EnBW Klärschlamm-Heizkraftwerk Walheim; Deutschland könnte 40 Prozent seines Phosphorbedarfs decken

Klärschlammverbrennung: So gewinnt man aus Abwasser wertvollen Phosphor

Klärschlamm ist weit mehr als ein Reststoff. Vor allem der darin enthaltene Phosphor ist wertvoll. Doch um dieses Potenzial zu nutzen, braucht es moderne Monoverbrennungsanlagen – und genau hier besteht noch deutlicher Nachholbedarf, zumal ab 2029 alle Kläranlagen dazu verpflichtet sind, Phosphor zurückzugewinnen.

Klärschlamm enthält wertvollen Phosphor, der für die Düngemittelproduktion benötigt wird und bisher meist importiert werden muss.

Die Monoverbrennung von Klärschlamm ermöglicht es, diesen Rohstoff aus der entstehenden Asche zurückzugewinnen.

Ab 2029 sind Kläranlagen gesetzlich verpflichtet, Phosphor zu recyceln.

Dafür werden in Deutschland deutlich mehr Monoverbrennungsanlagen benötigt als derzeit vorhanden sind.

Mit dem geplanten Klärschlamm-Heizkraftwerk in Walheim schafft die EnBW zusätzliche Kapazitäten für Recycling, Strom- und Wärmeerzeugung.

Was ist Klärschlamm und wie entsteht er?

Klärschlamm entsteht bei der Abwasserreinigung – und bündelt, was im Alltag aus Haushalten und Betrieben ins Abwassersystem gelangt. In den Kläranlagen durchläuft dieses Material mehrere Reinigungsstufen, bei denen die enthaltenen Stoffe gezielt abgetrennt und in speziellen Becken gesammelt werden.

Die verbleibende Masse wird vor Ort mit Zentrifugen oder Pressen entwässert. Das Ergebnis ist ein dunkles, krümeliges Material mit erdähnlicher Konsistenz, das weitgehend geruchsfrei ist und sich gut weiterverarbeiten lässt. Durch eine anschließende Trocknung – entweder direkt in der Kläranlage oder extern – reduziert sich das Volumen deutlich, was den Transport vereinfacht.

Noch wird der überwiegende Teil des Klärschlamms in Kohlekraftwerken oder in Zementfabriken mitverbrannt. Direkt auf die Felder darf Klärschlamm nur unter strengen Auflagen: Denn neben wertvollen Nährstoffen wie Phosphor und Stickstoff enthält Klärschlamm auch Schwermetalle, Arzneimittelrückstände sowie Mikroplastik und Krankheitserreger. Deshalb wurden die Vorschriften für seine Entsorgung und Verwertung in den vergangenen Jahren schrittweise verschärft.

Für die Umsetzung der Verordnungen sind die Bundesländer zuständig – und die verfolgen unterschiedliche Strategien. Während in Baden-Württemberg Klärschlamm fast ausnahmslos verbrannt wird, dürfen ihn Landwirte in Ländern wie Bayern und Niedersachsen in bestimmten Fällen als Düngemittel nutzen.

Welche Verfahren der Klärschlammverbrennung gibt es?

Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Verfahren für das Verbrennen von Klärschlamm: Er lässt sich entweder zusammen mit anderen Brennstoffen oder getrennt in einer Monoverbrennungsanlage verfeuern. Während die Mitverbrennung der Entsorgung dient, ermöglicht die Monoverbrennung die Rückgewinnung von Phosphor.

Fachleute gehen davon aus, dass die Monoverbrennung zum Standard für die Verwertung von Klärschlamm wird. Aus zwei Gründen:

Erstens müssen Klärwerke ab 2029 den im Klärschlamm enthaltenen Phosphor wiedergewinnen.

Zweitens steigt Deutschland in den 2030er Jahren aus der Kohle aus. Klärschlamm kann dann nicht mehr in Kohlekraftwerken mitverbrannt werden, was heute sehr oft der Fall ist.

Quelle: Statistisches Bundesamt, Stand: 2024

Bei der Monoverbrennung verbleiben etwa 90 Prozent des ursprünglichen Phosphors in der Asche. Die Phosphorkonzentration in der gesamten Verbrennungsasche kann hingegen stark schwanken und liegt im Mittel bei etwa fünf Prozent. Anders als bei der Mitverbrennung vermischt sich die entstehende Asche bei der Monoverbrennung nicht mit Rückständen anderer Brennstoffe. Der Phosphor lässt sich so wiedergewinnen. Monoverbrennungsanlagen bilden daher die Grundlage für das gesetzlich vorgeschriebene Recycling von Phosphor aus Klärschlamm und sind wichtig für eine künftige Kreislaufwirtschaft. Damit würde Deutschland auch unabhängiger von Importen werden und könnte 40 Prozent seines Phosphorbedarfs für Mineraldünger selbst decken.

Getrockneter Klärschlamm liefert pro Einheit ähnlich viel Energie wie Braunkohle. Die verwendeten Mengen unterscheiden sich jedoch deutlich. In Deutschland fallen laut Statistischem Bundesamt pro Jahr nur 1,7 Millionen Tonnen getrockneter Klärschlamm an, es werden aber derzeit noch rund 92 Millionen Tonnen Braunkohle verfeuert.

Vor- und Nachteile der Verbrennungsverfahren im Überblick

Praxisbeispiel: Klärschlammverbrennung der EnBW in Walheim

Die EnBW plant an ihrem bestehenden Kraftwerksstandort in Walheim ein hochmodernes Klärschlammheizkraftwerk , das als Nebenprodukt aus der Verbrennung bis zu 300 Haushalte klimaschonend mit Fernwärme versorgen könnte. Die Anlage in Walheim entsteht auf einer alten Kohlehalde, bis März 2025 wurden dort zwei Kohleblöcke betrieben. Vorgesehen ist, dass in Walheim rund 180.000 Tonnen entwässerter Klärschlamm pro Jahr verarbeitet werden. Pro Stunde wird die Anlage ca. 23 Tonnen verwerten können und dafür mehr als 8000 Stunden pro Jahr in Betrieb sein.

Die ersten Arbeiten für das Klärschlammkraftwerk Walheim haben 2025 begonnen, der Rohbau wächst, 2026 kommt die Anlagentechnik hinzu. Das Kraftwerk soll 2027 schrittweise in Betrieb gehen und Mitte 2028 seine reguläre Arbeit aufnehmen. „Das Klärschlamm-Heizkraftwerk bedeutet lokale Wertschöpfung – für Walheim und für Baden-Württemberg und ist wichtig für eine nachhaltige Energiezukunft“, sagt Nils Beeckmann, Leiter Neubauprojekte disponible Erzeugung bei der EnBW.

Die EnBW trägt die Kosten für den Bau vollständig aus eigenen Mitteln. Das Projekt wird somit ohne öffentliche Förderung realisiert. Aktuelle Berechnungen gehen von Investitionen im niedrigen dreistelligen Millionenbereich aus. Diese Investition zeigt das langfristige Engagement der EnBW für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft in Baden-Württemberg.

180.000 Tonnen Klärschlamm pro Jahr

Ca. 23 Tonnen Durchsatz pro Stunde

Bis zu 4 Megawatt Nahwärmeleistung

Walheim: Technische Umsetzung und Verfahren

Folgende Prozesse sind in Walheim vorgesehen:

Der angelieferte feuchte Klärschlamm kommt in einen geschlossenen Speicherbunker und wird in einem weiteren Schritt mit Wärme getrocknet.

Aus dem entstehenden Dampf lassen sich bis zu vier Megawatt Fernwärme gewinnen – genug für rund 300 Haushalte. Gerüche dringen nicht nach außen, das verhindern Unterdrucksysteme, Schleusen und Filtertechnik.

Ein Wirbelschichtofen verbrennt den Klärschlamm dann mit Hilfe von Sand als Wärmeträger bei über 850 Grad.

Die entstehende Abhitze wird genutzt, um Dampf zu erzeugen, der eine Turbine antreibt und Strom produziert. Abgase werden über mehrere Filterstufen gereinigt.

Die verbleibende Klärschlammasche übernimmt ein Dienstleister, der den enthaltenen Phosphor wiedergewinnt.

Warum werden Monoverbrennungsanlagen immer wichtiger?

Monoverbrennungsanlagen gewinnen aufgrund strengerer Vorschriften an Bedeutung. Vor allem die 2017 neugefasste Klärschlammverordnung verpflichtet größere Betreiber, den im Klärschlamm enthaltenen Phosphor zurückzugewinnen. Klärwerke für mehr als 100.000 Einwohner müssen dieser Pflicht ab 2029 nachkommen, Anlagen für mehr als 50.000 Einwohner bis spätestens 2032. Die Forderung lässt sich nach heutigem technischen Stand am besten mit Monoverbrennungsanlagen umsetzen.

In Baden-Württemberg gibt es derzeit drei Monoverbrennungsanlagen – in Karlsruhe, Stuttgart und Mannheim. Vier weitere Anlagen sind in Planung, eine wird von der EnBW in Walheim gebaut. „Die Zahl ist noch nicht ausreichend“, sagt Stephen Kemper. Der Leiter der Karlsruher Stadtentwässerung ist Sprecher der Plattform P-RÜCK, einer Initiative, die Betreiber von Kläranlagen bei der Rückgewinnung von Phosphor unterstützt. Auch über ganz Deutschland hinweg gibt es laut einer Studie im Auftrag des Umweltbundesamtes von 2025 eine erhebliche Lücke zwischen den existierenden Kapazitäten und dem künftigen Bedarf.

Welche Gesetze gelten für die Klärschlammverbrennung?

Die Klärschlammverordnung bildet die wichtigste Rechtsgrundlage für die Entsorgung von Klärschlamm in Deutschland. Hinzu kommen Vorgaben aus Kreislaufwirtschaftsgesetz , Abwasserverordnung , Bundes-Immissionsschutzgesetz und Düngemittelverordnung .

Die Phosphorrückgewinnung ist vor allem in der Klärschlammverordnung von 2017 geregelt. Sie soll nicht nur Böden und Gewässer schützen, sondern auch dafür sorgen, dass Rohstoffe nicht verloren gehen. Früher wurde Klärschlamm oft als Dünger direkt auf Felder gekippt, was aber aufgrund der enthaltenen Gifte und Schadstoffe nur noch sehr eingeschränkt erlaubt ist. Die Klärschlammverordnung setzt einen Schwerpunkt auf die Rückgewinnung von Phosphor.

Für Klärschlammverbrennungsanlagen gibt es strenge Umwelt- und Emissionsvorgaben. Vor dem Bau und Betrieb ist eine Genehmigung nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz erforderlich. Betreiber müssen nachweisen, dass Grenzwerte für Schadstoffe wie Staub, Stickoxide, Schwefeldioxid oder Schwermetalle eingehalten werden. Moderne Rauchgasreinigungsanlagen vermindern die Emissionen auf ein Minimum. Zudem überwachen Messsysteme den Anlagenbetrieb und dokumentieren die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben.

Kosten und Wirtschaftlichkeit: Lohnt sich die Klärschlammverbrennung?

Die Klärschlammverbrennung sorgt für die Verwertung von Abfällen und bietet die Möglichkeit des Rohstoffrecyclings. Sie ist also ein bedeutender Treiber für die künftige Kreislaufwirtschaft. Wie groß der wirtschaftliche Nutzen aktuell ist, steht aber noch nicht eindeutig fest. Auf jeden Fall ist die Klärschlammverbrennung ein Gewinn für Klima und Bodenschutz. Die modernen Anlagen arbeiten wesentlich effektiver und ohne Schadstoffemissionen in die Luft abzugeben.

Die Kosten für die Verwertung von entwässertem Klärschlamm liegen Experten zufolge derzeit bei ca. 120 bis 140 Euro pro Tonne. Hinzu kommen Transportkosten sowie die Kosten für die Phosphorrückgewinnung. P-RÜCK-Sprecher Stephen Kemper geht davon aus, dass sich die bisherigen Kosten der Klärschlammentsorgung durch Monoverbrennung und Phosphorrückgewinnung vervierfachen werden. Als Unsicherheitsfaktor sieht er die Erlöse durch den Verkauf von Recycling-Phosphor, die mit in die Gesamtrechnung einfließen. „Dafür gibt es bislang keinen Markt“, sagt Kemper. Fest steht, dass mögliche Mehrkosten für die Klärschlammentsorgung von den Kommunen auf die Abwassergebühren umgelegt werden.

Welche Zukunft hat die Klärschlammverbrennung?

Die Klärschlammverbrennung mit anschließendem Recycling von Phosphor ist ein wichtiger Baustein für eine nachhaltige und ressourcenschonende Wirtschaftsweise. Deshalb ist der Ausbau einer geeigneten Infrastruktur besonders wichtig.

Die Klärschlammverbrennung stärkt die Kreislaufwirtschaft. Wichtige Rohstoffe gehen nicht verloren, sondern bleiben dem Wertstoffkreislauf erhalten. Der für die Landwirtschaft wichtige Phosphor spielt dabei eine entscheidende Rolle, da in Deutschland natürliche Lagerstätten kaum vorhanden sind. Kläranlagen werden damit zu einer Form des „Urban Mining“ – sie erschließen Rohstoffe aus bereits genutzten Stoffströmen und verringern die Abhängigkeit von Primärrohstoffen. Nach Angaben des Umweltbundesamtes ließe sich so ein relevanter Teil des deutschen Phosphorbedarfs für die Düngemittelproduktion decken.

Die technische Entwicklung konzentriert sich auf Monoverbrennungsanlagen und spezielle Verfahren zur Phosphorrückgewinnung. Ab 2029 sind viele Kläranlagen gesetzlich verpflichtet Phosphor zu recyceln, deshalb entstehen bundesweit neue Kapazitäten. Zugleich geht die Forschung an Verfahren und Methoden weiter , mit denen sich Rohstoffe aus Klärschlamm zurückgewinnen lassen.

Mittlerweile haben Pilotanlagen ihren Betrieb gestartet, um Phosphor aus Klärschlammasche zu recyceln. Forschung und Entwicklung laufen zwar auf Hochtouren. „Noch gibt es aber keine Anlage, die im Regelbetrieb große M