.Il team di ricerca è stato in grado di ridurre significativamente i costi operativi con il vantaggio della filtrazione a membrana.L'intero processo è pronto per l'uso su una scala di cento litri.