Kostnadsuppskattning av fosforåtervinning med data

En jämförelse av investering och driftkostnader för nio olika alternativ för fosforåtervinning lämpliga för implementering i fullskala visade att även om kostnaden per kg återvunnen fosfor var högre än marknadspriset var en återvinning prisvärd för samhället.

Av: Bengt Andersson

Kommunalt avloppsvatten innehåller stora mängder fosfor och en hållbar återvinning är viktig för att minska behovet av import av fosfor från sinande gruvor. Trots ett otal studier av alternativa metoder har teknik för fosforåtervinning inte kommit till användning i någon större omfattning i fullskala. En orsak till detta kanske är bristen på relevanta och tillförlitliga uppskattningar av kostnaderna för att göra koncepten politiskt gångbara.

I genomförd studie har livscykelkostnaderna (LCC) analyserats för ett begränsat antal återvinningstekniker med möjligheter till en implementering i fullskala. Teknikerna är baserade på slam, rejektvatten eller aska från slamförbränning. Betraktade tekniker har även värderats och beskrivits i P-REX, ett EU-finansierat FoU-projekt om fosforåtervinning.

Genomförande

Nio olika scenarier för fosforåtervinning betraktades i studien samt tre scenarier för disponering av slam utan fosforåtervinning (monoförbränning, samförbränning och jordbruksanvändning) för en jämförelse. Tre olika grupper av scenarier kunde urskiljas: processer för fällning av struvit (Airprex, Pearl och Struvia), processer för utlakning av fosfor ur slam (Gifhorn och Stuttgart process) och processer baserade på torkat slam eller aska från förbränning (Mephrec, LeachPhos, Ecophos och Ashdec).

Beräkningarna gjordes utifrån investerarnas perspektiv, där hänsyn togs till alla relevanta sidoeffekter på avloppsrenings- och slambehandlingen vid reningsverket. Intäkter för återvunnen fosfor beaktades dock inte eftersom det ännu inte finns en fungerande marknad för produkterna utom i två fall (Pearl och Ecophos), där leverantören erbjuder sig att köpa produkten till ett bestämt pris. Underlaget för studien har tagits från fullskaleanläggningar i kommersiell drift eller i testdrift samt från pilotanläggningar. Ett omfattande arbete utfördes för att konsolidera mass- och energibalanser samt kostnadsberäkningarna.

Jämförelsen anpassades till tyska avloppsreningsverk både vad avser processdata och kostnader. Kostnadsberäkningarna gjordes för förhållandena vid utgången av 2014 och omfattade investeringar, energi, råvaror, personal och underhåll. Anläggningsstorleken var 1 miljon p.e. för 6 av scenarierna (fällning av struvit, utlakning från slam samt processen med torkat slam) och 2,5 miljoner p.e. för scenarierna med utvinning av fosfor från aska från slamförbränning. En känslighetsanalys gjordes för att belysa effekten av varierande fosforhalt i råmaterialet, av anläggningsstorlek och av räntenivå.

Resultat

I scenarierna med utfällning av struvit kunde mellan 7 och 12 % av inkommande fosformängd återvinnas. Investeringskostnaden uppgick till mellan 1,0 och 2,3 milj. EURO och totalkostnaden till mellan -0,14 (genering av vinst) och 0,23 EURO/pe*år. Detta motsvarade specifika kostnader mellan -3,81 till 3,66 EURO/kg P, vilket var som mest 230 % högre än marknadspriset 1,6 EURO/kg P för tri-superfosfat.

Återvinningsgraden för alternativen med lakning av slam uppgick till mellan 45 och 48 %. Investeringskostnaden uppgick till mellan 5,3 och 6,1 milj. EURO och totalkostnaden till omkring 2,50 EURO/pe*år eller 10 EURO/kg P, vilket var 600 % av priset för tri-superfosfat.

Scenarierna med torkat slam och utlakning från aska gav högst återvinning med mellan 70 och 98 %. Kostnaden för scenarierna påverkades starkt av befintlig slamdisponering och om samförbränning eller jordbruksspridning utnyttjas tillkommer kostnader för monoförbränning. Spridningen i investeringskostnad var stor och den uppgick till 23 milj. EURO för Mephrec och LeachPhos, till 11,7 milj. EURO för Ashdec och till 2,3 milj. EURO för Ecophos.  Totalkostnaden med antagande att monoförbränning redan utnyttjades för disponeringen varierade mellan 0,33 och 1,70 EURO/pe*år motsvarande mellan 0,65 och 4,64 EURO/kg P, vilket var mellan 40 och 300 % av priset för tri-superfosfat. Med antagande om annan slamdisponering ökade kostnaderna till mellan 1,76 och 3,13 EURO/pe*år motsvarande mellan 2,19 och 6,78 EURO/kg P, vilket var mellan 140 och 430 % av priset för tri-superfosfat.

Möjliga framtida intäkter för återvunnen fosfor uppskattades till mellan 3 och 40 % av kostnaderna mot bakgrund av marknadspriserna för struvit (mellan 0,30 till 1,0 EURO/kg P), för fosformineral (0,90 EURO/kg P) och för tri-superfosfat (1,6 EURO/kg P). Detta medförde att kostnaderna för de flesta scenarierna var högre än dagens marknadspris för fosforprodukter även med en intäkt för fosforn.

En känslighetsanalys visade att specifika kostnaden i EURO/kg P dubblerades resp. halverades om fosforhalten minskade till hälften resp. ökade till den dubbla. Specifika kostnaden minskade med cirka 20 % om anläggningen femdubblades och ökade med upp till 200 % om den minskades till en femtedel. En halvering resp. dubblering av räntan påverkade inte den specifika kostnaden i någon större utsträckning.

Årskostnaden för fosforåtervinning för det dyraste scenariot utgjorde mindre än 3 % av den totala kostnaden 92 EURO/pe*år för avloppsvattenhanteringen, vilket trots allt gör fosforåtervinning till ett för samhället prisvärt alternativ.

Slutsatser

En beräkning av kostnaderna för nio olika scenarier för fosforåtervinning visade att

Källa: A. Nättorp, K. Remmen, C. Remy. Cost assessment of different routes for phosphorus recovery from wastewater using data from pilot and production plants. Water Science & Technology 76.2 2017, pp 413 – 424.

Hela artikeln från Water Science & Technology finns att köpa här.