Fornitura sostenibile di materie prime: il nuovo processo FlashPhos converte i fanghi di depurazione in fosforo per uso industriale
Smaltire i rifiuti degli impianti di trattamento delle acque reflue e contemporaneamente recuperare il fosforo bianco: Il nuovo processo termochimico FlashPhos dimostra come funziona. Attualmente è l'unica tecnologia in Europa in grado di produrre questa materia prima essenziale per uso industriale in modo ecologico, efficiente ed economico. Un consorzio europeo, coordinato dall'Università di Stoccarda, ha sviluppato e studiato questa tecnologia.
Una materia prima essenziale
Il fosforo bianco (P₄) è una materia prima indispensabile per l'industria chimica, farmaceutica, alimentare ed elettronica. "Il nostro obiettivo è garantire un approvvigionamento sostenibile di materie prime economicamente importanti, di difficile accesso e sempre più scarse", afferma il Prof. Markus Reinmöller, direttore dell'Istituto per l'ingegneria dei processi energetici e la dinamica dei sistemi energetici (IED) dell'Università di Stoccarda. "Questo obiettivo può essere raggiunto solo se produciamo queste materie prime critiche nell'ambito di un'economia circolare, come dimostra il processo FlashPhos". Mentre i metodi convenzionali recuperano il fosforo dai fanghi di depurazione per utilizzarlo nei fertilizzanti, FlashPhos produce P₄ come materiale di partenza per un'ampia gamma di applicazioni industriali, tra cui batterie per auto, ritardanti di fiamma, catalizzatori e produzione di chip. Attualmente, solo quattro Paesi producono fosforo bianco, rendendo l'Europa fortemente dipendente dalle importazioni.
Chiudere i cicli delle risorse attraverso il trattamento dei fanghi di depurazione
I depositi di fosfato economicamente validi sono distribuiti in modo disomogeneo nel mondo. A parte alcuni piccoli giacimenti in Finlandia, attualmente non esistono giacimenti sfruttabili in Europa, e anche i noti giacimenti in Norvegia sono difficili da sfruttare. Da quando l'ultima fornace produttrice di P4 è stata chiusa nel 2012, l'Unione Europea (UE) si è affidata interamente alle importazioni. Data la sua importanza economica, la dipendenza dalle importazioni e la disponibilità limitata, l'UE classifica il fosforo bianco come una materia prima critica. Allo stesso tempo, i fanghi di depurazione ricchi di fosforo provenienti dal trattamento delle acque reflue pongono crescenti problemi ambientali e di smaltimento. Pertanto, il recupero del fosforo dai fanghi di depurazione diventerà obbligatorio in Germania a partire dal 2029.
In futuro, si prevede che gli impianti FlashPhos consentiranno uno smaltimento dei fanghi di depurazione rispettoso dell'ambiente, recuperando al contempo materiali preziosi. Oltre al fosforo bianco, il processo consente di ottenere altri prodotti utili che possono sostituire le materie prime ad alta intensità di CO₂. "Questo riduce la dipendenza dalle importazioni e rafforza l'economia circolare", spiega Christian Schmidberger, ricercatore dello IED e coordinatore di FlashPhos.
Un processo innovativo in tre fasi
Il processo FlashPhos prevede tre fasi per separare e recuperare il fosforo dai fanghi di depurazione. In primo luogo, i fanghi di depurazione umidi vengono lavorati in un "macinatore essiccatore" di nuova concezione, producendo una polvere fine e quasi priva di acqua. Nella seconda fase, questa polvere viene convertita in pochi millisecondi nel "reattore flash" in un gas combustibile e in scorie contenenti fosfati. Questo processo avviene a temperature di 1.600°C. L'energia necessaria al processo proviene dai componenti organici (contenenti carbonio) dei fanghi di depurazione stessi. Nella fase finale del processo, le scorie contenenti fosfati vengono trattate ad alte temperature in un cosiddetto "raffinatore", che produce fosforo bianco elementare come prodotto principale. Altri prodotti sono un sostituto del cemento rispettoso del clima, una lega di ferro e un concentrato di metalli pesanti adatto a ulteriori lavorazioni nell'industria metallurgica. I gas e il calore di scarto prodotti durante queste fasi possono essere riutilizzati in altri processi industriali, riducendo il fabbisogno di combustibili fossili.
Scalare per la produzione industriale
Il "dryer grinder", sviluppato dal partner del progetto Buss-SMS-Canzler GmbH (SMS), è stato testato e ottimizzato presso l'Istituto di ingegneria sanitaria, qualità dell'acqua e gestione dei rifiuti solidi (ISWA) dell'Università di Stoccarda. I dimostratori del reattore flash e del raffinatore sono stati sviluppati congiuntamente da più partner del progetto e assemblati presso le strutture di Aufbereitung, Recycling und Prüftechnik GmbH (ARP) a Leoben, in Austria. L'impianto pilota tratta fino a 250 kg di polvere di fango di depurazione all'ora.
Il prossimo passo sarà la costruzione del primo impianto di produzione su scala reale. I partner industriali coinvolti in FlashPhos mirano ad avviare la produzione industriale di fosforo bianco entro il 2028. Una sfida ancora aperta è la disponibilità di fanghi di depurazione. Solo alcune regioni densamente popolate dispongono di quantità sufficienti di fanghi di depurazione. "Aree metropolitane come la regione della Ruhr, Barcellona, Madrid o Milano sarebbero particolarmente adatte", spiega Schmidberger. Entro il 2050, gli impianti FlashPhos potrebbero coprire fino alla metà della domanda europea di P₄. In prospettiva, il team di ricerca sta già esplorando ulteriori applicazioni: "La nostra visione a lungo termine allo IED è quella di recuperare altre materie prime critiche dai flussi di rifiuti".
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