Kreislaufwirtschaft: Technoökonomische Bewertung von Phosphor-Recyclingverfahren für die Klärschlammnutzung

Institut

Lehrstuhl für Energiesysteme (TUM-ED)

Typ

Semesterarbeit / Masterarbeit /

Inhalt

theoretisch /  

Beschreibung

Phosphor ist ein zentraler Baustein moderner Wertschöpfung – insbesondere für Düngemittel und zahlreiche chemische Anwendungen – und zugleich ein kritischer Engpassfaktor für Europas Versorgungssicherheit. Auf EU-Ebene wird Phosphor bzw. phosphatbasierte Rohstoffe im Kontext kritischer Rohstoffe diskutiert, da der Zugang stark von Importen und geopolitischen Risiken geprägt ist.

Für elementaren Phosphor liegt die EU-Importabhängigkeit (Verarbeitungsstufe) bei rund 98,9 % (Ø 2019–2020). Gleichzeitig steigt die globale Nachfrage: Der weltweite Verbrauch von P₂O₅ in Düngern wurde für 2024 auf ca. 47,5 Mio. t geschätzt und bis 2028 auf etwa 51,8 Mio. t prognostiziert.

Parallel verschärft sich der regulatorische Rahmen: In Deutschland verpflichtet die Novelle der Klärschlammverwertung (AbfKlärV) die Betreiber – und damit faktisch viele Kommunen – zur Phosphorrückgewinnung ab 2029 (bei relevanten Anlagengrößen/Phosphorgehalten).

In dieser Studienarbeit bewerten Sie systematisch geeignete Phosphor-Recyclingverfahren für die Klärschlammnutzung (insb. Aschen/Verbrennungsrouten) und vergleichen diese technoökonomisch. Die Arbeit erfolgt in Kooperation mit InfraServ Gendorf (Chemiepark Gendorf), dem Betreiber der dortigen Klärschlammverbrennung – mit direktem Praxisbezug für reale Stoffströme und Entscheidungsfragen.

Arbeitspakete:

• Literatur-Recherche und Screening möglicher Phosphor-Recyclingverfahren (Technologieoptionen, TRL, Outputs/Produktqualitäten, Nebenprodukte, Integrationsmöglichkeiten)
• Aufstellen der Massen- und Energiebilanzen je Verfahren (Haupt- und Nebenströme, Utilities, Annahmen & Systemgrenzen)
• Vereinfachte Wirtschaftlichkeitsrechnung je Verfahren (CAPEX/OPEX-Treiber, Sensitivitäten, Kostenspannen, ggf. Erlöse/Entsorgungskosten)
• Szenarienbasierter techno-ökonomischer Vergleich (z. B. Energiepreise, Chemikalienkosten, Skalierung, regulatorische Randbedingungen) und Ableitung von Handlungsempfehlungen

Voraussetzungen

• Eigenständige, strukturierte Arbeitsweise und Freude an analytischem Arbeiten an einer praxisnahen Fragestellung
• Interesse an Kreislaufwirtschaft, Verfahrenstechnik und technoökonomischer Bewertung
• Sicherer Umgang mit Excel oder Python/Matlab

Möglicher Beginn

sofort

Kontakt

Sebastian Bastek, M.Sc.
Raum: MW 3737
sebastian.bastektum.de