TY - JOUR
A1 - Steckenmesser, D.
A1 - Vogel, Christian
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Félix, R.
A1 - Adam, Christian
A1 - Steffens, D.
T1 - Thermal treatment of sewage sludge for phosphorus fertilizer production: a model experiment
N2 - Phosphorus (P) resource availability and quality is declining and recycling P-fertilizers from waste materials are becoming increasingly important. One important secondary P resource is sewage sludge (SSL) where P is often bound as aluminum phosphate (Al-P), iron phosphate (Fe-P) and polyphosphate (poly-P), respectively. Thermal treatment in different ways is a promising way in P recycling to produce highly plant-available P-fertilizers. To investigate mechanisms behind transformation of hardly available P-species toward plant-available P forms we treated a model SSL containing different kinds of defined P sources by low-temperature conversion (LTC) at 500 °C and subsequent thermochemical treatment of the LTC product with Na additives (TCT) at 950 °C, respectively. Pot experiments with ryegrass were carried out to determine the plant availability of P of the different treatments. The poly-P (here pyrophosphates) based fertilizers had a very high plant availability after both thermal treatments. During LTC treatment the plant availability of the Fe-P and Al-P variants increased because of the Formation of Fe(II) phosphates and/or pyro-/polyphosphates. Especially the formation of Al-polyphosphate shows a high plant availability. The subsequent TCT further increased strongly the plant availability of the Fe-P variants because of the formation of highly plant-available CaNaPO4. Thus, a direct TCT without prior LTC probably also produce CaNaPO4 and is recommended for Fe-P based SSL. However, a molar Ca/P ratio of � 1 in the fertilizer is favorable for CaNaPO4 formation. Thus, the knowledge on the source of primary P in SSL is essential for choosing the accurate thermal treatment method to produce highly plant-available P-fertilizers from SSL.
KW - Phosphorus
KW - Sewage sludge
KW - X-ray diffraction
KW - X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy
KW - Fertilizer
PY - 2021
DO - https://doi.org/10.1080/01904167.2021.1994595
SN - 0190-4167
VL - 45
IS - 8
SP - 1123
EP - 1133
PB - Taylor & Francis Online
AN - OPUS4-53755
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Gentzmann, Marie
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Vogel, Christian
A1 - Gäbler, H.-E.
A1 - Huthwelker, T.
A1 - Adam, Christian
T1 - Investigation of scandium in bauxite residues of different origin
N2 - This paper focuses on the scandium speciation in bauxite residues of different origin. Insights into mineralchemical similarities and differences of these materials will be presented and links to their natural geological background discussed. The presented research should provide fundamental knowledge for the future development of efficient and viable technologies for Sc-recovery from bauxite residues derived from different bauxites and accumulating at different localities. In total, five bauxite residues were investigated which originated from Greece, Germany, Hungary and Russia (North Ural & North Timan) using a combination of different analytical tools. Those included: laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry, X-ray absorption near Edge structure (XANES) spectroscopy, μ-Raman spectroscopy as well as scanning electron microscopy and electron microprobe analyses. X-ray fluorescence and inductively coupled plasma mass spectrometry were used to determine the overall chemical composition. The investigated samples were found to exhibit a relatively homogenous distribution of Sc between the larger mineral particles and the fine-grained matrix except for Al-phases like diaspore, boehmite and gibbsite. These phases were found to be particularly low in Sc. The only sample where Sc mass fractions in Al-phases exceeded 50 mg/kg was the Russian sample from North Ural. Fe-phases such as goethite, hematite and chamosite (for Russian samples) were more enriched in Sc than the Al-phases.
In fact, in Greek samples goethite showed a higher capacity to incorporate or adsorb Sc than hematite. Accessory minerals like zircon, rutile/anatase and ilmenite were found to incorporate higher mass fractions of Sc (>150 mg/kg), however, those minerals are only present in small amounts and do not represent major host phases for Sc. In Russian samples from North Ural an additional Ca–Mg rich phase was found to contain significant mass fractions of Sc (>500 mg/kg). μ-XANES spectroscopy was able to show that Sc in bauxite residue occurs adsorbed onto mineral surfaces as well as incorporated into the crystal lattice of certain Fe-phases. According to our observations the bauxite type, i.e. karstic or lateritic, the atmospheric conditions during bauxitization, i.e. oxidizing or reducing, and consequently the dominant Sc-bearing species in the primary Bauxite influence the occurrence of Sc in bauxite residues. In karstic bauxites, underlying carbonate rocks can work as a pH-barrier and stabilize Sc. This prevents the Sc from being mobilized and removed during bauxitization. Hence, karstic bauxites are more prone to show a Sc enrichment than lateritic bauxites. Reducing conditions during bauxitization support the incorporation of Sc into clay minerals such as chamosite, which can dissolve and reprecipitate during Bayer processing causing Sc to be redistributed and primarily adsorb onto mineral surfaces in the bauxite residue. Oxidizing conditions support the incorporation of Sc into the crystal lattice of Fe-oxides and hydroxides, which are not affected in the Bayer process. The genetic history of the bauxite is therefore the major influential factor for the Sc occurrence in bauxite residues.
KW - Sc recovery
KW - Scandium
KW - Bauxite Residue
KW - Red Mud
KW - XANES
PY - 2021
DO - https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2021.104898
SN - 0883-2927
VL - 126
SP - 104898
PB - Elsevier Ltd.
AN - OPUS4-52123
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Vogel, Christian
A1 - Sekine, R.
A1 - Steckenmesser, D.
A1 - Lombi, E.
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Zuin, L.
A1 - Wang, D.
A1 - Felix, R.
A1 - Adam, Christian
T1 - Combining diffusive gradients in thin films (DGT) and spectroscopic techniques for the determination of phosphorus species in soils
N2 - A wide range of methods are used to estimate the plant-availability of soil phosphorus (P). Published research has shown that the diffusive gradients in thin films (DGT) technique has a superior correlation to plant-available P in soils compared to standard chemical extraction tests. In order to identify the plantavailable soil P species, we combined DGT with infrared and P K- and L2,3-edge X-ray adsorption near edge structure (XANES) spectroscopy. This was achieved by spectroscopically investigating the dried binding layer of DGT devices after soil deployment. All three spectroscopic methods were able to distinguish between different kinds of phosphates (poly-, trimeta-, pyro- and orthophosphate) on the DGT binding layer. However, infrared spectroscopy was most sensitive to distinguish between different types of adsorbed inorganic and organic phosphates. Furthermore, intermediates of the time-resolved hydrolysis of trimetaphosphate in soil could be analyzed.
KW - Phosphorus plant-availability
KW - X-ray adsorption near-edge structure (XANES) spectroscopy
KW - Infrared spectroscopy
KW - Diffusive gradients in thin films (DGT)
PY - 2019
DO - https://doi.org/10.1016/j.aca.2019.01.037
SN - 0003-2670
VL - 1057
SP - 80
EP - 87
PB - Elsevier
AN - OPUS4-47471
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Vogel, Christian
A1 - Hermann, P.
A1 - Kästner, B.
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Hoehl, A.
A1 - Ulm, G.
A1 - Adam, Christian
T1 - Air and chlorine gas corrosion of different silicon carbides analyzed by nano-Fourier-transform infrared (nano-FTIR) spectroscopy
N2 - The present study shows the potential of high-resolution imaging and nano-Fourier-transform infrared (nano-FTIR) spectroscopy for corrosion science. The protective oxidation layers of different chlorine-gas treated silicon
carbides (SiCs) were characterized with these techniques. A nitrified SiC showed the highest resistant strength against chlorine corrosion at 1000 °C compared to the other SiCs. Nano-FTIR spectroscopy with a lateral resolution below 40 nm detected differences in the crystallinity of the bulk-SiC and in the transitional region to the protective layer. Furthermore, high-resolution imaging provides deep insight in the interfacial layer between bulk-SiC and the protective oxidation layer on sub-micrometer scale.
KW - Nano-Fourier-transform infrared spectroscopy
KW - Scattering-type scanning near-field optical microscopy (s-SNOM)
KW - Synchrotron radiation
KW - Corrosion
KW - Silicon carbide
KW - Chlorine
PY - 2018
DO - https://doi.org/10.1016/j.corsci.2017.12.002
SN - 0010-938X
VL - 131
SP - 324
EP - 329
PB - Elsevier
AN - OPUS4-43648
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CHAP
A1 - Kratz, S.
A1 - Adam, Christian
A1 - Vogel, Christian
ED - Holm, O.
ED - Thome-Kozmienski, E.
ED - Quicker, P.
ED - Kopp-Assenmacher, S.
T1 - Pflanzenverfügbarkeit und agronomische Effizienz von klärschlammbasierten Phosphor (P)-Recyclingdüngern
N2 - Die agronomische Effizienz von Düngemitteln wird üblicherweise im Vegetationsversuch geprüft. Vegetationsversuche erlauben die Betrachtung unterschiedlicher Kulturpflanzen und deren Strategien der Nährstoffmobilisierung und -Aneignung ebenso wie die Berücksichtigung verschiedener Substrattypen und deren Eigenschaften hinsichtlich Nährstofffixierung und -freisetzung. Solche Versuche, selbst wenn sie nicht im Feld, sondern nur im Gefäß durchgeführt werden, sind jedoch sowohl zeit- als auch kostenintensiv. In erster Näherung wird die Pflanzenverfügbarkeit insbesondere von Phosphor (P)-Düngemitteln daher herkömmlicherweise mit Hilfe standardisierter chemischer Extraktionsmethoden abgeschätzt, deren Durchführung in der deutschen ebenso wie in der europäischen Düngemittelverordnung normiert ist. Diese Methoden werden auch im Rahmen der staatlichen Düngemittelverkehrskontrolle genutzt, um die Einhaltung düngemittelrechtlicher Vorgaben zu überprüfen. Wie jüngere Arbeiten gezeigt haben, ist jedoch die Übertragung herkömmlicher Standardextraktionsmethoden auf neue Dünger aus Recyclingmaterialien wie Klärschlamm mit einigen Schwierigkeiten verbunden. Korrelationen zwischen P-Aufnahme im Vegetationsversuch und chemischer Löslichkeit im Standardextrakt sind oft nur mäßig bis schwach oder überhaupt nicht signifikant. Die vorliegende Literaturübersicht gibt einen Überblick zum aktuellen Stand des Wissens über die chemische Löslichkeit von klärschlammbasierten P-Recyclingdüngern, deren Effizienz im Vegetationsversuch und statistische Relationen zwischen beiden Parametern. Anschließend werden alternative Methoden
zur Abschätzung der P-Verfügbarkeit von Recyclingdüngern vorgestellt, die derzeit Gegenstand der wissenschaftlichen Diskussion sind.
KW - P-Recyclingdünger
KW - Phosphat
KW - DGT-Methode
KW - Agronomische Effizienz
PY - 2018
SN - 978-3-944310-43-5
SP - 391
EP - 408
PB - Thome-Kozmiensky Verlag GmbH
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-46551
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Kratz, S.
A1 - Vogel, Christian
A1 - Adam, Christian
T1 - Agronomic performance of P recycling fertilizers and methods to predict it: a review
N2 - Phosphorus (P) is an essential element for all life forms, and P-availability thus an important driver of a functioning agriculture. However, phosphate rock resources for P-fertilizer production are only available in a few countries. Therefore, P-recovery from waste materials has become of increasing interest during the last decade and has been investigated worldwide. In order to characterize potential novel P-fertilizers made from recycled materials, a large array of P-compound characterizations, chemical extractions and growth experiments were performed. This review bundles the work carried out in that field over the last years. Overall, P-fertilizers from recycled materials show a broad range of P-compounds with very different chemical structure and solubility. Growth experiments performed to assess their fertilizing effects display high variations for most of the products. While these experiments have demonstrated that some fertilizers made of recycled materials may reach P effects in the same order of magnitude as water-soluble phosphate rock-based fertilizers, an important limitation in their interpretation is the fact that they often vary considerably in their experimental design. The existing data show clearly that standardization of growth experiments is urgently needed to achieve comparable results. Standard chemical extractants used to assess the chemical solubility of P-fertilizers were found to be of limited reliability for predicting plant P uptake. Therefore, alternative methods such as sequential fractionation, or the extraction of incubated soil/fertilizer mixtures with standard soil extractants or with P sink methods should be tested more intensively in the future to provide alternative options to predict the P-availability of fertilizers from recycled materials.
KW - Recycling fertilizer
KW - Phosphorus
KW - Chemical extraction methods
KW - Agronomic performance
KW - Incubated soil/fertilizer mixtures
KW - P sink method
KW - Diffusive gradients in thin films (DGT)
PY - 2019
DO - https://doi.org/10.1007/s10705-019-10010-7
SN - 1385-1314
SN - 1573-0867
VL - 115
IS - 1
SP - 1
EP - 39
PB - Springer
AN - OPUS4-48713
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Kratz, S.
A1 - Adam, Christian
A1 - Vogel, Christian
T1 - Düngewirkung von P-Rezyklaten
N2 - Die agronomische Effizienz von Düngemitteln wird üblicherweise in Vegetationsversuchen geprüft. Diese erlauben die es, unterschiedliche Kulturpflanzen und deren Strategien der Nährstoffmobilisierung und -aneignung zu betrachten und verschiedene Substrattypen und deren Eigenschaften im Hinblick auf Nährstofffixierung und -freisetzung zu berücksichtigen. Solche Versuche, selbst wenn sie nicht im Feld, sondern nur im Gefäß durchgeführt werden, sind jedoch sowohl zeit- als auch kostenintensiv. In erster Näherung wird die Pflanzenverfügbarkeit insbesondere von Phosphor (P)-Düngemitteln daher in der Regel mit Hilfe standardisierter chemischer Extraktionsmethoden abgeschätzt, deren Durchführung in der deutschen ebenso wie in der europäischen Düngemittelverordnung normiert ist. Diese Methoden werden auch bei der staatlichen Düngemittelverkehrskontrolle genutzt, um zu überprüfen, ob die düngemittelrechtlichen Vorgaben eingehalten werden. Wie jüngere Arbeiten gezeigt haben, ist es jedoch schwierig, herkömmliche Standardextraktionsmethoden auf neue Dünger aus Recyclingmaterialien wie Klärschlamm zu übertragen. Korrelationen zwischen P-Aufnahme im Vegetationsversuch und chemischer Löslichkeit im Standardextrakt sind oft nur mäßig bis schwach oder überhaupt nicht signifikant. Die vorliegende Literaturübersicht gibt einen Überblick zum aktuellen Stand des Wissens über die chemische Löslichkeit von klärschlammbasierten P-Recyclingdüngern, deren Effizienz im Vegetationsversuch und statistische Relationen zwischen beiden Parametern. Anschließend werden alternative Methoden zur Abschätzung der P-Verfügbarkeit von Recyclingdüngern vorgestellt, die derzeit Gegenstand der wissenschaftlichen Diskussion sind.
KW - Abwasser
KW - Agronomische Effizienz
KW - Chemische Löslichkeit
KW - Düngemittel
KW - Extraktion
KW - Klärschlamm
KW - Pflanzenverfügbarkeit
KW - Pflanzenwurzel
KW - Phosphat
KW - Phosphor
KW - P-Recyclingdünger
KW - Relative agronomische Effizienz (RAE)
KW - Struvit
KW - Vegetationsversuche
PY - 2019
VL - 32
IS - 1
SP - 14
EP - 21
PB - Rhombos-Verlag
CY - Berlin
AN - OPUS4-47941
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Vogel, Christian
A1 - Hoffmann, Marie
A1 - Taube, Mareike
A1 - Krüger, O.
A1 - Baran, R.
A1 - Adam, Christian
T1 - Uranium and thorium species in phosphate rock and sewage sludge ash based phosphorus fertilizers
N2 - Phosphorus (P) is an essential element for all forms of life and is thus often applied as phosphate rock-based P-fertilizers in agriculture to enable continuous farming. However, these P-fertilizers contain also hazardous uranium (U) and thorium (Th), up to 660 and 220 mg/kg, respectively. On the contrary, novel P-fertilizers made from sewage sludge (ash) contain only low mass fractions of U and Th. In addition to the total amount of U and Th in P-fertilizers, their mobility and bioavailability is important, which depends to a large extent on their chemical state, especially oxidation state and chemical bonding. Thus, we analyzed their chemical state in various P-fertilizers by U and Th L3-edge HERFD-XANES spectroscopy. Phosphate rocks and sewage sludge-based P-fertilizers contain mainly U(IV) compounds which have only a low bioavailability. In contrast, acidic treatment of phosphate rock to produce super phosphates lead to an oxidation to U(VI) compounds (including formation of uranium phosphates) with a strongly increased bioavailability. On the contrary, all analyzed P-fertilizers contain Th in form of strongly insoluble phosphates and oxides with a low bioavailability. Additionally performed water extractions and Diffusive Gradients in Thin-films (DGT) experiments support these findings.
KW - Phosphorus fertilizer
KW - Sewage sludge
KW - X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy
KW - Diffusive Gradients in Thin-films (DGT)
KW - Extraction
PY - 2020
DO - https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121100
SN - 0304-3894
VL - 382
SP - 121100, 1
EP - 6
AN - OPUS4-48872
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Vogel, Christian
A1 - Rivard, C.
A1 - Wilken, V.
A1 - Muskolus, A.
A1 - Adam, Christian
T1 - Performance of secondary P-fertilizers in pot experiments analyzed by phosphorus X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy
N2 - A pot experiment was carried out with maize to determine the phosphorus (P) plant-availability of different secondary P-fertilizers derived from wastewater. We analyzed the respective soils by P K-edge X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy to determine the P chemical forms that were present and determine the transformation processes. Macro- and micro-XANES spectroscopy were used to determine the chemical state of the overall soil P and identify P compounds in P-rich spots. Mainly organic P and/or P adsorbed on organic matter or other substrates were detected in unfertilized and fertilized soils. In addition, there were indications for the formation of ammonium phosphates in some fertilized soils. However, this effect was not seen in the maize yield of all P-fertilizers. The observed reactions between phosphate from secondary P-fertilizers and cofertilized nitrogen compounds should be further investigated. Formation of highly plant-available compounds such as ammonium phosphates could make secondary P-fertilizers more competitive to commercial phosphate rock-based fertilizers with positive effects on resources conservation.
KW - Phosphorus
KW - Pot experiments
KW - Secondary P-fertilizer
KW - Sewage sludge ash
KW - Soil
KW - X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy
PY - 2018
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-433782
DO - https://doi.org/10.1007/s13280-017-0973-z
SN - 0044-7447
VL - 47
IS - 1
SP - 62
EP - 72
PB - Springer
AN - OPUS4-43378
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Steckenmesser, D.
A1 - Vogel, Christian
A1 - Böhm, L.
A1 - Heyde, B.
A1 - Adam, Christian
T1 - Fate of heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in sewage sludge carbonisates and ashes – A risk assessment to a thermochemical phosphorus-recycling process
N2 - In the near future, phosphorus (P) recycling will gain importance in terms of decreasing primary resources. Sewage sludge (SSL) is an adequate secondary P-resource for P-fertilizer production but it is also a sink for heavy metals and organic pollutants. The present study is an investigation on thermochemical P-recycling of SSL. Various temperatures and amendments were tested regarding their performance to remove heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and simultaneous increase of the plant-availability of P. The investigations were carried out on two types of SSL originating from wastewater treatment plants with chemical P-precipitation and enhanced biological P-removal, respectively. The results show that thermochemical treatment with chlorine donors is suitable to remove the majority of heavy metals and that a combination of a gaseous chlorine donor (HCl) and sodium additives leads to both high heavy metal removal and high plant availability of P. Furthermore, plant experiments Show that almost all investigated thermochemical treatments can significantly reduce the bioavailability and plant uptake of heavy metals. Furthermore, PAHs are secondarily formed during low-temperature treatments (400–500 ° ), but can be significantly reduced by using sodium carbonate as an additive.
KW - Fertilzer
KW - Pollutant
KW - Phosphorus
PY - 2018
DO - https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.06.027
SN - 0956-053X
VL - 78
SP - 576
EP - 587
PB - Elsevier Ltd.
CY - Amsterdam
AN - OPUS4-45341
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - RPRT
A1 - Wiesler, F.
A1 - Hund-Rinke, K.
A1 - George, E.
A1 - Greef, J.-M.
A1 - Holz, F.
A1 - Hölze, L.E.
A1 - Hülsbergen, K.-J.
A1 - Martin, S.
A1 - Severin, K.
A1 - Spielvogel, S.
A1 - Geiger, P.
A1 - Nawotke, C.
A1 - Kehlenbeck, H.
A1 - Schenkel, H.
A1 - Adam, Christian
A1 - Bloem, E.
A1 - Frank, D.
A1 - Goldbach, H.E.
A1 - Heene, M.
A1 - Kratz, S.
A1 - Kruse, A.
A1 - Möller, K.
A1 - Pinnekamp, J.
A1 - Schoumans, O.F.
A1 - Vogel, Christian
A1 - Wulf, S.
T1 - Recyclingphosphate in der Düngung – Nutzen und Grenzen
N2 - Weltweit werden etwa 80–85 % aller abgebauten Rohphosphate für die Produktion von Düngemitteln verwendet. Bei noch steigendem Bedarf an Phosphor (P) geht man derzeit davon aus, dass die weltweiten P-Reserven noch über 200 Jahre ausreichen. Um den P-Vorrat langfristig abzusichern, sollte der in Reststoffen enthaltene Phosphor möglichst umfänglich genutzt werden. Dieser Forderung trägt das von der Bundesregierung 2012 erstmals beschlossene Deutsche Ressourceneffizienzprogramm ProgRess Rechnung. Rohphosphat wird auch seitens der Europäischen Kommission aufgrundseiner ökonomischen Bedeutung und des unsicheren Angebots als „kritischer Rohstoff“ eingestuft. Vor diesem Hintergrund hat die Bundesregierung in der Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung vom 27. September 2017 in Deutschland eine verpflichtende technische Rückgewinnung von Phosphor für Abwasserbehandlungsanlagen ab einer Ausbaugröße von 100.000 Einwohnerwerten (12 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) bzw. ab einer Ausbaugröße von über 50.000 Einwohnerwerten (15 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) vorgeschrieben. Die Verordnung enthält keine Vorgaben hinsichtlich der anzuwendenden Technologie bei der Phosphorrückgewinnung. Ausgenommen von der Rückgewinnungspflicht sind Klärschlämme mit niedrigen Phosphorgehalten (weniger als 20 Gramm Phosphor je Kilogramm Klärschlamm-Trockenmasse). Auch die im Jahre 2017 verabschiedeten neuen Rechtsvorschriften für die Düngung verlangen zukünftig einen nachhaltigen und ressourceneffizienten Umgang mit Nährstoffen bei der landwirtschaftlichen Erzeugung und schränken die P-Zufuhr insbesondere auf hoch versorgten Böden ein (Düngeverordnung vom 26. Mai 2017). Dies wird zu einem mehr am Pflanzenbedarf orientierten und ggf. vermehrt überbetrieblichen Einsatz von wirtschaftseigenen Düngern führen. Um den politischen und gesetzlichen Anforderungen gerecht zu werden, müssen einerseits wirksame und kosteneffiziente technische Verfahren zum P-Recycling (weiter)entwickelt werden. Andererseits müssen die Recyclingprodukte die Anforderungen für eine direkte Verwendung in der Landwirtschaft oder als Rohstoff für die Herstellung von Düngemitteln erfüllen. In dem vorliegenden Standpunkt wird zunächst der potenzielle Beitrag von Reststoffen zur Deckung des P-Bedarfs in der deutschen Pflanzenproduktion geschätzt. Für die wichtigsten Reststoffe werden technische Verfahren zur P-Rückgewinnung bzw. Aufarbeitung skizziert. Auf Basis der Anforderungen der Landwirtschaft bzw. der Düngemittelindustrie
an die P-Recyclingprodukte werden deren Herstellungsverfahren bewertet. Schließlich wird der Regelungs- und Forschungsbedarf formuliert.
KW - Phosphor
KW - Düngemittel
KW - Diffusive Gradients in thin films (DGT)
PY - 2020
SP - 1
EP - 19
PB - Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
CY - Berlin
AN - OPUS4-51011
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Vogel, Christian
A1 - Helfenstein, J.
A1 - Massey, M.
A1 - Sekine, R.
A1 - Kretzschmar, R.
A1 - Beiping, L.
A1 - Peter, T.
A1 - Chadwick, O.
A1 - Tamburini, F.
A1 - Rivard, C.
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Adam, Christian
A1 - Pradas del Real, A.
A1 - Castillo-Michel, H.
A1 - Zuin, L.
A1 - Wang, D.
A1 - Félix, R.
A1 - Lassalle-Kaiser, B.
A1 - Frossard, E.
T1 - Microspectroscopy reveals dust-derived apatite grains in acidic, highly-weathered Hawaiian soils
N2 - Dust deposition is an important source of phosphorus (P) to many ecosystems. However, there is little evidence of dust-derived P-containing minerals in soils. Here we studied P forms along a well-described climatic Gradient on Hawaii, which is also a dust deposition gradient. Soil mineralogy and soil P forms from six sites along the climatic gradient were analyzed with bulk (X-ray diffraction and P K-edge X-ray absorption near edge structure) and microscale (X-ray fluorescence, P K-edge X-ray absorption near edge structure, and Raman) analysis methods. In the wettest soils, apatite grains ranging from 5 to 30 μm in size were co-located at the micro-scale with quartz, a known continental dust indicator suggesting recent atmospheric deposition. In addition to co-location with quartz, further evidence of dust-derived P included backward trajectory modeling indicating that dust particles could be brought to Hawaii from the major global dust-loading areas in central Asia and northern Africa. Although it is not certain whether the individual observed apatite grains were derived from long-distance transport of dust, or from local dust sources such as volcanic ash or windblown fertilizer, these observations offer direct evidence that P-containing minerals have reached surface layers of highly-weathered grassland soils through atmospheric deposition.
KW - Phosphorus
KW - soil
KW - microspectroscopy
KW - Raman spectroscopy
KW - XANES spectroscopy
KW - x-ray diffraction
PY - 2021
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-511522
DO - https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2020.114681
SN - 0166-0918
SN - 1872-6259
VL - 381
SP - 114681-1
EP - 114681-11
PB - Elsevier
CY - Amsterdam
AN - OPUS4-51152
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Dombinov, V.
A1 - Vogel, Christian
A1 - Willbold, S.
A1 - Levandowski, G. V.
A1 - Meiller, M.
A1 - Müller, F.
A1 - Zang, J. W.
A1 - da Fonseca-Zang, W. A.
A1 - Jablonowski, N. D.
A1 - Schrey, S. D.
A1 - Adam, Christian
T1 - Soybean Fertilized by P-Phases from Bagasse-Based Materials: P-Extraction Procedures, Diffusive Gradients in Thin Films (DGT), and X-ray Diffraction Analysis (XRD)
N2 - The Brazilian sugarcane industry produced around 173 million tons (Mt) of bagasse in 2018. Bagasse is a by-product of juice extraction for ethanol and sugar production and is combusted in order to generate power, producing up to 10 Mt of ash per year. This ash contains various concentrations of plant nutrients, which allow the ash to be used as a crop fertilizer. However, the concentration and extractability of phosphorus (P), an essential plant nutrient, are low in bagasse ash. To increase the P content, we co-gasified and co-combusted bagasse with P-rich chicken manure. The resulting ash was thermochemically post-treated with alkali additives (Na2SO4 and K2SO4) to increase the availability of P to plants. We aimed to: (i) investigate the effect of thermochemical post-treatment of co-gasification residue and co-combustion ash on P availability to soybeans, (ii) explore the potential of chemical extraction methods (citric acid, neutral ammonium citrate, formic acid, and Mehlich-I) and diffusive gradients in thin films (DGT) to predict the availability of P to soybeans, and (iii) identify the responsible P-phases using X-ray diffraction . We evaluated P availability to soybeans growing in Brazilian Oxisol soil in two independent greenhouse pot experiments. The positive effect of thermochemical treatment on P availability from gasification residue was confirmed through the observation of increased P uptake and biomass in soybean plants. These findings were confirmed by chemical extraction methods and DGT. The gasification residue contained whitlockite as its main P-bearing phase. Thermochemical post-treatment converted whitlockite into highly soluble CaNaPO4. In contrast, co-combustion ash already contained highly soluble Ca(Na,K)PO4 as its main P-bearing phase, making thermochemical post-treatment unnecessary for increasing P availability. In conclusion, increased extractability and availability of P for soybeans were closely connected to the formation of calcium alkali phosphate. Our findings indicate that this combined methodology allows for the prediction of P-fertilization effects of ash.
KW - Sugar cane bagasse
KW - Chicken manure ash
KW - Thermochemical treatment
KW - Nutrient
KW - Plant availability
PY - 2020
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-509735
DO - https://doi.org/10.3390/agronomy10060895
VL - 10
SP - 895
EP - 6
PB - MDPI
AN - OPUS4-50973
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Vogel, Christian
A1 - Sekine, R.
A1 - Huang, J.
A1 - Steckenmesser, D.
A1 - Steffens, D.
A1 - Huthwelker, T.
A1 - Borca, C.
A1 - Pradas del Real, A.
A1 - Castillo-Michel, H.
A1 - Adam, Christian
T1 - Effects of a nitrification inhibitor on nitrogen species in the soil and the yield and phosphorus uptake of maize
N2 - Phosphorus (P) resource availability is declining and the efficiency of applied nutrients in agricultural soils is becoming increasingly important. This is especially true for P fertilizers from recycled materials, which often have low plant availability. Specific co-fertilization with ammoniumcan enhance P plant availability in soils amended with these P fertilizers, and thus the yield of plants. To investigate this effect, we performed a pot experiment with maize in slightly acidic soil (pH 6.9) with one water-soluble (triple superphosphate [TSP]) and two water-insoluble (sewage sludge-based and hyperphosphate [Hyp]) P fertilizers and anammoniumsulfate nitrate with or without a nitrification inhibitor (NI). The dry matter yield of maize was significantly increased by the NI with the Hyp (from 14.7 to 21.5 g/pot) and TSP (from 40.0 to 45.4 g/pot) treatments. Furthermore, P uptake was slightly increased in all three P treatments with the NI, but not significantly. Olsen-P extraction and P K-edge micro-X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy showed that apatite-P of the water insoluble P fertilizers mobilized during the plant growth period. In addition, novel nitrogen (N) K-edge micro-XANES spectroscopy and the Mogilevkina method showed that the application of an NI increased the fixation of ammonium in detectable hot spots in the soil. Thus, the delay in the nitrification process by the NI and the possible slow-release of temporarily fixed ammoniumin the soil resulted in a high amount of plant available Ammonium in the soil solution. This development probably decreases the rhizosphere pH due to release of H+ by plants during ammoniumuptake, whichmobilizes phosphorus in the amended soil and increases the dry matter yield of maize. This is especially important for water-insoluble apatite-based P fertilizers (conventional and recycled), which tend to have poor plant availability.
KW - Fertilzer
KW - Phosphorus recovery
KW - Ammonium
KW - Nitrification inhibitor
KW - XANES spectroscopy
KW - Diffusive gradients in thin films (DGT)
PY - 2020
DO - https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.136895
SN - 1879-1026
VL - 715
SP - 1
EP - 8
PB - Elsevier
CY - Amsterdam
AN - OPUS4-50477
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Vogel, Christian
A1 - Hoffmann, Marie
A1 - Krüger, O.
A1 - Murzin, V.
A1 - Caliebe, W.
A1 - Adam, Christian
T1 - Chromium (VI) in phosphorus fertilizers determined with the diffusive gradients in thin-films (DGT) technique
N2 - Phosphorus (P) fertilizers from secondary resources became increasingly important in the last years. However, these novel P-fertilizers can also contain toxic pollutants such as chromium in its hexavalent state (Cr(VI)). This hazardous form of chromium is therefore regulated with low limit values for agricultural products even though the correct determination of Cr(VI) in these fertilizers may be hampered by redox processes, leading to false results. Thus, we applied the novel diffusive gradients in thin-films (DGT) technique for Cr(VI) in fertilizers and compared the results with the standard wet chemical extraction method (German norm DIN EN 15192) and Cr K-edge X-ray Absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy. We determined an overall good correlation between the wet chemical extraction and the DGT method. DGT was very sensitive and for most tested materials selective for the analysis of Cr(VI) in P-fertilizers. However, hardly soluble Cr(VI) compounds cannot be detected with the DGT method since only mobile Cr(VI) is analyzed. Furthermore, Cr K-edge XANES spectroscopy showed that the DGT binding layer also adsorbs small amounts of mobile Cr(III) so that Cr(VI) values are overestimated. Since certain types of the P fertilizers contain mobile Cr(III) or partly immobile Cr(VI), it is necessary to optimize the DGT binding layers to avoid aforementioned over- or underestimation. Furthermore, our investigations showed that the Cr K-edge XANES spectroscopy technique is unsuitable to determine small amounts of Cr(VI) in fertilizers (below approx. 1% of Cr(VI) in relation to total Cr).
KW - Phosphorus fertilizer
KW - Sewage sludge ash
KW - Diffusive Gradients in thin films (DGT)
KW - Chemical extraction
KW - XANES spectroscopy
PY - 2020
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-509578
DO - https://doi.org/10.1007/s11356-020-08761-w
SN - 0944-1344
VL - 27
SP - 24320
EP - 24328
PB - Springer
AN - OPUS4-50957
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Montag, D.
A1 - Adam, Christian
T1 - Rechtliche Vorgaben der Klärschlammverordnung und deren Auswirkungen auf die Phosphor-Rückgewinnung
N2 - Im Abfalltechnik-Ausschuss der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) wurde eine Vollzugshilfe zur Klärschlammverordnung erarbeitet, die nach Verabschiedung durch die Umweltministerkonferenz Mitte Mai 2020 als LAGA-Merkblatt M-39 veröffentlicht wurde. Im vorliegenden vierten Arbeitsbericht der DWA-Arbeitsgruppe KEK-1.1 werden verschiedene Aspekte der ab dem Jahr 2029 geltenden Regelungen aufgegriffen und damit einige Punkte des LAGA M-39 hinsichtlich der technischen Auswirkungen für den Kläranlagenbetreiber konkret ausgeführt.
KW - Klärschlamm
KW - Klärschlammverordnung
KW - Phosphor-Rückgewinnung
PY - 2022
SN - 1866-0029
VL - 5
IS - 69
SP - 406
EP - 413
PB - Gesellschaft zur Förderung der Abwassertechnik
CY - Hennef
AN - OPUS4-55009
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Weimann, Karin
A1 - Gluth, Gregor
T1 - Erzeugung klimaschonender Bindemittel als Alternativen zu Zement durch thermochemische Behandlung von mineralischen Nebenprodukten und Abfällen
N2 - Die Zementindustrie erzeugt etwa 6-7% der globalen CO2-Emissionen und steht damit als Industriezweig vor dem Hintergrund einer anvisierten Klimaneutralität vor gewaltigen Herausforderungen. Der Prozess der Klinkerherstellung wurde über die vergangenen Jahrzehnte bereits kontinuierlich optimiert. Seit 1990 ist es der deutschen Zementindustrie gelungen, die spezifischen CO2-Emissionen der Zementproduktion u. a. durch den Einsatz alternativer, nicht fossiler Brennstoffe und durch Absenkung des Klinkergehalts im Zement um 20 % zu senken. Weitere konventionelle Minderungsstrategien versprechen jedoch nur noch wenig zusätzliche Reduktion. Im Falle des Portlandklinkers besteht die Schwierigkeit darin, dass zwei Drittel der CO2-Emissionen rohstoffbedingt durch die Entsäuerung des Kalksteins (CaCO3) anfallen, die durch die beschriebenen Maßnahmen nicht weiter abgesenkt werden können. Vielmehr wird es erforderlich sein, noch zu entwickelnde oder zu optimierende Technologien anzuwenden und ggf. alle relevanten Ebenen wie Produktion, Weiterverarbeitung und Anwendung von Zement und Beton neu zu denken. Neben technologischen Ansätzen zur CO2-Abscheidung mit nachfolgender langfristiger Speicherung (Carbon Capture and Storage – CCS) oder Verwertung (Carbon Capture and Utilisation – CCU) werden auch alternative Rohstoffe für die Zementproduktion und alternative Bindemittel in Betracht zu ziehen sein.
T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle
CY - Berlin, Germany
DA - 25.04.2022
KW - Zement
KW - Sekundärrohstoff
PY - 2022
SN - 978-3-944310-58-9
SP - 372
EP - 385
PB - TK-Verlag
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-54737
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Weimann, Karin
A1 - Gluth, Gregor
T1 - Erzeugung klimaschonender Bindemittel als alternativen zu Zement
N2 - Die Zementindustrie und weitere energieintensive Industrien wie etwa die Stahlindustrie stehen vor dem Hintergrund der Transformation unserer Gesellschaft zur Klimaneutralität vor erheblichen Herausforderungen. Ziel dieser Branchen ist perspektivisch die vollständige Vermeidung klimaschädlicher Emissionen – mit besonderem Fokus auf Kohlendioxid. Neben der Umstellung auf regenerative Energieträger, sind im Speziellen für die Zementindustrie die erheblichen Anteile an CO2-Emissionen durch die Entsäuerung von Kalkstein zukünftig zu vermeiden. Da die hervorragenden Bindemitteleigenschaften des bisher hauptsächlich in Zementen eingesetzten Portlandklinkers jedoch auf Calciumverbindungen wie Tri- und Di-calciumsilikaten basieren, stellt die Substitution des Kalks derzeit für die Zementindustrie die größte Herausforderung dar. Neben vollständig neuen Bindemittelsystemen ohne Verwendung von Kalk und CCS/CCU-Technologien zur Vermeidung der CO2-Emissionen bei Verwendung von Kalk, können Abfälle und Nebenprodukte wie etwa Betonbrechsand, verschiedene Schlacken und weitere Massenreststoffe sinnvoll zur Einsparung von Rohstoffen und zur Vermeidung von CO2-Emissionen eingesetzt werden. Es gilt diese Potentiale von Sekundärrohstoffen branchenübergreifend zu identifizieren und Synergien zwischen den Branchen nutzbar zu machen. Hierbei werden neben der chemischen Zusammensetzung der Abfälle und Nebenprodukte auch die Verfügbarkeit und der Massenstrom relevante Kriterien sein. Die potenziellen Sekundärrohstoffe und deren Gemische mit chemisch ähnlicher Zusammensetzung wie die bisher verwendeten Bindemittel, können durch verschiedene technische Ansätze wieder in reaktive Bindemittel umgewandelt und damit nutzbar gemacht werden. Eine gezielte Umwandlung der nicht reaktiven mineralischen Phasen in neue mineralische Phasen mit guten Bindemitteleigenschaften, kann u. a. durch Schmelzprozesse erzielt werden. In Schmelzen können bei hohen Temperaturen die bestehenden, nicht reaktiven mineralischen Phasen zerstört und neue mineralische Phasen mit guten Bindemitteleigenschaften erzeugt werden. Hohe Freiheitsgrade durch gezielte Einstellung der stofflichen Zusammensetzung der Schmelze, durch Stoffseparationen und durch geregelte Abkühlregimes können eine maßgeschneiderte Erzeugung neuer Bindemitteltypen ermöglichen. Aufgrund der hohen erforderlichen Temperaturen von Schmelzprozessen ist die Umsetzung dieser neuen Verfahren nach Möglichkeit in bestehenden pyrometallurgischen Produktionsrouten wie etwa der Stahlproduktion vorzunehmen. So kann etwa der Einsatz von Betonbrechsand als Schlackebildner in der Stahlproduktion zielführend sein, wenn die Schlacke wieder zu einem Bindemittel prozessiert wird und in Zementen Verwendung findet. Eine stoffliche Kreislaufführung wäre hiermit gegeben, wobei der Einsatz von Kalkstein als Schlackebildner oder Rohstoff für die Zementproduktion, und damit die entsprechenden CO2-Emissionen, vermieden werden. Die Entwicklung neuartiger Bindemittelsysteme auf Basis von Sekundärrohstoffen sollte von erforderlichen Anpassungen und neuen Entwicklungen in der Regelsetzung und Normung begleitet werden. Vor allem muss gewährleistet sein, dass die mit neuen Bindemitteln hergestellten Betone den hohen Anforderungen an Dauerhaftigkeit und Umweltverträglichkeit genügen. Des Weiteren sollte mit den etablierten Methoden, wie etwa der Lebenszyklusanalyse, untersucht werden, inwiefern und in welchem Umfang die neuen technischen Entwicklungen zu Nachhaltigkeit und Klimaschutz beitragen.
T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle
CY - Berlin, Germany
DA - 25.04.2022
KW - Zement
KW - Thermochemische Prozesse
KW - Sekundärrohstoffe
PY - 2022
AN - OPUS4-54738
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Aydin, Zeynep
A1 - Adam, Christian
T1 - Crystalline phase analysis and phosphorus availability after thermochemical treatment of sewage sludge ash with sodium and potassium sulfates for fertilizer production
N2 - Phosphorus rich sewage sludge ash is a promising source to produce phosphorus recycling fertilizer. However, the low plant availability of phosphorus in these ashes makes a treatment necessary. A thermochemical treatment (800–1000 °C) with alkali additives transforms poorly plant available phosphorus phases to highly plant available calcium alkali Phosphates (Ca,Mg)(Na,K)PO4. In this study, we investigate the use of K2SO4 as additive to produce a phosphorus potassium fertilizer in laboratory-scale experiments (crucible). Pure K2SO4 is not suitable as high reaction temperatures are required due to the high melting point of K2SO4.
To overcome this barrier, we carried out series of experiments with mixtures of K2SO4 and Na2SO4 resulting in a lower economically feasible reaction temperature (900–1000 °C). In this way, the produced phosphorus potassium fertilizers (8.4 wt.% K, 7.6 wt.% P) was highly plant available for phosphorus indicated by complete extractable phosphorus in neutral ammonium citrate solution. The added potassium is, in contrast to sodium, preferably incorporated into silicates instead of phosphorus phases. Thus, the highly extractable phase (Ca,Mg)(Na,K)PO4 in the thermochemical products contain less potassium than expected. This preferred incorporation is confirmed by a pilot-scale trial (rotary kiln) and thermodynamic calculation.
KW - Phosphorus recovery
KW - Recycling fertilizer
KW - Calcium alkali phosphate
KW - Silicate
PY - 2021
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-536276
DO - https://doi.org/10.1007/s10163-021-01288-3
SN - 1611-8227
IS - 23
SP - 2242
EP - 2254
PB - Springer
AN - OPUS4-53627
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Raniro, H.R.
A1 - Teles, A.P.
A1 - Pavinato, P.S.
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphorus solubility and dynamics in a tropical soil under sources derived from wastewater and sewage sludge
N2 - Conventional phosphate fertilizers are usually highly water-soluble and rapidly solubilize when moistened by the soil solution. However, if this solubilization is not in alignment with plants demand, P can react with the soil colloidal phase, becoming less available over time. This is more pronounced in acidic, oxidic tropical soils, with
high P adsorption capacity, reducing the efficiency of P fertilization. Furthermore, these fertilizers are derived from phosphate rock, a non-renewable resource, generating an environmental impact. To assess these concerns, waste-recycled P sources (struvite, hazenite and AshDec®) were studied for their potential of reducing P Fixation by the soil and improving the agronomic efficiency of the P fertilization. In our work, we compared the solubilization dynamics of struvite, hazenite, AshDec® to triple superphosphate (TSP) in a sandy clay loam Ferralsol, as well as their effect on solution pH and on soil P pools (labile, moderately-labile and non-labile) via an incubation experiment. Leaching columns containing 50 g of soil with surface application of 100 mg per column (mg col 1) of P from each selected fertilizer and one control (nil-P) were evaluated for 60 days. Daily leachate samples from the column were analyzed for P content and pH. Soil was stratified in the end and submitted to P
fractionation. All results were analyzed considering p < 0.05. Our findings showed that TSP and struvite promoted an acid P release reaction (reaching pHs of 4.3 and 5.5 respectively), while AshDec® and hazenite reaction was alkaline (reaching pHs of 8.4 and 8.5 respectively). Furthermore, TSP promoted the highest P release among all sources in 60 days (52.8 mg col 1) and showed rapid release dynamic in the beginning, while struvite and hazenite showed late release dynamics and lower total leached P (29.7 and 15.5 mg col 1 P respectively). In contrast, no P-release was detected in the leachate of the AshDec® over the whole trial period. Struvite promoted
the highest soil labile P concentration (7938 mg kg 1), followed by hazenite (5877 mg kg 1) and AshDec® (4468 mg kg 1), all higher than TSP (3821 mg kg 1), while AshDec® showed high moderately-labile P (9214 mg kg 1), reaffirming its delayed release potential.
KW - Phosphate dynamics
KW - Struvite
KW - Wastewater
KW - Sewage sludge ash
KW - CaNaPO4
KW - P speciation
PY - 2022
DO - https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113984
VL - 302
IS - Part A
SP - 113984
PB - Elsevier Ltd.
AN - OPUS4-53600
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Sichler, Theresa Constanze
A1 - Adam, Christian
A1 - Montag, D.
A1 - Barjenbruch, M.
T1 - Future nutrient recovery from sewage sludge regarding three different scenarios - German case study
N2 - Agricultural sewage sludge utilization becomes less important in Germany. In 2017, new fertilizer and waste laws caused the agricultural sewage sludge utilization to collapse by more than a quarter. From 2029, German wastewater treatment plants (WWTPs) must recover phosphorus (P) from sewage sludge if it contains more than 2 wt % P. Agricultural utilization will be prohibited for large WWTPs >100,000 population equivalents (pe) from 2029 and >50,000 pe from 2032. In Germany, each federal state must annually report amounts and quality of agriculturally utilized sewage sludge which was 16% of the total disposal in 2019. The reports of 10 states were evaluated for 2016 and 2017 representing approx. 60% of the total agriculturally used sludge volume. In 2016, 60% of the WWTPs’ sludges exceeded the recovery limit of 2 wt % P which is 70% of the amount of sludge and 85% of the phosphorus load. Other nutrients are not affected by the recovery obligation. However, many P recovery processes recover other nutrients, too. Considering three different scenarios for future German sewage sludge disposal shows that 70–77% of the P load in sewage sludge will probably be recovered in the future. At the same time, this applies for about 0–16% nitrogen, 36–52% of calcium, 31–53% of potassium, and 40–52% of magnesium. However, these recovered nutrients loads can substitute only 1% or less of the commercial fertilizer demand except from phosphorus which is up to 43% of the demand.
KW - Sewage sludge
KW - Phosphorus recovery
KW - Wastewater
KW - Sewage sludge disposal
PY - 2022
DO - https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.130130
VL - 333
SP - 1
EP - 10
PB - Elsevier Ltd.
CY - Amsterdam
AN - OPUS4-54186
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Sichler, Theresa
A1 - Adam, Christian
A1 - Montag, D.
A1 - Barjenbruch, M.
ED - Holm, O.
ED - Quicker, P.
ED - Kopp-Assenmacher, S.
T1 - Nährstoffrückgewinnung aus Klärschlamm: Eine Betrachtung zukünftiger Verwertungsszenarien für Deutschland
N2 - Agricultural sewage sludge utilization becomes less important in Germany. In 2017, new fertilizer and waste laws caused the agricultural sewage sludge utilization to collapse by more than a quarter. From 2029, in German wastewater treatment plants (WWTPs) phosphorus (P) must be recovered from sewage sludge ifit contains more than 2 wt % P. Agricultural utilization will be prohibited for large WWTPs > 100,000 population equivalents (pe) from 2029 and > 50,000 pe from 2032. In Germany, each federal state must annually report amounts and quality of agriculturally utilized sewage sludge which was 17 % of the total disposal in 2019. The reports of 10 States were evaluated for 2016 and 2017 representing approx. 60 % ofthe total agriculturally used sludge volume. Whereas phosphorus recovery is mandatory this does not apply to other nutrients. However, many P recovery processes recover other nutrients, too.
Considering three differentscenariosfor future German sewage sludge disposal Shows that 70 - 77 % ofthe P load in sewage sludge will probably be recovered in the future.
At the same time, this applies for about 0 - 16 % of nitrogen, 36 - 52 % of calcium, 31-53 % of potassium, and 40 - 52 % of magnesium. However, these recovered nutrient loads can substitute only 1 % or less ofthe commercial fertilizer demand except from phosphorus which is about 45 % ofthe demand.
T2 - Berliner Klärschlammkonferenz
CY - Berlin, Germany
DA - 15.11.2021
KW - Phosphor
KW - Klärschlamm
KW - Phosphorrückgewinnung
KW - Landwirtschaftliche Klärschlammverwertung
KW - Klärschlammverordnung
PY - 2021
SN - 978-3-944310-56-5
VL - 4
SP - 252
EP - 265
PB - Thomé-Kozmiensky-Verlag GmbH
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-54117
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Weimann, Karin
A1 - Adam, Christian
A1 - Buchert, M.
A1 - Sutter, J.
T1 - Environmental Evaluation of Gypsum Plasterboard Recycling
N2 - Gypsum is widely used in the construction sector and its worldwide consumption has been increasing for several decades. Depending on the life-time of the used gypsum products, an increase of gypsum in construction and demolition waste follows. Especially against the background of a circular economy, the recycling of waste gypsum is of growing importance. However, the use of recycled gypsum makes only sense if it is environmentally friendly. Therefore, an evaluation of the environmental impacts of an industrial-scale processing for the recycling of post-consumer gypsum waste was conducted. The evaluation was performed with an established life cycle assessment software. Original data provided by industry and complementary data from a database for life cycle assessments were used for the calculations. Two scenarios for recycled gypsum with different transportation distances were calculated. These results are compared with results of the environmental evaluation of gypsum derived from coal-fired power plants (FGD gypsum) and natural gypsum. The results show that utilization of recycled gypsum can be environmentally advantageous compared to the use of natural gypsum or FGD gypsum, especially in the impact categories land transformation and resource consumption (abiotic depletion potential). For most environmental impact categories the specific transportation distances have a strong influence.
KW - Gypsum plasterboards
KW - Gypsum waste
KW - Recycled gypsum
KW - Environmental evaluation
PY - 2021
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-522321
DO - https://doi.org/10.3390/min11020101
SN - 2075-163X
VL - 11
IS - 2
SP - 101
PB - MDPI
CY - Basel, Schweiz
AN - OPUS4-52232
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Schaaf, T.
A1 - Kugler, Stefan
A1 - Ulbrich, J.
A1 - Schmidt, S.
A1 - Pavinato, P.
A1 - Burkhardt, J.
A1 - Arnold, U.
A1 - Conzelmann, L.
A1 - Kraus, F.
T1 - Cloop - Closing the global nutrient loop
N2 - Recycled fertilizers produced using processes for the recovery of phosphate from residual materials such as wastewater, sewage sludge and sewage sludge ashes show very good bioavailability, but it is still a product largely unknown to the market. The aim of CLOOP is therefore to document the properties and effects of such fertilizers through chemical, mineralogical and ecological analyses as well as analytical method development and pot and field plant growth trials.
Outotec focused on 3 points in CLOOP: Experimental campaigns, process simulations as well as economic analyses with focus on the AshDec process, respectively the design of a large-scale AshDec plant for phosphorus recovery. The laboratory scale trials as well as the semi-industrial scale campaign provided valuable insights into the operating parameters of the process and the plant. As a result, for example, the temperature range could be significantly lowered, and the additive addition reduced by approx. 20 %. They have further shown that the AshDec process is not susceptible to operating fluctuations and that the product can be consistently produced at high quality. With the selection of suitable operating parameters, heavy metals (As, Pb, Cd, (Zn)) can be removed. Within the campaign, about 1.5 t of fertilizer for the plant trials in CLOOP could be produced. An AshDec plant process was digitally created in simulation software, allowing valuable process parameters to be simulated at various operating parameters. On this basis, a full-scale plant was designed. The data obtained in the project were used for a detailed economic analysis including a sensitivity analysis. It was possible to show under which conditions this plant can be operated economically.
At BAM, the AshDec fertilizer was synthesized with different additives and then applied to plant experiments at Uni Bonn. The goal hereby was to check differences in plant uptake. Because of the promising results of AshDec synthesized with sodium-carbonate and because this AshDec version does not require special off gas treatment for sulfur recovery (compared to AshDec synthesized with sodium-sulfate), all project partners agreed on continuing working with this AshDec variation. It was then used as a raw P-source for formulating it into NPK-fertilizers, by granulation with ammonium-sulfate and straw ash as potassium source. These recycling fertilizers were applied to plant- and field experiments by project partners in Brazil (University of Sao Paulo) and Australia (University of Queensland). Furthermore, in leaching experiments, the solubility of phosphorus in AshDec was compared to triple super phosphate. The experiments were carried out on soils with a varying phosphorus buffering index. Results show, that the phosphorus form in AshDec is way less soluble in water. This indicates that AshDec has the potential for a so-called next generation fertilizer – a fertilizer which’s nutrients remain in the soil and supply the plant according to its needs. At the moment, this behavior gets examined more in depth in lysimeter experiments in cooperation with University of Technology Berlin.
The focus of KWB is the Life Cycle Assessment (LCA) of different NextGen fertilizers to evaluate the entire process chain from recovery to fertilizer application. The NextGen fertilizer is credited by the amount of plant available nutrients in the product, which replace nutrients from conventional fertilizer. The LCA covers N-struvite precipitation from municipal wastewater, K-struvite precipitation from industrial wastewater and the AshDec-product from sewage sludge. The LCA task is almost complete. It could be shown that struvite precipitation has comprehensive environmental benefits, mainly since positive side effects occur in sewage sludge treatment (e.g. reduced sludge volume). In principle, the energetic and ecological profile of the AshDec process compared to direct use of sewage sludge ash cannot be assessed as being generally beneficial or negative. Regarding the global warming potential, the Ashdec process shows that the expenses (e.g. energy, chemicals) cannot be covered by the P fertilizer credit. In contrast, the impact categories “terrestrial acidification potential”, and “freshwater eutrophication potential” show positive results as the credits for conventional fertilizer are higher than the burdens for the process.
At University Bonn, the standardized pot experiments were conducted with several AshDec variations, using ryegrass, soybean, and spinach on a slightly acidic sandy soil and an organic-free standard substrate. P-uptake and biomass production of different AshDec variations were generally like those of triple super phosphate and struvite, and clearly outperformed untreated sewage sludge ash and rock phosphate. Field trials in Australia and Brazil with sugarcane on acidic soils are still ongoing and results are expected by the end of 2021.
T2 - PLANT 2030 Status Seminar 2021 (BMBF)
CY - Online meeting
DA - 10.03.2021
KW - Recycling fertiliser
KW - Phosphorus recovery
PY - 2021
AN - OPUS4-52251
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphorus Recovery from Waste Streams
N2 - Phosphate rock is a non renewable resource and should be replaced by secondary raw materials due to different reason. The potential for P-recovery from waste streams is shown as well as technologies for recovery.
T2 - Advanced Recycling Technologies
CY - Berlin, Germany
DA - 04.12.2018
KW - Phopshorus recovery
PY - 2018
AN - OPUS4-46941
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
T1 - P-recovery technologies - developments and perspective in germany
N2 - Technologies for P-recovery from wastewater, sewage sludge and sewage sludge ashes were presented and discussed.
T2 - InPhos Workshop II Sustainable Phosphorus Management
CY - Berlin, Germany
DA - 05.12.2018
KW - Phosphorus recovery
PY - 2018
AN - OPUS4-46942
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Auer, G.
A1 - Spanka, M.
A1 - Hamann, Christopher
A1 - Adam, Christian
T1 - Thermal zinc extraction from steel mill dust
N2 - Treatment and reusing of hazardous wastes have become significant issues of modern societies. Blast furnace sludge (BFS) and electric arc furnace dust (EAFD) are such typical wastes, because they usually contain high amounts of undesirable elements such as zinc (Zn) and lead (Pb).
These elements can cause operational problems in reusing of BFS and EAFD. In this study, the Ferro Duo GmbH and the Federal Institute for Materials Research and Testing have investigated a novel approach for eliminating and/or recovering Zn and Pb from both wastes. Applied was a selective chlorination and volatilization of Zn and Pb as chlorides at temperatures between 500 °C and 1100 °C. Both product obtained, Zn and Pb in the form of ZnCl2 and PbCl2 and the purified solid mineral compound are attractive materials for further use. Hydrochloric acid and iron(II) chloride were used as chlorination agents. Exceptionally high Zn and Pb removal efficiencies of >99.5 % could be achieved with both chlorination agents, whereby iron(II) chloride exhibited better performance.
KW - Blast furnace sludge
KW - Chlorination
KW - Electric arc furnace dust
KW - Lead
KW - Zinc
KW - Thermochemical treatment
PY - 2019
SN - 1613-2394
VL - 72
IS - 1
SP - 27
EP - 31
PB - GDMB Verlag GmbH
CY - Clausthal-Zellerfeld
AN - OPUS4-47288
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Maresca, A.
A1 - Krüger, O.
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Adam, Christian
A1 - Kalbe, Ute
A1 - Astrup, T. F.
T1 - Influence of wood ash pre-treatment on leaching behaviour, liming and fertilising potential
N2 - In Denmark, increasing amounts of woody biomass are being used for the production of renewable energy, resulting in more wood ashes being generated. While these materials have been mainly landfilled, wood ashes may also be utilised for fertilizing and liming purposes on top of soils. Pre-treatments involving hardening or granulation may be carried out prior to soil application. In this study, two Danish wood ash samples were hardened and/or granulated. Lab-hardening induced rapid changes in the shape of the acid neutralisation capacity curve of the ashes. Up-flow column tests, assuming local equilibrium conditions, were employed to investigate the leaching from pre-treated ashes. Granules and loose ashes demonstrated similar leaching behaviours, indicating that similar geochemical processes were governing their leaching. In comparison with untreated fresh ashes, the hardened ashes demonstrated reduced leaching of Ca, Ba, Pb and Zn with concentration levels generally below or close to the analytical limits of quantification; to the contrary, the leaching of As, P, Sb, Si, V and Mg was enhanced in the hardened ashes. The release of alkalinity was reduced by hardening. In general, all granules were barely breakable by finger-pinching and they could withstand one month of continuous leaching, preserving their overall shape. The solubility of phosphorous in neutral ammonium citrate indicated that about 30–51% of the total P content in the ash samples was released, suggesting that the ashes could be potentially valuable as P-fertiliser if applied onto soil.
KW - Wood ash
KW - Phoshpor availability
KW - Leaching
KW - Forest soils
PY - 2019
DO - https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.11.003
SN - 0956-053X
VL - 83
SP - 113
EP - 122
PB - Elsevier
AN - OPUS4-46583
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Schliephake, H.
A1 - Adam, Christian
T1 - CFK-Abfälle als Primärkohleersatz Im Lichtbogenofen bei der Stahlerzeugung
N2 - CFK-Abfälle werden trotz der bestehenden Verfahren zur Rückgewinnung der Carbonfasern zukünftig vermehrt anfallen. Für diese Abfälle wird nach technischen Lösungen der energetischen oder stofflichen Verwertung gesucht. Eine Möglichkeit ist die Nutzung der CFK-Abfälle als Primärkohleersatz im Lichtbogenofen bei der Stahlherstellung.
T2 - 3. Fachtagung Composite Recycling & LCA
CY - Stuttgart, Germany
DA - 20.02.2019
KW - Carbonfaser
KW - CFK
PY - 2019
AN - OPUS4-47438
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Simon, Sebastian
A1 - von Werder, Julia
A1 - Meng, Birgit
A1 - Stephan, D. A.
A1 - Adam, Christian
T1 - Zementklinker durch Nachbehandlung von Stahlwerksschlacken
N2 - Die Klinkerphasenbildung durch Sinterung in Drehrohröfen bei der Herstellung von Portlandzementklinker (PZK) ist gründlich erforscht und optimiert. Im Hinblick auf mögliche ökonomische und ökologische Vorteile befassen sich aktuelle Forschungsvorhaben darüber hinaus mit der Herstellung von Klinkermineralen aus Stahlwerksschlacken, die eine vergleichbare chemische Zusammensetzung aufweisen.
Neuste Untersuchungen zeigen, dass nach der reduzierenden Behandlung schmelzflüssiger Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken und Abscheidung des gebildeten metallischen Eisens eine mineralische Schlacke entsteht, die unabhängig von ihren Abkühlbedingungen ca. 50–60 Gew.% des wichtigsten Klinkerminerals Alit (C3S) enthält und eine hohe hydraulische Reaktivität aufweist.
Die Stabilität des Alits auch nach langsamer Abkühlung deutet auf eine Stabilisierung des Minerals durch Nebenelemente aus den LD-Schlacken hin. Ein sinkender Anteil an LD-Schlacke durch Zusatz synthetischer Schlackemischung, die sich hinsichtlich ihrer Hauptkomponenten wie eine ausreduzierte LD-Schlacke zusammensetzt, führt zu einem Rückgang des Alitgehaltes und dem Zerfall der Schlacke beim Erstarren.
T2 - 5. Schlacken-Symposium
CY - Meitingen, Germany
DA - 25.10.2018
KW - LD-Schlacke
KW - Zement
KW - Tricalciumsilikat
PY - 2018
SP - 219
EP - 229
PB - Max Aicher Unternehmensgruppe
AN - OPUS4-46412
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Schneider, Joachim
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Algermissen, D.
A1 - Ebert, D.
A1 - Ehrenberg, A.
A1 - Gronen, L.
A1 - Feldrappe, V.
T1 - Strategien für die Nutzung von Schlacken zukünftiger wasserstoffbasierter Stahlproduktionsrouten – Herstellung von Stahlwerksschlacke basierten Ausgangsstoffen für die Zementindustrie
N2 - Die Europäische Kommission präsentierte am 11. Dezember 2019 den European Green Deal, ein Konzept mit dem Ziel, bis zum Jahr 2050 als erster Kontinent Klimaneutralität zu erreichen. Mit Inkrafttreten der Verordnung (EU) 2021/1119 des Europäischen Parlaments und des Europäischen Rates am 29. Juli 2021 zur Schaffung des Rahmens für die Verwirklichung der Klimaneutralität („Europäisches Klimagesetz“), ist dieses, sowie das Ziel der Reduzierung der Nettotreibhausgasemissionen um mindestens 55 % bis 2030 in der Gesetzgebung der Europäischen Union verankert. Die Stahlindustrie in der Europäischen Union mit ca. 57 Mio. t Nettotreibhausgasemissionen im Jahr 2020, die annähernd 2 % der Emissionen der Europäischen Union ausmachen (Inklusive Energie: 127 Mio. t; 4 %), bekennt sich zur erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen bis zum Jahr 2030 und zum Erreichen der Klimaneutralität bis zum Jahr 2050. Als Schlüsselwege zur Verwirklichung dieser Zielstellung hat sie zum einen Smart Carbon Usage (SCU) und zum anderen Carbon Direct Avoidance (CDA) in einer Roadmap formuliert. SCU umfasst CO2-reduzierende Maßnahmen in bestehenden Eisen- und Stahlproduktionsprozessen, Carbon Capture and Storage- (CCS) sowie Carbon Capture and Usage-Technologien (CCU). Wohingegen bei CDA CO2-Emissionen durch erneuerbare elektrische Energie sowie wasserstoffbasierte Reduktion des Eisenerzes gar nicht erst entstehen sollen. Der CDA-Weg, der voraussichtlich beschritten werden muss, um eine klimaneutrale Stahlproduktion zu erreichen [38], geht mit einer kostenintensiven Transformation der Stahlproduktion einher, die bereits von vielen Unternehmen der Stahlindustrie eingeleitet wurde und von der im Wesentlichen die beiden in Europa vorherrschenden Stahlproduktionsrouten Hochofen-Konverter-Route und Elektrolichtbogenofen-Route betroffen sind. Die CO2-Emissionen der Hochofen-Konverter-Route, von denen der überwiegende Anteil auf den Hochofen fällt, liegen laut einer für das Jahr 2015 erstellten Studie bei 1921 kg CO2/t Rohstahl inklusive der CO2-Last der Pellets als Einsatzmaterial sowie der Emissionen der nachgelagerten Stranggießanlagen und Walzwerke. Im Hochofen wird das Eisenerz durch Kohlenstoff (C) bzw. Kohlenstoffmonoxid (CO) – welche größtenteils aus dem Koks, der dem Hochofen zusammen mit dem Möller über die Gicht zugeführten wird, stammen – unter Entstehung von Roheisen und Kohlenstoffdioxid (CO2) reduziert. Das neben dem CO2 im Prozessgas enthaltene CO wird zum Beispiel zur Energiegewinnung in peripheren Prozessen ebenfalls unter Bildung von CO2 verbrannt. Zusätzlich zur Reduktion hat der Koks unter anderem physikalische Aufgaben, wie die Errichtung eines Stützgerüstes und die Gewährleistung der Permeabilität im Hochofenprozess. Somit ist eine vollkommene Substitution des Kokses zur Vermeidung der CO2-Emissionen im Hochofen nicht denkbar. Viele Strategien der Stahlunternehmen zum Erreichen der Klimaziele verfolgen daher den Wechsel von der Rohstahlproduktion aus der Hochofen-Konverter-Route hin zur Rohstahlproduktion im Elektrolichtbogenofen (EAF – Electric Arc Furnace) mit dem Einsatz von direkt reduziertem Eisen (Eisenschwamm, DRI – Direct Reduced Iron) aus vorgelagerten Direktreduktionsanlagen, die mit Wasserstoff (H2) als Reduktionsmittel betrieben werden können. Dabei ist die Elektrostahlerzeugung kein neuer Prozess und nimmt in der europäischen Union bereits jetzt einen Anteil von ca. 44 % der Rohstahlproduktion ein, jedoch überwiegend mit Schrott als Einsatzmaterial. Bei der Elektrostahlerzeugung mit Schrotteinsatz fallen laut der oben genannten Studie von Lüngen für das Jahr 20152 410 kg CO2-Emissionen pro Tonne Rohstahl an, von denen der Großteil auf die CO2-Last der fremd bezogenen elektrischen Energie zurückzuführen ist und daher nicht im Produktionsprozess selbst entsteht. Auch die Direktreduktion wird schon seit 1972 in der weltweit zweiten und bis heute in Westeuropa einzigen Direktreduktionsanlage in Hamburg betrieben. Während hier noch mit einem Reduktionsgas gearbeitet wird, das hauptsächlich aus einem aus Erdgas gewonnenen Wasserstoff-Kohlenstoffmonoxid-Gemisch besteht, liegt eine aktuelle Kernherausforderung in der Bereitstellung des in der Größenordnung der von der Transformation betroffenen Rohstahlproduktionskapazitäten notwendigen, mit erneuerbarer elektrischer Energie hergestellten Wasserstoffs. Wird zusätzlich der Strom für das Einschmelzen im Elektrolichtbogenofen aus erneuerbaren Quellen gewonnen und werden schließlich als Brennstoff verwendete Kohle und als Brennstoff verwendetes Erdgas durch CO2-neutrale Bio-Brennstoffe ersetzt, sind sowohl für den Einsatz von mit Wasserstoff reduziertem und auf Pellets ohne CO2-Last basiertem Eisenschwamm als auch für den Einsatz von Schrott CO2-Emissionen von jeweils nur 60 kg CO2/t Rohstahl erreichbar, was eine Reduktion der Emissionen, ausgehend von der Konverter-Hochofen-Route um 97 % und ausgehend von der Schrott-Elektrolichtbogenofen-Route um 85 % bedeuten würde.
Der Betrieb von Elektrolichtbogenöfen macht die an den Standorten vorhandenen Konverter sowie die Infrastruktur für Behandlung und Transport des Roheisens überflüssig. Die fortwährende Nutzung dieser bestehenden Anlagenstruktur dient daher unter anderem als Motivation für die Entwicklung einer zweiten Transformationsstrategie, die einen sogenannten Einschmelzer (SAF – Submerged Arc Furnace) als der Direktreduktionsanlage nachgelagerten Prozess vorsieht, in dem wiederum Roheisen erschmolzen wird, das anschließend im Konverter zu Rohstahl veredelt wird.
Die Transformation der Stahlindustrie beeinflusst einen weiteren CO2-intensiven Industriesektor, nämlich die Zementindustrie die verantwortlich ist für rund 4 % der CO2-Emissionen in der EU. Etwa zwei Drittel dieser Emissionen entfallen als Prozessemissionen auf die Entsäuerung des Rohstoffs Kalkstein (CaCO3), also auf die Abspaltung von CO2 unter Entstehung des für die Herstellung von Zementklinker notwendigen Branntkalks (CaO) als Zwischenstufe bei der Bildung der hydraulischen Phasen Tri- und Dicalciumsilikat. Als eines der fünf Themenfelder (5C-Ansatz: Clinker, Cement, Concrete, Construction, Carbonation), welche die europäische Zementindustrie entlang ihrer Wertschöpfungskette zum Erreichen der gesetzlichen Vorgaben der europäischen Union erarbeitet hat, umfasst das Feld "Cement" zum größten Teil die Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors. Im Jahr 2017 betrug er 77 %, das heißt, dass 23 % des Klinkers durch alternative Materialien ersetzt wurden. Bis zum Jahr 2030 wird ein Faktor von 74 % und bis zum Jahr 2050 von 65 % angestrebt. Den größten Anteil an den Klinkersubstituten hat mit 33 % der Hüttensand aus der Stahlindustrie. Bei der Roheisenproduktion im Hochofen entsteht als Nebenprodukt Hochofenschlacke, die unter Zugabe von Schlackebildnern die Gangart des Möllers und mineralische Koksbestandteile abbindet, sowie weitere unerwünschte Begleitelemente wie Schwefel und Alkalien aufnimmt. Allein in Deutschland wurden im Jahr 2021 6,90 Mio. t – das entspricht 90 % der gesamten produzierten Hochofenschlacke – zu glasig erstarrtem Hüttensand granuliert. Dieser Hüttensand besitzt latent hydraulische Eigenschaften und wird daher seit mehr als 140 Jahren als Zementbestandteil eingesetzt, wodurch in Deutschland jährlich rund 4,5 Mio. t CO2-Emissionen eingespart werden. Alle Transformationsstrategien der Stahlindustrie beinhalten die notwendige Außerbetriebnahme der CO2-intensiven Hochöfen. Dies hat unter anderem zur Folge, dass die Hochofenschlacke als Nebenprodukt der Rohstahlerzeugung im Hochofen nicht mehr zur Verfügung stehen wird, wodurch die weitere Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors erhebliche Zusatzmengen alternativer Materialien benötigen wird. Derzeit ist noch unklar, ob z.B. calcinierte Tone im benötigten Umfang erzeugt werden können.
Der Fachbereich Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und das Institut für Baustoffforschung FEhS forschen zusammen mit Industriepartnern und weiteren Forschungseinrichtungen im Rahmen zweier Projekte in den Kooperationssphären der Stahl- und Zementindustrie, die zur Bewältigung dieser Herausforderungen beitragen. Im Projekt SlagCEM wird die Produktion eines hydraulischen Zementbestandteils durch Reduktion von Konverter- bzw. Linz-Donawitz-Schlacke (LDS) untersucht. Die mit den zusätzlich aufgenommen Lichtbogenofenkapazitäten steigenden Mengen an Elektrolichtbogenofenschlacke (EOS, engl. electric arc furnace slag, EAFS) werden im Projekt DRI-EOS behandelt, welches die Produktion eines latent hydraulischen Hüttensandsubstituts zum Ziel hat.
T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle
CY - Berlin, Germany
DA - 12.06.2023
KW - Stahlwerksschlacke
KW - Zementersatz
PY - 2023
AN - OPUS4-57683
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Schneider, Joachim
A1 - Schraut, Katharina
T1 - Strategien für die Nutzung von Schlacken zukünftiger wasserstoffbasierter Stahlproduktionsrouten – Herstellung von Stahlwerksschlacke basierten Ausgangsstoffen für die Zementindustrie
N2 - Die Europäische Kommission präsentierte am 11. Dezember 2019 den European Green Deal, ein Konzept mit dem Ziel, bis zum Jahr 2050 als erster Kontinent Klimaneutralität zu erreichen. Mit Inkrafttreten der Verordnung (EU) 2021/1119 des Europäischen Parlaments und des Europäischen Rates am 29. Juli 2021 zur Schaffung des Rahmens für die Verwirklichung der Klimaneutralität („Europäisches Klimagesetz“), ist dieses, sowie das Ziel der Reduzierung der Nettotreibhausgasemissionen um mindestens 55 % bis 2030 in der Gesetzgebung der Europäischen Union verankert. Die Stahlindustrie in der Europäischen Union mit ca. 57 Mio. t Nettotreibhausgasemissionen im Jahr 2020, die annähernd 2 % der Emissionen der Europäischen Union ausmachen (Inklusive Energie: 127 Mio. t; 4 %), bekennt sich zur erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen bis zum Jahr 2030 und zum Erreichen der Klimaneutralität bis zum Jahr 2050. Als Schlüsselwege zur Verwirklichung dieser Zielstellung hat sie zum einen Smart Carbon Usage (SCU) und zum anderen Carbon Direct Avoidance (CDA) in einer Roadmap formuliert. SCU umfasst CO2-reduzierende Maßnahmen in bestehenden Eisen- und Stahlproduktionsprozessen, Carbon Capture and Storage- (CCS) sowie Carbon Capture and Usage-Technologien (CCU). Wohingegen bei CDA CO2-Emissionen durch erneuerbare elektrische Energie sowie wasserstoffbasierte Reduktion des Eisenerzes gar nicht erst entstehen sollen. Der CDA-Weg, der voraussichtlich beschritten werden muss, um eine klimaneutrale Stahlproduktion zu erreichen [38], geht mit einer kostenintensiven Transformation der Stahlproduktion einher, die bereits von vielen Unternehmen der Stahlindustrie eingeleitet wurde und von der im Wesentlichen die beiden in Europa vorherrschenden Stahlproduktionsrouten Hochofen-Konverter-Route und Elektrolichtbogenofen-Route betroffen sind. Die CO2-Emissionen der Hochofen-Konverter-Route, von denen der überwiegende Anteil auf den Hochofen fällt, liegen laut einer für das Jahr 2015 erstellten Studie bei 1921 kg CO2/t Rohstahl inklusive der CO2-Last der Pellets als Einsatzmaterial sowie der Emissionen der nachgelagerten Stranggießanlagen und Walzwerke. Im Hochofen wird das Eisenerz durch Kohlenstoff (C) bzw. Kohlenstoffmonoxid (CO) – welche größtenteils aus dem Koks, der dem Hochofen zusammen mit dem Möller über die Gicht zugeführten wird, stammen – unter Entstehung von Roheisen und Kohlenstoffdioxid (CO2) reduziert. Das neben dem CO2 im Prozessgas enthaltene CO wird zum Beispiel zur Energiegewinnung in peripheren Prozessen ebenfalls unter Bildung von CO2 verbrannt. Zusätzlich zur Reduktion hat der Koks unter anderem physikalische Aufgaben, wie die Errichtung eines Stützgerüstes und die Gewährleistung der Permeabilität im Hochofenprozess. Somit ist eine vollkommene Substitution des Kokses zur Vermeidung der CO2-Emissionen im Hochofen nicht denkbar. Viele Strategien der Stahlunternehmen zum Erreichen der Klimaziele verfolgen daher den Wechsel von der Rohstahlproduktion aus der Hochofen-Konverter-Route hin zur Rohstahlproduktion im Elektrolichtbogenofen (EAF – Electric Arc Furnace) mit dem Einsatz von direkt reduziertem Eisen (Eisenschwamm, DRI – Direct Reduced Iron) aus vorgelagerten Direktreduktionsanlagen, die mit Wasserstoff (H2) als Reduktionsmittel betrieben werden können. Dabei ist die Elektrostahlerzeugung kein neuer Prozess und nimmt in der europäischen Union bereits jetzt einen Anteil von ca. 44 % der Rohstahlproduktion ein, jedoch überwiegend mit Schrott als Einsatzmaterial. Bei der Elektrostahlerzeugung mit Schrotteinsatz fallen laut der oben genannten Studie von Lüngen für das Jahr 20152 410 kg CO2-Emissionen pro Tonne Rohstahl an, von denen der Großteil auf die CO2-Last der fremd bezogenen elektrischen Energie zurückzuführen ist und daher nicht im Produktionsprozess selbst entsteht. Auch die Direktreduktion wird schon seit 1972 in der weltweit zweiten und bis heute in Westeuropa einzigen Direktreduktionsanlage in Hamburg betrieben. Während hier noch mit einem Reduktionsgas gearbeitet wird, das hauptsächlich aus einem aus Erdgas gewonnenen Wasserstoff-Kohlenstoffmonoxid-Gemisch besteht, liegt eine aktuelle Kernherausforderung in der Bereitstellung des in der Größenordnung der von der Transformation betroffenen Rohstahlproduktionskapazitäten notwendigen, mit erneuerbarer elektrischer Energie hergestellten Wasserstoffs. Wird zusätzlich der Strom für das Einschmelzen im Elektrolichtbogenofen aus erneuerbaren Quellen gewonnen und werden schließlich als Brennstoff verwendete Kohle und als Brennstoff verwendetes Erdgas durch CO2-neutrale Bio-Brennstoffe ersetzt, sind sowohl für den Einsatz von mit Wasserstoff reduziertem und auf Pellets ohne CO2-Last basiertem Eisenschwamm als auch für den Einsatz von Schrott CO2-Emissionen von jeweils nur 60 kg CO2/t Rohstahl erreichbar, was eine Reduktion der Emissionen, ausgehend von der Konverter-Hochofen-Route um 97 % und ausgehend von der Schrott-Elektrolichtbogenofen-Route um 85 % bedeuten würde.
Der Betrieb von Elektrolichtbogenöfen macht die an den Standorten vorhandenen Konverter sowie die Infrastruktur für Behandlung und Transport des Roheisens überflüssig. Die fortwährende Nutzung dieser bestehenden Anlagenstruktur dient daher unter anderem als Motivation für die Entwicklung einer zweiten Transformationsstrategie, die einen sogenannten Einschmelzer (SAF – Submerged Arc Furnace) als der Direktreduktionsanlage nachgelagerten Prozess vorsieht, in dem wiederum Roheisen erschmolzen wird, das anschließend im Konverter zu Rohstahl veredelt wird.
Die Transformation der Stahlindustrie beeinflusst einen weiteren CO2-intensiven Industriesektor, nämlich die Zementindustrie die verantwortlich ist für rund 4 % der CO2-Emissionen in der EU. Etwa zwei Drittel dieser Emissionen entfallen als Prozessemissionen auf die Entsäuerung des Rohstoffs Kalkstein (CaCO3), also auf die Abspaltung von CO2 unter Entstehung des für die Herstellung von Zementklinker notwendigen Branntkalks (CaO) als Zwischenstufe bei der Bildung der hydraulischen Phasen Tri- und Dicalciumsilikat. Als eines der fünf Themenfelder (5C-Ansatz: Clinker, Cement, Concrete, Construction, Carbonation), welche die europäische Zementindustrie entlang ihrer Wertschöpfungskette zum Erreichen der gesetzlichen Vorgaben der europäischen Union erarbeitet hat, umfasst das Feld "Cement" zum größten Teil die Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors. Im Jahr 2017 betrug er 77 %, das heißt, dass 23 % des Klinkers durch alternative Materialien ersetzt wurden. Bis zum Jahr 2030 wird ein Faktor von 74 % und bis zum Jahr 2050 von 65 % angestrebt. Den größten Anteil an den Klinkersubstituten hat mit 33 % der Hüttensand aus der Stahlindustrie. Bei der Roheisenproduktion im Hochofen entsteht als Nebenprodukt Hochofenschlacke, die unter Zugabe von Schlackebildnern die Gangart des Möllers und mineralische Koksbestandteile abbindet, sowie weitere unerwünschte Begleitelemente wie Schwefel und Alkalien aufnimmt. Allein in Deutschland wurden im Jahr 2021 6,90 Mio. t – das entspricht 90 % der gesamten produzierten Hochofenschlacke – zu glasig erstarrtem Hüttensand granuliert. Dieser Hüttensand besitzt latent hydraulische Eigenschaften und wird daher seit mehr als 140 Jahren als Zementbestandteil eingesetzt, wodurch in Deutschland jährlich rund 4,5 Mio. t CO2-Emissionen eingespart werden. Alle Transformationsstrategien der Stahlindustrie beinhalten die notwendige Außerbetriebnahme der CO2-intensiven Hochöfen. Dies hat unter anderem zur Folge, dass die Hochofenschlacke als Nebenprodukt der Rohstahlerzeugung im Hochofen nicht mehr zur Verfügung stehen wird, wodurch die weitere Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors erhebliche Zusatzmengen alternativer Materialien benötigen wird. Derzeit ist noch unklar, ob z.B. calcinierte Tone im benötigten Umfang erzeugt werden können.
Der Fachbereich Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und das Institut für Baustoffforschung FEhS forschen zusammen mit Industriepartnern und weiteren Forschungseinrichtungen im Rahmen zweier Projekte in den Kooperationssphären der Stahl- und Zementindustrie, die zur Bewältigung dieser Herausforderungen beitragen. Im Projekt SlagCEM wird die Produktion eines hydraulischen Zementbestandteils durch Reduktion von Konverter- bzw. Linz-Donawitz-Schlacke (LDS) untersucht. Die mit den zusätzlich aufgenommen Lichtbogenofenkapazitäten steigenden Mengen an Elektrolichtbogenofenschlacke (EOS, engl. electric arc furnace slag, EAFS) werden im Projekt DRI-EOS behandelt, welches die Produktion eines latent hydraulischen Hüttensandsubstituts zum Ziel hat.
T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle
CY - Berlin, Germany
DA - 12.06.2023
KW - Stahlwerksschlacke
KW - Zementersatz
PY - 2023
SN - 978-3-944310-72-5
VL - 10
SP - 222
EP - 233
PB - TK-Verlag
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-57684
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Jovičević-Klug, M.
A1 - Raabe, D.
T1 - Gewinnung von grünem Eisen und weiteren Wertstoffen aus Rotschlamm mittels Wasserstoffplasma
N2 - Rotschlamm fällt in sehr großen Mengen bei der Herstellung von Aluminiumoxid an und wird fast ausschließlich deponiert. Es wird eine neue Technologie vorgestellt bei der das im Rotschlamm enthaltene Eisenoxid mittels Wasserstoffplasma reduziert wird. Es wird ein Reaktionsmechanismus über Titanomagnetit und Hercynit vorgeschlagen.
T2 - Berliner Konferenz Metallkreisläufe
CY - Berlin, Germany
DA - 13.03.2024
KW - Rotschlamm
KW - Wasserstoffplasma
PY - 2024
AN - OPUS4-59722
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adam, Christian
ED - Thiel, S.
ED - Thomé-Kozmiensky, E.
ED - Friedrich, B.
ED - Pretz, T.
ED - Quicker, P.
ED - Senk, D. G.
ED - Wortruba, H.
T1 - Nachbehandlung von Stahlwerksschlacken und deren Verwertung als Klinkermaterial
T1 - Post-treatment of steelmaking slags and their utilisation as cement clinker
N2 - Steelmaking slags produced using the Linz-Donawitz method (LD slags) are widely used as building and construction materials in road, earth and water works. Because the legal conditions become more and more re-strictive , this application is uncertain in the future.
LD slags contain high amounts of mineral bound iron (in form of Fe2O3), which must be considered as a waste of resources. Except for the Iron the chemical composition is quite similar to that of Portland cement clinker. However, due to the high content of Fe2O3 the mineralogical composition differs significantly, resulting in a low hydraulic reactivity. A post-treatment of the liquid LD slag in an electric arc furnace under reducing conditions enables the reduction of the iron compounds to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density. The remaining solidified mineral fraction mainly contains typical crystalline phases of cement clinker in similar ratios: Alite (Ca3SiO5; > 60%) as main phase, Belite (Ca2SiO4, 10%), Tricalciumaluminate (Ca3Al2O6; 5%) and Brownmillerite (Ca2(Al,Fe)2O5, 1%) as secondary phases. Alite, which usually decomposes to Belite and free lime under slow cooling conditions, is stabilized in the Fe-reduced slag probably by integration of foreign ions into the lattice and is stable even if the slag is cooled down very slowly. Furthermore, the particularly large Alite crystals do not exhibit the typical decomposition edge of Belite and lime, found in Alite from ordinary ce-ment clinker. Technological tests for building materials show a high hydraulic reactivity and a compressive strength after 28 days comparable or even slightly higher to reference cement.
Nevertheless, because of the increasing viscosity with decreasing Fe2O3 content, the treatment requires a temperature higher than the slag decanted from the LD converter. Furthermore, during the reduction of the bound Iron huge amounts of carbon monoxide are released, resulting in foaming of the slag. Both aspects make it difficult to manage the process. In addition, for economic reasons the treatment has to be carried out immediately after casting the slag from the LD converter to avoid the solidification, which is a logistical challenge for most steel plants. Otherwise the separation of the mineral bound iron as metallic phase and the utilisation of the mineral fraction as cement clinker will both save resources and lower the global CO2-output. For these reasons further initiatives should be considered in the medium term.
N2 - LD-Schlacken weisen eine große chemische Ähnlichkeit zu Protlandzementklinker auf. Sie enthalten jedoch noch bis zu 30% Eisen, das mineralisch in oxidischer Form gebunden vorliegt. Dadurch kann sich bei der Erstarrung die wichtigste Klinkerphase "Alit" nicht ausbilden.
Durch eine reduzierende Schmelzbehandlung der Schlacke kann des mineralisch gebundene Eisen als Metall separiert werden. Dadurch wird auch die Mineralogie der Schlacke so verändert, dass auch sie nun praktisch einem Portlandzementklinker entspricht.
Entsprechende Versuche wurden am kleintechnischen Lichtbogenofen der BAM durchgeführt. Es werden Ergebnisse vorgestellt und auf Grenzen und Möglichkeiten eines derartigen Prozesses im Hinblick auf eine industrielle Umsetzung eingegangen.
T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle
CY - Berlin, Germany
DA - 11.06.2018
KW - Zementklinker
KW - Stahlwerksschlacke
KW - LD-Schlacke
KW - Lichtbogenofen
KW - Alit
PY - 2018
SN - 978-3-944310-41-1
VL - 5
SP - 282
EP - 296
PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-45199
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Souza Filho, I.
A1 - Adam, Christian
T1 - Fundamentals of the hydrogen plasma reduction of iron ores
N2 - Hydrogen plasma treatment of iron ores or iron oxide containing wastes can be an efficient option to produce green iron e.g. for steel production. This way iron oxide is reduced to metallic iron in the liquid form by the highly reactive species that are formed in a hydrogen plasma. Hydrogen plasma can be used at the same time to remove undesired gangue elements. The presentation shows the experimental setup, shows first results of iron ore reduction by hydrogen plasma and gives an outlook for industrial application of the technology.
T2 - European Academic Symposium on EAF steelmaking (EASES 2023)
CY - Oulu, Finland
DA - 05.06.2023
KW - Hydrogen
KW - Plasma
KW - Reduction
PY - 2023
AN - OPUS4-57626
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Jovičević-Klug, Matic
A1 - Souza Filho, Isnaldi R.
A1 - Springer, Hauke
A1 - Adam, Christian
A1 - Raabe, Dierk
T1 - Green steel from red mud through climate-neutral hydrogen plasma reduction
N2 - AbstractRed mud is the waste of bauxite refinement into alumina, the feedstock for aluminium production1. With about 180 million tonnes produced per year1, red mud has amassed to one of the largest environmentally hazardous waste products, with the staggering amount of 4 billion tonnes accumulated on a global scale1. Here we present how this red mud can be turned into valuable and sustainable feedstock for ironmaking using fossil-free hydrogen-plasma-based reduction, thus mitigating a part of the steel-related carbon dioxide emissions by making it available for the production of several hundred million tonnes of green steel. The process proceeds through rapid liquid-state reduction, chemical partitioning, as well as density-driven and viscosity-driven separation between metal and oxides. We show the underlying chemical reactions, pH-neutralization processes and phase transformations during this surprisingly simple and fast reduction method. The approach establishes a sustainable toxic-waste treatment from aluminium production through using red mud as feedstock to mitigate greenhouse gas emissions from steelmaking.
KW - Multidisciplinary
PY - 2024
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-594424
DO - https://doi.org/10.1038/s41586-023-06901-z
SN - 0028-0836
VL - 625
IS - 7996
SP - 703
EP - 709
PB - Springer Science and Business Media LLC
AN - OPUS4-59442
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Hamann, Christopher
A1 - Piehl, Patrick
A1 - Weingart, Eric
A1 - Stolle, Dirk
A1 - Al-Sabbagh, Dominik
A1 - Ostermann, Markus
A1 - Auer, Gerhard
A1 - Adam, Christian
T1 - Selective removal of zinc and lead from electric arc furnace dust by chlorination–evaporation reactions
N2 - Re-melting of scrap in an electric arc furnace (EAF) results in the accumulation of filter dust from off-gas treatment that predominantly consists of iron and zinc oxides. Filter dust is classified as hazardous waste due to its high contents of potentially toxic or ecotoxic elements such as Pb, Cr, Cd, and As. A promising processing route for this waste is selective chlorination, in which the non-ferrous metal oxides are chlorinated and selectively evaporated in form of their respective chlorides from the remaining solids via the process gas flow. Here, we investigate stepwise thermochemical treatment of EAF dust with either waste iron(II) chloride solution or hydrochloric acid at 650, 800, and 1100 ◦C. The Zn and Pb contents of the thermochemically processed EAF dust could be lowered from 29.9% and 1.63% to 0.09% and 0.004%, respectively. Stepwise heating allowed high separation between zinc chloride at the 650 ◦C step and sodium-, potassium-, and lead-containing chlorides at higher temperatures. Furthermore, the lab-scale results were transferred to the use of an experimental rotary kiln highlighting the possibilities of upscaling the presented process. Selective chlorination of EAF dust with liquid chlorine donors is, therefore, suggested as a potential recycling method for Zn-enriched steelworks dusts.
KW - Electric arc furnace dust
KW - Zinc
KW - Selective Chlorination
KW - Hazardous waste
KW - Resource Recovery
PY - 2024
DO - https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.133421
SN - 0304-3894
VL - 465
SP - 1
EP - 13
PB - Elsevier
AN - OPUS4-59345
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Dombinov, V.
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Meiller, M.
A1 - Müller, F.
A1 - Willbold, S.
A1 - Zang, J. W.
A1 - da Fonseca-Zang, W. A.
A1 - Adam, Christian
A1 - Klose, H.
A1 - Poorter, H.
A1 - Jablonowski, N. D.
A1 - Schrey, S. D.
T1 - Sugarcane bagasse ash as fertilizer for soybeans: Effects of added residues on ash composition, mineralogy, phosphorus extractability and plant availability
N2 - Sugarcane bagasse is commonly combusted to generate energy. Unfortunately, recycling strategies rarely consider the resulting ash as a potential fertilizer. To evaluate this recycling strategy for a sustainable circular economy, we characterized bagasse ash as a fertilizer and measured the effects of co-gasification and co-combustion of bagasse with either chicken manure or sewage sludge: on the phosphorus (P) mass fraction, P-extractability, and mineral P phases. Furthermore, we investigated the ashes as fertilizer for soybeans under greenhouse conditions. All methods in combination are reliable indicators helping to assess and predict P availability from ashes to soybeans. The fertilizer efficiency of pure bagasse ash increased with the ash amount supplied to the substrate. Nevertheless, it was not as effective as fertilization with triple-superphosphate and K2SO4, which we attributed to lower P availability. Co-gasification and co-combustion increased the P mass fraction in all bagasse-based ashes, but its extractability and availability to soybeans increased only when co-processed with chicken manure, because it enabled the formation of readily available Ca-alkali phosphates. Therefore, we recommend co-combusting biomass with alkali-rich residues to increase the availability of P from the ash to plants.
KW - Combustion and gasification
KW - Phosphate extractability and availability
KW - X-ray diffraction (XRD)
PY - 2022
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-567632
DO - https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1041924
SN - 1664-462X
VL - 13
SP - 1
EP - 13
PB - Frontiers Media
CY - Lausanne
AN - OPUS4-56763
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Herzel, Hannes
T1 - R-Rhenania - Modifiziertes Rhenania Phosphat aus Klärschlammasche für Bayern
N2 - Im Verbundprojekt R-Rhenania wird eine industrielle Demonstrationsanlage am Standort der Monoverbrennungsanlage Altenstadt der Firma Emter errichtet und im Jahr 2024 den Betrieb aufnehmen. Die vorhandene Rostfeuerung-Monoverbrennung wird so umgebaut, dass ein neues thermochemisches Verfahren integriert werden kann, welches hochwirksame und schadstoffarme Dünger produziert (bis zu 17.000 t/a). Die thermochemischen Produkte werden in Gefäß- und Feldversuchen im ökologischen Landbau auf ihre Düngewirkung getestet. Die Umweltverträglichkeit der Demonstrationsanlage wird untersucht, wie auch die Übertragbarkeit des Verfahrens auf weitere Regionen.
T2 - Statusseminar RePhoR
CY - Frankfurt am Main, Germany
DA - 03.05.2023
KW - Phosphor
KW - Monoverbrennung
KW - Recycling
KW - Nährstoffe
KW - Dünger
PY - 2023
AN - OPUS4-59486
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
T1 - P-Rückgewinnungspflicht nach AbfKlärV - Betrachtungen zu Konzentrationen und Frachten
N2 - Vortrag über die Regelungen der AbfKlärV bezüglich P-Rückgewinnung. Diskussion der Auswirkung einer konzentrationsbezogenen Grenze auf die Pflicht zur P-Rückgewinnung. Diskussion der nach AbfKlärV zulässigen analytischen Verfahren zur Bestimmung von P in Klärschlamm und Ableitung von Empfehlungen. Vorstellung der Ergebnisse eines Ringversuchs mit 28 Laboren.
T2 - KlärschlammTage Würzburg
CY - Würzburg, Germany
DA - 23.05.2023
KW - Klärschlamm
KW - P-Rückgewinnung
KW - Ringversuch P-Gehalt in Klärschlamm
PY - 2023
AN - OPUS4-57541
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Taube, Mareike Carolin
A1 - Adam, Christian
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Schulenburg, F.
A1 - Bartmann, U.
A1 - Beckmann, T.
A1 - Michalik, K.
A1 - Reuter, M.
A1 - Stelter, M.
T1 - Optimisation of a Pyrometallurgical Niobium and Tantalum Recyling Process with on-line-LIBS
N2 - Tantalum and niobium are essential for the development of electronics towards a more and more compact design, but without reducing their performance today. Especially in smart phones and tablets, tantalum and niobium capacitors with high charge densities have already become almost indispensable. However, tantalum as a critical raw material is still a problem for the sustainable production of electronics. Due to this fact, the existence of efficient recycling processes especially in Europe is becoming even more important nowadays.
The Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) is currently working on the optimisation of an existing pyrometallurgical tantalum recycling process. Optimisation of this industrial process is carried out in a small-scale electric arc furnace (480 kVA, capacity approx. 150 kg/h) at BAM using a new and innovative equipment for on-line analysis of high temperature processes.
The aim of this project is to identify the best timing for an optimum slag tapping, when the slag is lower than minimum targeted tantalum concentration. Hence, LIBS (Laser induced breakdown spectroscopy) is used to identify the chemical composition of the slag layer and during slag tapping. The on-line-LIBS prototype of BAM enables an in-situ measurement of the element distribution in the melt after calibration on the slag system.
First results of this joint research project will be presented including LIBS-measurements and thermodynamic and kinetic aspects of the process.
T2 - European Mineral Processing & Recycling Congress (EMPRC 2018)
CY - Essen, Germany
DA - 25.06.2018
KW - Laser-induced breakdown spectroscopy
KW - On-line analysis
KW - Tantalum
KW - Niobium
KW - Pyrometallurgy
PY - 2018
SN - 978-3-940276-84-1
SP - 347
EP - 362
PB - GDMB Verlag GmbH
CY - Clausthal-Zellerfeld
AN - OPUS4-47040
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CHAP
A1 - Adam, Christian
ED - Holm, O.
ED - Thome-Kozmiensky, E.
ED - Quicker, P.
ED - Kopp-Assenmacher, S.
T1 - Verwertung von Klärschlamm
N2 - Die natürlichen Nährstoffkreisläufe werden durch anthropogene Einflüsse, wie das Einbringen von Schadstoffen in nährstoffreiche Stoffströme, und die ungünstige lokale Verteilung der Nährstoffe (z.B. im Zuge der Intensivtierhaltung), erheblich gestört. Es sind lokale Unter- und Überversorgungen mit Nährstoffen zu beobachten. Gelangen die Nährstoffe in Gewässer, kommt es zum bekannten Phänomen der Eutrophierung. Hierbei ist der Nährstoff Phosphat meist der limitierende Faktor und es bestehen große Bestrebungen den anthropogenen Eintrag in Fließgewässer, Seen und Binnenmeere zu unterbinden. Der Schutz der Ostsee vor Nährstoffeinträgen ist beispielsweise ein sehr wichtiges Thema geworden und wird u.a. von der Baltic Sea Action Group verfolgt.
Weitere Auswirkungen des bestehenden Systems sind Entzüge aus dem Nährstoffkreislauf, wie etwa bei der Deponierung phosphor- aber gleichzeitig auch schadstoffhaltiger Klärschlammaschen oder bei der Mitverbrennung von Klärschlamm in Müllverbrennungsanlagen, Kraftwerken oder Zementwerken. Hier wird das Phosphat ebenfalls als Bestandteil von Aschen deponiert oder in Form von Baustoffen einer sinnvollen stofflichen Nutzung entzogen. Gegen diese Art des Verlusts von Phosphat aus dem Nährstoffkreislauf hat der Gesetzgeber mit der Novellierung der Klärschlammverordnung reagiert, die am 3. Oktober 2017 in Kraft getreten ist und u.a. Regelungen zur Rückgewinnung von Phosphat aus Klärschlamm und Klärschlammasche enthält.
Klärschlämme aus kommunalen Abwasserbehandlungsanlagen ab einer genehmigtenAusbaugröße von über 100.000 bzw. über 50.000 Einwohnerwerten (EW) dürfen nach einer Übergangsfrist ab dem 1. Januar 2029 bzw. 2032 nicht mehr in der Landwirtschaft oder im Landschaftsbau verwertet werden. Die Betreiber dieser Anlagen sind zur Rückgewinnung des im Schlamm enthaltenen Phosphors verpflichtet, wenn der Klärschlamm einen Phosphorgehalt von 20 g/kg Trockenrückstand (TR) oder mehr aufweist. Für Klärschlämme mit P-Gehalten > 40 g/kg TR reicht alternativ die Absenkung der P-Konzentration um 50 % aus. Die Rückgewinnung kann aus dem Schlamm oder aus der Verbrennungsasche des thermisch vorbehandelten Klärschlamms erfolgen.
Aus der Asche müssen mindestens 80 % des Phosphoranteils zurückgewonnen werden. Anstelle einer Phosphorrückgewinnung aus Klärschlämmen aus kleineren und mittelgroßen Abwasserbehandlungsanlagen (bis 50.000 EW) können diese Schlämme auch
weiterhin zu Düngezwecken auf Böden ausgebracht werden, sofern die Anforderungen und insbesondere die Grenzwerte der Klärschlammverordnung und des Düngerechts eingehalten werden.
In der Abwasserreinigung wird der Makronährstoff Phosphor je nach Typ und Größe der Abwasserreinigungsanlage durch verschiedene Verfahren der Phosphatelimination weitgehend in die feste Phase, den Klärschlamm, überführt. Dies geschieht durch die Zugabe von Fällmitteln auf der Basis von Eisen- oder Aluminiumsalzen, oder durch das Verfahren der vermehrten biologischen Phosphorelimination (Bio-P). Das Phosphat liegt nun abhängig vom eingesetzten Verfahren als Bestandteil der gewachsenen Biomasse, als gefälltes Salz, adsorbiert an Eisen(oxi)hydroxiden oder im Falle der Bio-P Klärschlämme auch intrazellulär in Form von Polyphosphaten vor. Weitergehende Informationen hierzu sind im Beitrag von Kratz et al. Pflanzenverfügbarkeit und agronomische Effizienz von klärschlamm-basierten Phosphor (P) – Recyclingdüngern in diesem Buch zu finden. Die Bindungsformen unterscheiden sich demnach nach Art der eingesetzten Technologie der Phosphatelimination erheblich und haben einen entscheidenden Einfluss auf die verschiedenen Möglichkeiten der P-Extraktion und Rückgewinnung.
KW - Abwasser
KW - Phosphor
KW - Klärschlamm
KW - Klärschlammasche
KW - Recycling
PY - 2018
SN - 978-3-94431-043-5
SP - 165
EP - 186
PB - Thome-Kozmiensky Verlag GmbH
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-46549
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CHAP
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Kugler, Stefan Anton
A1 - Schaaf, T.
A1 - Adam, Christian
ED - Holm, O.
ED - Thome-Kozmiensky, E.
ED - Quicker, P.
ED - Kopp-Assenmacher, S.
T1 - Herstellung neuer Düngemittelausgangsstoffe durch thermochemische Behandlung von Klärschlammaschen
N2 - Klärschlammasche kann viel Phosphor enthalten (bis zu 12%). Aus diesem Grund ist diese Asche ein gutes Ausgangsmaterial für Phosphordünger. Aufgrund der geringen Pflanzenverfügbarkeit des Phosphors in der Asche ist eine Aufbereitung notwendig.
In diesem Buchbeitrag wird das thermochemische Verfahren AshDec vorgestellt, welches von dem Fachbereich 4.4 mit der Firma Outotec entwickelt worden ist. Es werden die Hintergründe diskutiert, die Phasenreaktionen bei diesem Prozess besprochen, Pflanzenversuche ausgewertet, verschiedene Extraktionen diskutiert und ein Konzept für eine mögliche Pilotanlage dargestellt.
KW - Phosphor
KW - Extraktionen
KW - Alkalien
KW - Thermochemisch
PY - 2018
SN - 978-3-94431-043-5
SP - 495
EP - 512
PB - Thome-Kozmiensky Verlag GmbH
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-46603
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Weimann, Karin
A1 - Adam, Christian
ED - Martins, I. M.
ED - Ulsen, C.
ED - Villagran, Y.
T1 - Advantages of recycling gypsum plasterboards
N2 - Advantages of recycling gypsum plaster boards
During the last decades the material composition of buildings has become increasingly diverse. However, largely sorted material flows are needed for generating high quality secondary building materials. The use of secondary building materials can meet the requirements of sustainability in several ways: the extended time availability of primary raw materials and, thereby, the preservation of natural resources as well as the conservation of landfill sites.
Recycling of gypsum (calcium sulfate) can be a good example for the environmental benefits of closed-loop recycling. The content of sulfates in other secondary building materials, in particular in recycled concrete aggregates, should be minimized for quality reasons. In contrast, separated gypsum can also be used in gypsum production if the high quality requirements for the recycled gypsum are met. Since almost all processing steps in the recycling process are associated with environmental impacts, an environmental evaluation of the use of recycled gypsum as a substitute in gypsum production has to be carefully conducted.
This paper focusses on the techniques for generating recycled gypsum from gypsum plasterboards, the related quality requirements and a comprehensive environmental evaluation of the complete process.
T2 - IV International Conference Progress of Recycling in the Built Environment
CY - Lisbon, Portugal
DA - 11.10.2018
KW - Environmental evaluation
KW - Gypsum
KW - CDW processing
PY - 2018
SN - 978-2-35158-208-4
VL - PRO 124
SP - 243
EP - 250
PB - Rilem publications S.A.R.L.
CY - Paris
AN - OPUS4-48078
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Weimann, Karin
A1 - Adam, Christian
T1 - Advantages of recycling gypsum plasterboards
N2 - During the last decades the material composition of buildings has become increasingly diverse. However, largely sorted material flows are needed for generating high quality secondary building materials. The use of secondary building materials can meet the requirements of sustainability in several ways: the extended time availability of primary raw materials and, thereby, the preservation of natural resources as well as the conservation of landfill sites.
Recycling of gypsum (calcium sulfate) can be a good example for the environmental benefits of closed-loop recycling. The content of sulfates in other secondary building materials, in particular in recycled concrete aggregates, should be minimized for quality reasons. In contrast, separated gypsum can also be used in gypsum production if the high quality requirements for the recycled gypsum are met. Since almost all processing steps in the recycling process are associated with environmental impacts, an environmental evaluation of the use of recycled gypsum as a substitute in gypsum production has to be carefully conducted.
This paper focusses on the techniques for generating recycled gypsum from gypsum plasterboards, the related quality requirements and a comprehensive environmental evaluation of the complete process.
T2 - IV International Conference Progress of Recycling in the Built Environment
CY - Lisbon, Portugal
DA - 11.10.2018
KW - Environmental evaluation
KW - CDW processing
KW - Gypsum
PY - 2018
AN - OPUS4-48079
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Taube, Mareike Carolin
A1 - Adam, Christian
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Beckmann, T.
A1 - Reuter, M.
A1 - Stelter, M.
ED - Thiel, S.
ED - Thomé-Kozmiensky, E.
ED - Pretz, T.
ED - Senk, D. G.
ED - Wotruba, H.
T1 - Tantal-Rückgewinnung aus Zinnschlacken und weiteren Reststoffen
N2 - Since the recycling of tantalum bearing post-consumer waste is practically not existent, metallurgical residues are the most important feed for the tantalum recycling. Most tin ores naturally contain significant quantities of refractory metals. During the smelting process in primary tin production these elements are enriched in the slag phase. This slag is a highly valuable raw material for tantalum production due to its considerable concentration of tantalum and its functioning as an additional slag former in further pyrometallurgical treatment.
In this paper the first process stage of an existing pyrometallurgical process for tantalum recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, is discussed. Smelting trials were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to analyse the effect of feeding on the activity of carbon as a reducing agent. Therefore, blowing petroleum coke through an iron lance and the manual adding of coke into the melting bath were tested. During the pyrometallurgical treatment elements with a high affinity to carbon were reduced to their carbide form and enriched in the molten iron-based metal phase. The objective of the process was to reduce the oxidic tantalum completely and to enrich it into the metal phase. Furthermore, the transfer of unwanted elements such as titanium into the metal phase was aimed to be avoided.
Spoon test specimens were taken from the liquid mineral melt to follow the evolution of the reduction process. The cooled down solidified melting bath was investigated by using the XRD and EDX method to characterise the slag system and to identify relevant mineral phases.
T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle
CY - Berlin, Germany
DA - 13.05.2019
KW - Zinnschlacke
KW - Tantal
KW - Recycling
KW - Pyrometallurgie
KW - Lichtbogenofen
PY - 2019
SN - 978-3-944310-47-3
VL - 6
SP - 378
EP - 393
PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-48357
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Hamann, Christopher
A1 - Adam, Christian
A1 - Stolle, Dirk
A1 - Spanka, M.
A1 - Auer, G.
T1 - Thermochemical treatment of waste products from iron and steel production
N2 - Blast furnace (BF) sludge and electric arc furnace (EAF) dust are typical wastes that incur from iron and steel production. In addition to iron, calcium, carbon, and silicon they usually contain high concentrations of heavy metals such as zinc, lead, and cadmium that are potentially hazardous to the environment, rendering disposal in landfills ecologically problematic and costly. Consequently, pyrometallurgical, hydrometallurgical, and hybrid methods for selective elimination of non-ferrous heavy metals from BF sludge and EAF dust have been conceived, of which only the carbothermic reduction route taken in the so-called Waelz rotary kiln process has been proven to be economically successful. However, this process has several drawbacks regarding efficiency of heavy-metal removal and recovery of iron, and it does not allow processing of BF sludge. In this study, we investigated the efficiency and feasibility of selective chlorination and evaporation of non-ferrous heavy metals, particularly zinc and lead, in both BF sludge and EAF dust as an alternative, thermochemical processing route. To this end, hydrochloric acid and iron(II) chloride solution have been used as chlorinating agents, and the process of heavy-metal chlorination and evaporation has been investigated under inert operating conditions, at variable chlorine concentrations, and at temperatures between 500 and 1200 °C.
High zinc and lead removal efficiencies of > 99.5 % were achieved with both chlorinating agents, but iron(II) chloride turned out to be overall more efficient for removal of zinc and lead from BF sludge and EAF dust. Interestingly, and in contrast to previous studies, the iron was completely retained in the processed solid residue, therefore rendering the processed residues virtually zinc- and lead-free raw materials that may either be used internally (e.g., feeding processed BF sludge and EAF dust back into the respective furnaces) or externally (e.g., for cement production).
T2 - European Metallurgical Conference 2019
CY - Düsseldorf, Germany
DA - 23.06.2019
KW - Blast furnace sludge
KW - Electric arc furnace dust
KW - Recycling
KW - Selective chlorination
KW - Zinc
PY - 2019
SN - 978-3-940276-89-6
VL - 3
SP - 1267
EP - 1282
PB - GDMB
CY - Clausthal-Zellerfeld
AN - OPUS4-48362
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Taube, Mareike Carolin
A1 - Adam, Christian
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Beckmann, T.
A1 - Reuter, M.
A1 - Stelter, M.
T1 - Influence of carbon feeding on a pyrometallurgical tantalum and niobium recycling process and the formation of carbides
N2 - An existing pyrometallurgical process for tantalum and niobium recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, was investigated. Series of melting experiments were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to study how the amount, the grain size and the way of feeding affect the activity of carbon as a reducing agent. During the pyrometallurgical treatment refractory metals such as tantalum and niobium are reduced to their carbide form and enriched in the molten iron-based metal phase. The cooled down slag and metal phase were analysed to investigate thermodynamic and kinetic conditions of the carbide formation. FACT Sage simulations were also used to investigate the material system in state of thermodynamic equilibrium. Results show that mass transfer and kinetics may play an important role if compared to equilibrium analyses using FACT Sage.
T2 - Euopean Metallurgical Conference (EMC) 2019
CY - Düsseldorf, Germany
DA - 23.06.2019
KW - Pyrometallurgy
KW - Tantalum
KW - Carbide formation
KW - Reduction process
KW - Carbon feeding
PY - 2019
SN - 978-3-940276-87-2
VL - 1
SP - 371
EP - 386
PB - GDMB Verlag GmbH
CY - Clausthal-Zellerfeld
AN - OPUS4-48363
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphorus recovery from wastewater - Developments and perspective in Germany
N2 - A new sewage sludge ordinance was set in force in Germany in 2017 that makes phosphorus recovery from sewage sludge mandatory. The technological possibilities for P-recovery from waste water, sewage sludge and sewage sludge ash were presented.
T2 - International Workshop Nutrient Stewardship & Next-Generation Fertilisers
CY - Heron Island, Australia
DA - 15.12.2018
KW - Phosphorus recovery
PY - 2018
AN - OPUS4-47110
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Adam, Christian
T1 - Breites Leistungsspektrum - Für die Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm stehen aus technischer und ökonomischer Sicht verschiedene Verfahren zur Verfügung
N2 - Die P-Rückgewinnung aus Teilströmen mit erhöhten P-Gehalten kann direkt in den Kläranlagenbetrieb integriert werden und führt dort in vielen Fällen zu betrieblichen und ökonomischen Vorteilen. Sie ist in der Regel auf Bio-P-Kläranlagen beschränkt, da hier die anaerobe P-Rücklösung initiiert und genutzt werden kann. Durch die reine P-Rücklösung durch Schaffung anaerober Bedingungen ist allerdings das Potential der Rückgewinnung auf 5 bis 15 Prozent der Zulauffracht limitiert.
Die meisten Kläranlagen in Deutschland werden mit einer chemischen Phosphor-Fällung betrieben. Diese Anlagen können aus dem Klärschlamm Phosphat in ausreichend hoher Konzentration nur zurückgewinnen, indem zusätzlich anorganische Säuren wie Schwefelsäure zugeführt werden oder ein Aufschluss mit flüssigem Kohlendioxid stattfindet. Es wird angenommen, dass sich mit diesen Verfahren mehr als 50 Prozent der Zulauffracht einer Kläranlage zurückgewinnen lassen. Der Aufschluss von Klärschlamm mit Schwefelsäure geht aber mit vergleichsweise hohen Umweltwirkungen sowie mit höheren Kosten im Vergleich zu anderen Phosphor-Rückgewinnungsverfahren einher. Ein sehr hohes Potential der Rückgewinnung von Phosphor (P) ist bei allen Verfahren gegeben, die als Rohstoff die Asche aus der Monoverbrennung verwerten. Der Aufschluss mit anorganischen Säuren ermöglicht die sichere Phosphor-Rückgewinnung von mehr als 80% Prozent des Kläranlagenzulaufs. Die Verfahren sind zum Teil großtechnisch umgesetzt oder es befinden sich großtechnische Anlagen im Bau. Auch thermochemische Verfahren wurden entwickelt und deren Einsatzbereitschaft im großtechnischen Maßstab erfolgreich demonstriert. In dem nachfolgenden Beitrag werden unterschiedliche praxiserprobte Verfahren zur Phosphor-Rückgewinnung unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten vorgestellt.
KW - Abwasserreinigung
KW - Bio-P-Kläranlage
KW - Elimination
KW - Fällmittel
KW - Kläranlage
KW - Klärschlamm
KW - Klärschlammasche
KW - Klärschlammverordnung
KW - Monoverbrennung
KW - Permeat
KW - Phosphat
KW - Phosphor
KW - Phosphorrückgewinnung
KW - Retentat
KW - Struvit
KW - Zentrat
PY - 2019
VL - 32
IS - 1
SP - 4
EP - 13
PB - Rhombos-Verlag
CY - Berlin
AN - OPUS4-47942
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Simon, Sebastian
A1 - von Werder, Julia
A1 - Meng, Birgit
A1 - Stephan, D.
A1 - Kargl, F.
A1 - Adam, Christian
T1 - Formation and chemical stabilisation of tricalcium-silicate during solidification from the melt of post-treated metallurgical slags
N2 - Tricalcium-silicate (C3S) or Alite is the most important mineral in Portland cement. Since pure tricalcium-silicate is only stable above temperatures of 1250 °C, its decomposition has to be prevented technically by fast cooling after the sintering process. At room temperature, the decomposition velocity is very slow so that metastable tricalcium-silicate is obtained.
Although the mechanisms of clinker phase formation during burning process of Portland cement in a rotary kiln were solved and improved over the years, in view of possible economic and ecological benefits current projects aim to produce clinker phases from metallurgical slags. Recent studies discovered that the mineral phase which remained after a reducing treatment and separation of formed metallic iron from molten Linz-Donawitz (LD-) slags contained about 60 wt.% Alite despite it was cooled slowly. Because the results could be verified using slags from different origins and varying cooling velocities a chemical stabilisation of the Alite can be assumed. First tests in mortars indicate that workability, hardening and solid state properties are comparable with an ordinary Portland cement. An application of the observed phenomenon in cement production requires enhanced knowledge about formation and stabilisation conditions of Alite during crystallisation from melts in contrast to the sintering reactions in conventional Portland cement production. Therefore, this study focuses on the stabilisation mechanisms of Alite in consolidating melts. Samples from different melting experiments are analysed to determine stabilising factors.
T2 - 15th International Congress on the Chemistry of Cement
CY - Prag, Czech Republic
DA - 16.09.2019
KW - Tricalcium-silicate
KW - Portland Cement
KW - Alite
KW - Steelmaking slag
PY - 2019
SP - Paper 492, 1
EP - 10
AN - OPUS4-49050
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Adam, Christian
A1 - Stephan, Dietmar
A1 - Meng, Birgit
A1 - Simon, Sebastian
A1 - von Werder, Julia
A1 - Hirsch, Tamino
A1 - Manninger, Tanja
T1 - Effect of gypsum on the hydration of fused cement clinker from basic oxygen furnace slag
N2 - Fused cement clinker can be produced from molten basic oxygen furnace slag (BOFS) by way of a reductive thermochemical treatment. During the thermochemical treatment, oxidic iron is reduced to metallic iron and separated. The resulting low-iron slag has a chemical and mineralogical composition similar to ordinary Portland cement (OPC) clinker. In this study, the hydraulic reactivity of the fused clinker from BOFS with and without gypsum was investigated using isothermal calorimetry, differential scanning calorimetry, in situ X-ray diffraction and powder X-ray diffraction. Furthermore, a synthetic fused clinker without foreign ions and fused clinker produced by a mixture of both materials was studied. The hydraulic reaction of the fused clinker from BOFS was considerably slower than that of OPC. However, the reaction can be accelerated by adding gypsum as a sulfate carrier. Furthermore, the results showed an increased reaction rate with decreasing content of foreign ions such as Fe, P or Mn.
KW - General Materials Science
KW - Building and Construction
PY - 2024
DO - https://doi.org/10.1680/jadcr.23.00070
SN - 0951-7197
SP - 1
EP - 19
PB - Telford
AN - OPUS4-59391
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
T1 - Chemische Charakterisierung von P-Recyclaten
N2 - Zukünftig werden vermehrt P-Recyclate auf den Düngemittelmarkt kommen. Diese müssen ausreichend charakterisiert werden, um Sicherheit und Wirksamkeit beurteilen zu können. Mit dem Vortrag wurde der wissenschaftliche Beirat für Düngungsfragen des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft beraten.
T2 - Fachgespräch Recycling-Phosphate als Düngemittel für die Landwirtschaft
CY - Bonn, Germany
DA - 14.02.2018
KW - P-Recyclate
KW - Sekundärrohstoffe
PY - 2018
AN - OPUS4-44178
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CHAP
A1 - Adam, Christian
A1 - Krüger, Oliver
ED - IWA Publishing,
T1 - Wastewater as a resource: From rare earth metals to phosphorus
N2 - Wastewater contains a diverse array of organic and inorganic compounds and its complex composition strongly depends on the location and the connected dischargers. However, municipal wastewater as a carrier of feces and urine generally contains considerable amounts of the main nutrients nitrogen and phosphorus. The latter is in the focus of the discussions about the recovery potential of wastewater due to the relatively high mass flows of phosphorus in wastewater and the finite nature and decreasing quality of phosphate rock reserves. But due to the presence of the whole periodic table of elements, wastewater might contain further valuable components of interest for recovery including those defined as critical raw materials by the European Commission. Phosphorus and most of the other critical raw materials are fixed in the sewage sludge and after incineration in the sewage sludge ash (SSA). This is accompanied by high concentration factors from wastewater via sludge to ash. However, the mass fractions of the majority of elements in sewage sludge are comparable to those of the earth crust, indicating no relative enrichment. Nevertheless, enrichment factors of 100 or higher are given for phosphorus, copper, zinc, cadmium, silver, tin, lead and the platinum group elements indicating an anthropogenic input. An economic value of sewage sludge was estimated to $460,-/t calculated on the basis of the respective market prices for high purity elements – a theoretical value. A German survey of sewage sludge ashes showed that the mass fractions and the mass flows of most of the elements present in SSA are probably too low for an economic recovery. In most cases the mass flows are rather small compared to the imports and the chemical forms are not suitable for recovery. An exception is phosphorus that is present in high mass fractions up to 13% and that bears a high substitution potential. If the application of P-recovery technologies lead to a further concentration of valuable elements e.g. as by-products in side streams of the process, it would probably make also the recovery of other elements of economic interest.
KW - Wastewater
KW - Sewage sludge
PY - 2018
SN - 978-1-78040-835-4
SN - 978-1-78040-836-1
SN - 978-1-78040-954-2
DO - https://doi.org/10.2166/9781780408361
SP - 241
EP - 252
PB - IWA Publishing
CY - London
AN - OPUS4-45679
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Taube, Mareike Carolin
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Adam, Christian
A1 - Feldmann, Ines
A1 - Ostermann, Markus
A1 - Reuter, M.
A1 - Stelter, M.
T1 - Tantalrecycling aus pyrometallurgischen Rückständen
N2 - Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung eines bestehenden pyrometallurgischen Prozesses zur Rückgewinnung von Tantal und Niob aus metallurgischen Reststoffen mit vorwiegend niedriger Wertstoffkonzentration.
Zur näheren Erforschung der im vorliegenden Stoffsystem ablaufenden Reduktionsprozesse wurden in einem Elektrolichtbogenofen Schmelzversuche im Pilotmaßstab durchgeführt. Als Reduktionsmittel diente Koks, welcher mithilfe einer Argon-gespülten Eisenlanze in die flüssige mineralische Schmelze eingebracht wurde. Während der Reduktionsbehandlung werden Refraktärmetalle wie Tantal und Niob in ihre Carbide überführt und anschließend in der erschmolzenen eisenbasierten Metallphase am Boden des Reaktors angereichert. Neben Tantal und Niob gelangt auch ein Teil des im Einsatzmaterial enthaltenen Titans als unerwünschtes Begleitelement in die Metallphase.
Sein Großteil verbleibt jedoch als Oxid in der Schlacke und wird dort hauptsächlich im Mineral Perowskit (CaTiO3) gebunden. Die erstarrten Schlackeproben wurden mit verschiedenen Methoden wie Röntgenfluoreszensanalyse, Röntgenbeugung und Rasterelektronenmikroskopie mit gekoppelter energiedispersiver Röntgenanalyse untersucht, um die Bildung tantalhaltiger Mineralphasen zu verschiedenen Stadien des Reduktionsprozesses zu verfolgen.
Die hier gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass weniger die durch das Einblasen von Koks verursachte Reduktionsreaktion, sondern das Absinken der tantalreichen Eisentröpfchen in der flüssigen mineralischen Schmelze, gefolgt von ihrer Anreicherung in die Metallphase, für die Kinetik ausschlaggebend ist.
N2 - An existing pyrometallurgical process for tantalum and niobium recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, was investigated. Melting experiments were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to study the material system during the reduction process caused by blowing coke into the liquid mineral melt. During the pyrometallurgical treatment refractory metals such as tantalum and niobium are converted into their carbides and enriched in the molten iron-based metal phase. Titanium is also enriched in the metal phase as an unwanted accompanying element, but most of it remains in oxidic form in the slag and is mainly bound in the mineral perovskite. Cooled down slag samples were analysed using XRF, XRD, SEM and EDX to investigate the formation of mineral phases rich in tantalum during various stages of the reduction process.
The results show that the settling of the tantalum-rich iron droplets in the molten slag into the metal phase May play a greater role for the kinetics than the actual reduction reaction caused by blowing in coke.
KW - Tantal
KW - Recycling
KW - Reduktionsprozess
KW - Perowskit
KW - Elektrolichtbogenofen
PY - 2020
SN - 1613-2394
VL - 73
IS - 4
SP - 196
EP - 205
PB - GDMB Verlag GmbH
CY - Clausthal-Zellerfeld
AN - OPUS4-51064
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Smol, M.
A1 - Adam, Christian
A1 - Kugler, Stefan
T1 - Inventory of Polish municipal sewage sludge ash (SSA) – Mass flows, chemical composition, and phosphorus recovery potential
N2 - This paper presents an inventory of sewage sludge ashes (SSA) generated in the mono-incineration plants for municipal sewage sludge in Poland. This research focused on the detailed study of mass flows, chemical composition, and phosphorus recovery potential. There are currently 11 sludge mono-incineration plants operated with a total capacity of 160,300 Mg dry weight (d.w.) of sludge annually. Recently, a significant increase in the amount of SSA generated in these plants has been observed, reaching 26,756 Mg in 2018. Chemical composition of SSA showed significant amounts of the main nutrients: calcium (~14%), phosphorus (~13%), magnesium (~3%), and potassium (~1%). Additional main elements were iron (~14.5%), silicon (~13%), and aluminium (~6%). The main trace elements in the SSA were zinc (~3750 mg/kg) and copper (~899 mg/kg). Pollutants, according to fertilizer regulations of different countries, present in Polish SSA were chromium(~703 mg/kg), nickel (~260 mg/kg), lead (~94 mg/kg), and Cadmium (~9 mg/kg). The radionuclides, uranium, and thorium often present in higher amounts in commercial phosphate rock-based fertilizers, were only detected in SSA t low levels of 4–9 mg/kg and 2–3 mg/kg, respectively. Theoretical phosphorus recovery potential from the SSA (from plants in Cracow, Lodz, Gdansk, Gdynia, Szczecin, and Kielce) was estimated at 1613.8 Mg, of which 33.9% is bioavailable. Currently, in Poland, the recommended approach is the production of fertilizers as a result of the extraction of phosphorus from the SSA with its use in the production of secondary mineral fertilizers.
Further research in this area is required considering Polish conditions and legislation.
KW - Municipal sewage sludge
KW - Sewage sludge ash (SSA)
KW - Phosphorus
KW - Recovery potential
PY - 2020
DO - https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.07.042
VL - 116
SP - 31
EP - 39
PB - Elsevier Ltd
AN - OPUS4-51093
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Hamann, Christopher
A1 - Spanka, M.
A1 - Stolle, Dirk
A1 - Auer, G.
A1 - Weingart, Eric
A1 - Al-Sabbagh, Dominik
A1 - Ostermann, Markus
A1 - Adam, Christian
T1 - Recycling of blast-furnace sludge by thermochemical treatment with spent iron(II) chloride solution from steel pickling
N2 - One of the typical wastes produced in blast-furnace (BF) ironmaking is BF sludge, which mostly consists of carbon and iron oxides, but also contains toxic trace metals such as Zn, Pb, Cd, As, and Hg that render the material hazardous. Due to the lack of an established recycling process, BF sludges are landfilled, which is ecologically questionable and costly. Here, we investigate selective removal of Zn, Pb, and Cd from BF sludge by chlorination–evaporation reactions using thermodynamic modelling and laboratory-scale experiments. Specifically, BF sludge was thermochemically treated at 650–1000 °C with a spent iron(II) chloride solution from steel pickling and the effects of process temperature and retention time on removal of Zn, Pb, and Cd were investigated. Zinc and Pb were quantitatively removed from BF sludge thermochemically treated at 900–1000 °C, whereas Fe and C as well as other major elements were mostly retained. The Zn, Pb, and Cd contents in the thermochemically treated BF sludge could be lowered from ∼56 g/kg, ∼4 g/kg, and ∼0.02 g/kg to ≤0.7 g/kg, ≤0.02 g/kg, and ≤0.008 g/kg, respectively, thus rendering the processed mineral residue a non-hazardous raw material that may be re-utilized in the blast furnace or on the sinter band.
KW - Blast-furnace sludge
KW - Selective chlorination
KW - Zinc chloride
PY - 2021
DO - https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123511
SN - 0304-3894
VL - 402
IS - 123511
SP - 1
EP - 12
PB - Elsevier
CY - Amsterdam
AN - OPUS4-51141
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphatdüngemittel aus Klärschlammaschen
N2 - Das Element Phosphor ist für alle Lebewesen essenziell und wird beispielsweise von Pflanzen in Form von Phosphaten aufgenommen.
In der landwirtschaftlichen Produktion werden dem Boden die Phosphate durch Wachstum und Ernte der Pflanzen entzogen und müssen ihm in Form von Phosphatdüngemitteln wieder zugeführt werden, um die Nahrungsmittelproduktion zu sichern. Rohphosphat stellt die Grundlage unserer derzeitigen Phosphatdüngemittel dar, ist aber gleichzeitig ein endlicher Rohstoff.
Des Weiteren sind insbesondere sedimentäre Rohphosphate oftmals mit erheblichen Konzentrationen toxischer Schadstoffe wie Cadmium, Uran und Thorium belastet. Eine Kreislaufführung des Phosphats sollte erfolgen, um natürliche Rohstoffvorkommen zu schonen und den Eintrag von Schadstoffen auf unsere Böden zu unterbinden.
KW - Phosphat
KW - Recyclingdüngemittel
PY - 2020
SN - 1610-6563
IS - 3
SP - 14
EP - 15
PB - MuP Verlag GmbH
CY - München
AN - OPUS4-50792
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Smol, M.
A1 - Adam, Christian
A1 - Krüger, O.
T1 - Use of nutrients from wastewater for the fertilizer industry - approaches towards the implementation of the circular economy (CE)
N2 - More sustainable waste management practices are an important element in the Transformation towards a circular economy (CE). Activities in this area should be dedicated to all groups of waste, including those generated in the water and sewage sector. This paper presents the characteristics of sewage sludge ash (SSA) coming from Polish municipal waste incineration plants. Due to the high content of nutrients such as phosphorus (8.01% P2O5), calcium (5.11% CaO) and magnesium (2.75% MgO), the analyzed SSA may constitute a valuable source of raw materials for the fertilizer industry.
Despite the good fertilizing properties of the SSA, in some cases the presence of heavy metals such as cadmium (0.74–1.4 mg/kg dry matter), lead (49.8–99 mg/kg dry matter), mercury (3.93 mg/kg dry matter) and arsenic (4.23–4.43 mg/kg dry matter) and poor bioavailability of P from SSA disqualifies this waste from direct use as a fertilizer. Therefore, it is necessary to look for methods that will allow the municipal SSA to be processed, for example, technologies for the extraction of phosphorus and the production of phosphate fertilizer. This way of SSA management is in the line with the CE assumptions, in which waste becomes a valuable source of secondary raw materials. Fertilizer produced from waste meeting quality, safety and labelling requirements and limits of organic, microbiological and physical contaminants will be able to be traded freely within the European Union (EU) and receive the CE marking. The idea of use of SSA for fertilizer purposes is consistent not only with the objectives of the CE but also with the Polish National Waste Management Plan 2022 and the Municipal Sewage Sludge Strategy 2019–2022, which emphasizes the necessity to maximize the use of biogenic substances contained in wastewater. Therefore, sustainable management of SSA, in particular its storage in a way enabling the recovery of phosphorus, should be promoted.
KW - Wastewater
KW - Circular economy
KW - Fertilizer
KW - Sewage sludge
KW - Phosphorus
PY - 2020
DO - https://doi.org/10.5004/dwt.2020.25113
VL - 1
SP - 1
EP - 9
PB - Desalination Publications
CY - Hopkinton, MA 01748, USA
AN - OPUS4-50646
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Taube, Mareike Carolin
A1 - Adam, Christian
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Beckmann, T.
A1 - Reuter, M.
A1 - Stelter, M.
ED - Reiser, B.
T1 - Recycling von metallurgischen Rückständen - Schmelzversuche zeigen, wie die Tantalrückgewinnung aus Zinnschlacken und weiteren Reststoffen optimiert werden kann
N2 - Since the recycling of tantalum bearing post-consumer waste is practically not existent, metallurgical residues are the most important feed for the tantalum recycling. Most tin ores naturally contain significant quantities of refractory metals. During the smelting process in primary tin production these elements are enriched in the slag phase. This slag is a highly valuable raw material for tantalum production due to its considerable concentration of tantalum and its functioning as an additional slag former in further pyrometallurgical treatment. In this paper the first process stage of an existing pyrometallurgical process for tantalum recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, is discussed. Smelting trials were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to analyse the effect of feeding on the activity of carbon as a reducing agent. Therefore, blowing petroleum coke through an iron lance and the manual adding of coke into the melting bath were tested. During the pyrometallurgical treatment elements with a high affinity to carbon were reduced to their carbide form and enriched in the molten iron-based metal phase. The objective of the process was to reduce the oxidic tantalum completely and to enrich it into the metal phase. Furthermore, the transfer of unwanted elements such as titanium into the metal phase was aimed to be avoided. Spoon test specimens were taken from the liquid mineral melt to follow the evolution of the reduction process. The cooled down solidified melting bath was investigated by using the XRD and EDX method to characterise the slag system and to identify relevant mineral phases.
N2 - Da das Recycling von tantalhaltigen Post-Consumer-Abfällen praktisch nicht existiert, stellen metallurgische Reststoffe eine äußerst wichtige Rohstoffquelle für das Tantalrecycling dar. Die meisten Zinnerze enthalten von Natur aus erhebliche Mengen an Refraktärmetallen. Diese Elemente werden in den Schlacken der pyrometallurgischen Primärzinngewinnung angereichert. Aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Wertstoffkonzentration und ihrer Funktion als zusätzlicher Schlackenbildner stellen diese Schlacken einen wertvollen Rohstoff für die Verhüttung tantalhaltiger Reststoffe dar. In der vorliegenden Arbeit wird ein existierendes Verfahren zur Tantalrückgewinnung diskutiert, dem hauptsächlich pyrometallurgische Rückstände geringer Wertstoffkonzentration als Einsatzstoff dienen. Mit Hilfe des Verfahrens sollte dasoxidisch vorliegende Tantal vollständig reduziert und in der Metallphase angereichert werden. Weiterhin sollte vermieden werden, dass unerwünschte Elemente wie Titan in die Metallphase überführt werden. Ziel der Untersuchung war es, die ablaufenden Reduktionsprozesse besser zu verstehen, um so Ansätze für die Prozessoptimierung identifizieren zu können.
KW - Lichtbogenofen
KW - Pyrometallurgie
KW - Recycling
KW - Tantal
KW - Zinnschlacke
PY - 2020
SN - 0934-3482
VL - 33
SP - 10
EP - 17
PB - Rhombos-Verlag
CY - Berlin
AN - OPUS4-50656
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Sichler, Theresa
A1 - Adam, Christian
A1 - Montag, D.
A1 - Ehm, J.
A1 - Barjenbruch, M.
A1 - Pinnekamp, J.
ED - Holm, O.
ED - Thomé-Kozmiensky, E.
ED - Quicker, P.
ED - Kopp-Assenmacher, S.
T1 - Auswirkungen der novellierten AbfKlärV auf die Kreislaufführung von Pflanzennährstoffen
N2 - Because of the longstanding oversupply of nutrients in Germany, waste and fertilization legislation has been amended in 2017. As the new laws do still not meet the European nitrate ordinance, fertilization laws must be tightened again. In consequence, there is a rising competition for land between sewage sludge and organic fertilizers.
Furthermore, the new sewage sludge ordinance (AbfKlärV) contains stricter thresholds and a ban on agricultural sewage sludge utilization for WWTPs > 50,000 p.e. from 2029. WWTPs which do not use their sludge for agriculture have to recover phosphorus from then on. However, sludges with less than 2% P content are not affected by that obligation. Every federal state of Germany must report amounts and quality of agricultural utilized sewage sludge yearly. An evaluation of raw data from 10 federal states shows that nearly 40% of both WWTPs and sewage sludge volume fall below the recovery limit of 2%. On the other hand, this means less than 30% of the P potential. In addition, there is no information whether the sludges fall reliably below the limit as required by the ordinance. This project aims to investigate this reliability by regarding the variations in the P content of sewage sludge. For this reason, samples will be taken monthly at 10 representative WWTPs over a year. Whereas phosphorus will still mostly be subject of recovery other nutrients are not affected by this. As a result, large amounts of N, K, Mg and Ca will be increasingly removed from the cycle. In 2017, WWTPs > 50,000 p.e. accounted for 30-60% of the nutrient potentials. These potentials will probably get lost to a large extent due to the fertilization ban. Many small WWTPs are also currently changing their utilization strategy from agriculture to incineration to ensure a safe disposal in future. Therefore, we can expect that even larger amounts of nutrients apart from phosphorus will be discharged from the circular economy. In comparison to the domestic sales volume of mineral fertilizers these other nutrients do only account for a very small fraction. A recovery could nevertheless replace parts of the mineral fertilizers, thus reducing environmental impacts. Energy consumption for technical nitrogen fixation is high and nutrient cycles are strongly anthropogenic influenced with diverse consequences such as eutrophication, acidification and endangered groundwater resources. Sewage sludge contains several micronutrients next to the macronutrients P, N, K, Mg, Ca and S. Because of lacking information on the actual German need for micronutrients contents and freights cannot evaluated. Moreover, former sewage sludge fertilization was probably not needs-based. It is therefore not possible to estimate a true loss in micronutrients due to the amended sewage sludge ordinance.
N2 - Die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung ist in der Bundesrepublik Deutschland seit Jahren rückläufig, hatte im Jahr 2017 jedoch noch einen Anteil von rund 18 % [20]. Diese Art der Verwertung wird kontrovers diskutiert, da der Klärschlamm im Rahmen der Abwasserreinigung eine Schadstoffsenke darstellt. In vergangenen Jahrzehnten wurden insbesondere die hohen Gehalte an Schwermetallen im Klärschlamm als kritisch für eine landwirtschaftliche Verwertung eingestuft. Diese Belastung konnte allerdings durch Absenkung der Einträge von Schmermetallen in das Abwasser signifikant gesenkt werden. Neben Schwermetallen kamen jedoch auch organische Schadstoffe wie Pharmazeutika, Kosmetika und Haushaltschemikalien in den Fokus der Diskussion über den Einsatz von Klärschlamm auf Agrarflächen. Heute geraten zunehmend weitere Inhaltsstoffe in den Fokus, deren Auswirkungen noch nicht abschließend geklärt sind, weshalb eine einheitliche Bewertung über Grenzwerte nicht darstellbar ist. Beispiele für diese neuen Stoffgruppen sind Mikroplastik, Nanopartikel, Antibiotikaresistenzen und persistente organische Spurenstoffe. Neben den angesprochenen Risiken gibt es in Deutschland Regionen mit einem stark erhöhten Nährstoffüberschuss. In der Kritik steht vor allem eine nicht ordnungsgemäße Düngung mit Stickstoff, welche mit Nitratauswaschungen in das Grundwasser einhergeht. Um diese Grundwasserbelastung zu verhindern wurde u.a. das Düngerecht erneut verschärft, was die Flächenkonkurrenz zwischen Klärschlamm und Wirtschaftsdünger weiter vergrößern wird. Auf Druck der EU-Kommission stehen zudem weitere Anpassungen im Düngerecht bevor, da die beschlossenen Änderungen aus Kommissionssicht nicht ausreichen, um die Nitratrichtlinie einzuhalten. Vor dem Hintergrund der angeführten Probleme wurde im Koalitionsvertrag der 18. Legislaturperiode (2013) festgeschrieben, „die Klärschlammausbringung zu Düngezwecken [zu] beenden und Phosphor und andere Nährstoffe zurück[zu]gewinnen“ [5]. Die novellierte AbfKlärV beinhaltet allerdings kein grundsätzliches Aufbringungsverbot und eine Rückgewinnungspflicht besteht lediglich für den Nährstoff Phosphor. Es ist davon auszugehen, dass sich die neuen Regelungen im Düngerecht und der Klärschlammverordnung massiv auf die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm und damit auf die Kreislaufwirtschaft verschiedener Nährstoffe auswirken werden. Zur Ermittlung dieser Auswirkungen wird seit Oktober 2018 im Auftrag des Umweltbundesamtes das REFOPLAN-Projekt „extraWERT“ (FKZ 3718 26 330 0) von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Kooperation mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) der RWTH Aachen durchgeführt. In diesem Beitrag werden erste Ergebnisse dieses Projekts vorgestellt.
T2 - Klärschlammkonferenz
CY - Berlin, Germany
DA - 04.11.2019
KW - Klärschlammdüngung
KW - Landwirtschaft
KW - Makronährstoffe
PY - 2019
SN - 978-3-944310-49-7
VL - 2
SP - 362
EP - 374
PB - Thomé-Kozmiensky Verlag
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-49603
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
T1 - What is in your opinion the fertiliser of the future?
N2 - Conventional fertilisers have their disadvantages as nutrient release is not synchronised with the demand of plants. Several approaches of "next generation fertilisers" are aiming at controlled nutrient release. Recycling fertilisers are often not soluble in water but fully plant available. They are suitable raw materials for the production of new types of controlled release fertilisers.
T2 - CLOOP-Workshop "What is in your opinion the fertiliser of the future?"
CY - Berlin, Germany
DA - 22.10.2019
KW - Controlled release fertilisers
KW - Recycling fertilisers
PY - 2019
AN - OPUS4-49554
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Weimann, Karin
T1 - Verwertung carbonfaserhaltiger Reststoffe in der Pyrometallurgie
N2 - Carbonfasern sind äußerst stabil und werden auch in Anlagen zur Verbrennung von Sondermüll kaum zerstört. Beim Handling carbonfaserhaltiger Abfälle können Gesundheitsrisken auftreten (Abgabe von WHO-Fasern). Es werden Methoden der Verwertung carbonfaserhaltiger Reststoffe in der Pyrometallurgie diskutiert.
T2 - UBA Fachaustausch: Aufbereitung und Verwertung carbonfaserhaltiger Abfälle
CY - Dessau, Germany
DA - 19.09.2019
KW - Carbonfasern
KW - Pyrometallurgie
PY - 2019
AN - OPUS4-49555
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphorus recovery from waste water, sewage sludge and sewage sludge ashes
N2 - A lecture was given about the technical possibilities of phosphorus recovery from waste water, sewage sludge and sewage sludge ashes. The specific situation of Europe and Germany was explained in the context of raw materials dependencies and the legal framework.
T2 - Lecture at University of Sao Paulo, Brasil
CY - Berlin, Germany and Sao Paulo, Brasil
DA - 11.11.2019
KW - Phosphorus recovery
KW - Recycling fertilisers
KW - Sewage sludge ordinance
PY - 2019
N1 - Vorlesung über Adobe Connect an der University of Sao Paulo, Brasilien
AN - OPUS4-49590
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Adam, Christian
T1 - Phosphor: Von der Rückgewinnung zum Recycling
N2 - Eine entscheidende Problematik nach Inkrafttreten der neuen
Klärschlammverordnung ist, wie Phosphor nicht nur rückgewonnen,
sondern in den Markt eingeschleust und letztlich auch
in den Kreislauf zurückgeführt werden kann. Die Wege hierzu
sind noch weitgehend ungeklärt. Die DWA-Arbeitsgruppe KEK-
1.1 hat aus diesem Grund einen Workshop durchgeführt, um
rechtliche Anforderungen an Rezyklate, Aspekte der Rezyklatqualität
und -beschaffenheit sowie den aktuellen Markt für Rezyklate
zu diskutieren. Auf Basis dieses Workshops wurde ein
Arbeitsbericht erstellt, der sich schwerpunktmäßig mit dem Einsatz
von Rezyklaten zu Düngezwecken beschäftigt. Hierzu liegen
bereits Erkenntnisse vor, und es sind bereits Praxisbeispiele in
der Umsetzung.
KW - Phosphor
KW - Klärschlamm
PY - 2018
DO - https://doi.org/10.3242/kae2018.08.005
SN - 1866-0029
VL - 65
IS - 8
SP - 710
EP - 717
PB - Gesellschaft zur Förderung der Abwassertechnik (GFA)
CY - Hennef
AN - OPUS4-45661
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
T1 - Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm
N2 - Im Vortrag werden die relevanten Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm im Kontext Recht, Umweltwirkung, Ökonomie und Produktqualität vorgestellt.
T2 - Berliner Klärschlammkonferenz
CY - Berlin, Germany
DA - 05.11.2018
KW - Phosphorrückgewinnung
PY - 2018
AN - OPUS4-46535
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Quicker, P.
T1 - Thermische Behandlung von CFK-Abfällen
N2 - Carbonfaser verstärkte Kunststoffe (CFK) sind aus dem Leichtbau nicht mehr wegzudenken. Da die Produktion der Fasern viel Energie benötigt ist deren Recycling anzustreben. Durch Bearbeitung und Handling während des Recyclings verkürzen sich die Carbonfasern (CF) analog zur Papierfaser. Zu kurze Fasern können nicht mehr in eine Flächenstruktur eingebracht werden und müssen daher aus dem Kreislauf ausgeschleust und einer Verwertung zugeführt werden. Untersuchungen des Lehr- und Forschungsgebiets Technologie der Energierohstoffe (TEER) der RWTH Aachen University haben gezeigt, dass die Bedingungen für eine energetische Nutzung von CF-Abfällen in Abfallverbrennungsanlagen nicht geeignet sind. Zudem können CF Betriebsprobleme verursachen. Des Weiteren können bei einer unzureichenden thermischen Behandlung sogenannte WHO-Fasern entstehen, die als gesundheitsschädlich einzustufen sind. Eine Alternative können Hochtemperaturverfahren mit höheren Verweilzeiten sein. Es kommt die Herstellung von Calciumcarbid in Frage, bei der CF als Kohlenstoffträger und der Kunststoff als Energieträger genutzt werden. Eine weitere Verwertungsoption stellt die Stahlproduktionsroute dar. Erste Untersuchungen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und TEER am kleintechnischen Lichtbogen der BAM zeigen, dass CF-Abfälle potentiell als Reduktionsmittel und Energieträger eingesetzt werden können.
T2 - 6. Forum Leichtbau Recycling und Ressourceneffizienz
CY - Berlin, Germany
DA - 13.09.2018
KW - Carbonfaser
KW - CFK
PY - 2018
AN - OPUS4-46074
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CHAP
A1 - Hamann, Christopher
A1 - Spanka, M.
A1 - Stolle, Dirk
A1 - Adam, Christian
A1 - Auer, G.
ED - Thiel, S.
ED - Holm, O.
ED - Thomé-Kozmiensky, E.
ED - Goldmann, D.
ED - Friedrich, B.
T1 - Rückgewinnung von Zink aus Stahlwerksstäuben durch gemeinsame Behandlung mit chloridhaltigen Reststoffen
N2 - Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung eines neuen chemischen Verfahrens, das in einem Kooperationsprojekt zwischen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der Ferro Duo GmbH entwickelt wird. Mit dem entwickelten Verfahren soll es ermöglicht werden, schwermetallhaltige Filterstäube und -schlämme wie Gichtgasschlämme oder Elektroofenstäube, die als Abfälle während der Produktion von Roheisen und Rohstahl anfallen und die derzeit größtenteils deponiert werden, zu recyceln und die darin enthaltenen Wertstoffe (v.a. Eisen, Kohlenstoff und Zink) wieder in den Rohstoffkreislauf zurückzugeben. Das Verfahren basiert auf dem Prinzip der Chlorierung der in den Filterstäuben und -schlämmen enthaltenen Schwermetalloxide nach Zugabe eines flüssigen Chlordonators wie Eisen(II)-chlorid-Lösung oder Salzsäure. Die so chlorierten Schwermetalloxide werden bei Temperaturen zwischen 650 und 1100 °C in Form von Schwermetallchloriden verdampft und so selektiv vom behandelten Feststoff separiert. Erste experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Gehalte an Schwermetallen wie Zink, Blei und Cadmium um bis zu 99,7% reduziert werden können und die thermochemisch behandelten Filterstäube und -schlämme durch das Verfahren in sekundäre, im Wesentlichen aus Eisenoxiden bestehenden Rohstoffe für die Roheisenproduktion umgewandelt werden können. Da die chlorhaltigen Lösungen selbst Abfallstoffe aus anderen Industriezweigen sind (z.B. aus der Titandioxidproduktion oder der Stahlbeize), vereint das hier entwickelte Verfahren auf elegante Weise zwei Abfallstoffströme und wandelt diese in sekundäre Rohstoffe – einem mineralischen Rohstoff für die Roheisenproduktion sowie Zinkchlorid – um.
KW - Zink
KW - Recycling
KW - Gichtgasschlamm
KW - Elektroofenstaub
KW - Ressourcenrückgewinnung
PY - 2019
SN - 978-3-944310-46-6
VL - Band 12
SP - 593
EP - 605
PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH
CY - Neuruppin
AN - OPUS4-47527
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Grevel, K.-D.
A1 - Emmerling, Franziska
A1 - Dachs, E.
A1 - Benisek, A.
A1 - Adam, Christian
A1 - Majzlan, J.
T1 - Thermodynamic properties of calcium alkali phosphates Ca(Na,K)PO4
N2 - Calcium alkali phosphates Ca(Na,K)PO4 are main constituents of bioceramics and thermochemically produced phosphorus fertilizers because of their bioavailability. Sparse thermodynamic data are available for the endmembers CaNaPO4 and CaKPO4. In this work, the missing data were determined for the low-temperature phase modifications of the endmembers CaNaPO4 and CaKPO4 and three intermediate Ca(Na,K)PO4 compositions. Standard enthalpy of formation ranges from - 2018.3 ± 2.2 kJ mol-1 to - 2030.5 ± 2.1 kJ mol-1 and standard entropy from 137.2 ± 1.0 J mol-1 K-1 to 148.6 ± 1.0 J mol-1 K-1 from sodium endmember b-CaNaPO4 to potassium endmember b0-CaKPO4.
Thermodynamic functions are calculated up to 1400 K for endmembers and the sodium-rich intermediate phase b-Ca(Na0.93K0.07)PO4. Functions above 640 K are extrapolated because of the phase transition from low- to high-temperature phase. Impurities in the synthesized intermediate phases c-Ca(Na0.4K0.6)PO4 and c-Ca Na0.35K0.65)PO4 and one additional phase transition around 500 K impeded the determination of high-temperature thermodynamic functions. In general, data for phase transition temperatures agree with the previously reported phase diagrams.
KW - Formation enthalpy
KW - Heat capacity
KW - Phase transformation
KW - Bioceramics
KW - Phosphorus fertilizer
KW - Entropy
PY - 2020
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-507640
DO - https://doi.org/10.1007/s10853-020-04615-5
VL - 55
SP - 8477
EP - 8490
PB - Springer
AN - OPUS4-50764
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Herzel, Hannes
T1 - Phosphorus recovery in Germany – recent developments
N2 - The recent developments of phosphorus recovery in Germany were presented. The funding program RePhoR was introduced with focus on the demonstration project R-Rhenania that is coordinated by BAM.
T2 - Green Deal 2020 conference
CY - Online-Meeting
DA - 14.12.2020
KW - Phopshorus recovery
KW - Waste water treatment
KW - Recycling fertiliser
PY - 2020
AN - OPUS4-51837
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Huber, F.
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Adam, Christian
A1 - Mallow, O.
A1 - Blasenbauer, D.
A1 - Fellner, J.
T1 - Combined disc pelletisation and thermal treatment of MSWI fly ash
N2 - An environmentally friendly and cost efficient way for the management of municipal solid waste incineration (MSWI) fly ash represents its thermal co-treatment together with combustible waste. However, the safe introduction and storage of MSWI fly ash in the waste bunker is challenging and associated with severe problems (e.g. dust emissions, generation of undefined lumps and heat in case of moistened MSWI fly ash). Therefore, the aim of this study is to investigate the suitability of pelletisation as a pretreatment of MSWI fly ash. In particular, MSWI fly ash was characterised after sampling, pelletisation and thermal treatment and the transfer of constituents to secondary fly ash and flue gas was investigated. For this purpose, MSWI fly ash pellets with a water content of about 0.15 kg/kg and a diameter of about 8 mm have been produced by disc pelletiser and treated in an electrically heated pilot-scale rotary kiln at different temperatures, ranging from 450°C to 1050°C. The total contents of selected elements in the MSWI fly ash before and after thermal treatment and in the generated secondary fly ash have been analysed in order to understand the fate of each element. Furthermore, leachable contents of selected elements and total content of persistent organic pollutants of the thermally treated MSWI fly ash were determined. Due to the low total content of Hg (0.7 mg/kg) and the low leachate content of Pb (<0.36 mg/kg), even at the lowest treatment temperature of 450°C, thermally treated MSWI fly ash pellets can be classified as nonhazardous waste. However, temperatures of at least 650°C are necessary to decrease the toxic equivalency of PCDD/F and DL-PCB. The removal of toxic heavy metals like Cd and Pb is significantly improved at temperatures of 850°C, 950°C or even 1050°C. The observed metal removal led to relatively high contents of e.g. Cu (up to 11,000 mg/kg), Pb (up to 91,000 mg/kg) and Zn (up to 21,000 mg/kg) in the secondary fly ash. This metal enriched secondary fly ash might represent a potential raw material for metal recovery (e.g. via acidic leaching). Due to the high content of total dissolved solids observed in the leachate of thermally treated MSWI fly ash pellets, a wet extraction procedure is suggested to enable its safe disposal at non-hazardous waste landfills.
KW - MSWI fly ash
KW - Thermal treatment
PY - 2018
DO - https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.12.020
SN - 0956-053X
VL - 73
SP - 381
EP - 391
PB - Elsevier Ltd.
CY - Rotterdam
AN - OPUS4-44481
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Herzel, Hannes
T1 - Modifiziertes Rhenania Phosphat auf Klärschlammasche für Bayern
N2 - Es wurde das Projekt R-Rhenania MODIFIZIERTES RHENANIA PHOSPHAT AUS KLÄRSCHLAMMASCHE FÜR BAYERN mit seinen Inhalten und der Projektstruktur vorgestellt.
T2 - 6. P-Rück-Kongress: Phosphor - ein kritischer Rohstoff mit Zukunft
CY - Online meeting
DA - 25.11.2020
KW - Phosphorrückgewinnung
KW - Klärschlammasche
PY - 2020
AN - OPUS4-51667
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Adam, Christian
T1 - P-Rückgewinnung aus Klärschlammasche - AshDec® Verfahren
N2 - Klärschlammaschen können eine hohe Phosphatkonzentration aufweisen und stellen damit einen geeigneten Sekundärrohstoff für die Produktion von Phosphatdüngemitteln dar. Bisher wird dieses Potential der Klärschlammaschen für die Phosphor-Rückgewinnung jedoch kaum genutzt, da die in den Aschen enthaltenen Phosphate für Pflanzen kaum verfügbar und die Aschen teilweise mit toxischen Schwermetallen belastet sind.
Im AshDec®-Verfahren wird die Klärschlammaschen im Drehrohrofen im Temperaturbereich 800-1000°C unter Zugabe von Alkali-Additiven (bsp. Na2CO3) thermochemisch behandelt, um ein wirksames und schadstoffarmes Phosphatdüngemittel herzustellen. Aktuell bereitet die Firma Emter GmbH den Bau der ersten großtechnischen AshDec®-Anlage mit einer Kapazität von 30.000 Jahrestonnen Klärschlammasche am Standort ihrer Klärschlammverbrennungsanlage (Altenstadt / Oberbayern) vor. Die erste Ausbaustufe dieser Anlage wird durch das BMBF-Projekt R-Rhenania im Rahmen der Förderinitiative RePhoR begleitet.
T2 - 2. Thüringer Klärschlammkommunalkonferenz
CY - Thüringer Ministerium für Umwelt, Energie und Naturschutz
DA - 21.06.2022
KW - Rückgewinnung
KW - Phosphor
KW - Klärschlamm
KW - Dünger
PY - 2022
AN - OPUS4-55088
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Gentzmann, Marie
A1 - Paul, Andrea
A1 - Serrano, Juan
A1 - Adam, Christian
T1 - Understanding scandium leaching from bauxite residues of different geological backgrounds using statistical design of experiments
N2 - The leaching behavior of scandium (Sc) from bauxite residues can differ significantly when residues of different geological backgrounds are compared. The mineralogy of the source rock and the physicochemical environment during bauxitization affect the association of Sc in the bauxite i.e., how Sc is distributed amongst different mineral phases and whether it is incorporated in and/or adsorbed onto those phases. The Sc association in the bauxite is in turn crucial for the resulting Sc association in the bauxite residue. In this study systematic leaching experiments were performed on three different bauxite residues using a statistical design of experiments approach. The three bauxite residues compared originated from processing of lateritic and karstic bauxites from
Germany, Hungary, and Russia. The recovery of Sc and Fe was determined by ICP-OES measurements. Mineralogical changes were analyzed by X-ray-diffraction and subsequent Rietveld refinement. The effects of various parameters including temperature, acid type, acid concentration, liquid-to-solid ratio and residence time were studied. A response surface model was calculated for the selected case of citric acid leaching of Hungarian bauxite residue. The investigations showed that the type of bauxite residue has a strong influence. The easily leachable fraction of Sc can vary considerably between the types, reaching ~20–25% in German Bauxite residue and ~50% in Russian bauxite residue. Mineralogical investigations revealed that a major part of this fraction was released from secondary phases such as cancrinite and katoite formed during Bayer processing of the bauxite.
The effect of temperature on Sc and Fe recovery is strong especially when citric acid is used. Based on the exponential relationship between temperature and Fe-recovery it was found to be particularly important for the selectivity of Sc over Fe. Optimization of the model for a maximum Sc recovery combined with a minimum Fe
recovery yielded results of ~28% Sc recovery at <2% Fe recovery at a temperature of 60 ◦C, a citric acid normality of 1.8, and a liquid-to-solid ratio of 16 ml/g. Our study has shown that detailed knowledge about the Sc association and distribution in bauxite and bauxite residue is key to an efficient and selective leaching of Sc
from bauxite residues.
KW - Bauxite residue
KW - Scandium
KW - Leaching
KW - Design of experiments
KW - Red mud
PY - 2022
DO - https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2022.107041
SN - 0375-6742
VL - 2022
IS - 240
SP - 1
EP - 13
PB - Elsevier Science
CY - Amsterdam
AN - OPUS4-55531
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Sichler, Theresa Constanze
A1 - Adam, Christian
A1 - Becker, Roland
A1 - Sauer, Andreas
A1 - Ostermann, Markus
A1 - Barjenbruch, M.
T1 - Phosphorus determination in sewage sludge: comparison of different aqua regia digestion methods and ICP-OES, ICP-MS and photometric determination
N2 - Phosphorus recycling from sewage sludge will be obligatory in Germany from 2029. Phosphorus content determination in sewage sludge is crucial to assess the prescribed recycling rates. Currently, German law regards sample preparation using aqua regia digestion in a microwave or under reflux conditions as well as instrumental phosphorus determination by ICP-OES, ICP-MS, or photometric determination with ammonium molybdate as equivalent. However, it is questionable whether these methods are indeed equivalent regarding phosphorus quantification in sludges near the limit of 20 g/kg for mandatory recycling. To answer this question, 15 sewage sludges of 11 different wastewater treatment plants were investigated with all permitted method (digestion and measurement) combinations. Moreover, one sewage sludge was also examined in an interlaboratory comparison (ILC) with 28 participants. This study shows that the above-mentioned methods differ in some cases significantly but across all method combinations and sludges, phosphorus recovery was between 80 and 121% after normalization to the grand mean (average of 15 sludges between 85 and 111%). The ILC and the examination of 15 sludges produced largely similar results. There is a tendency to higher phosphorus recovery after microwave digestion compared to reflux digestion and ICP-OES measurements determine higher phosphorus contents than ICP-MS and photometric phosphorus determination. As a result, the authors recommend ICP-OES determination of phosphorus in sewage sludge after microwave digestion.
KW - Sewage sludge
KW - ICP-OES
KW - Phosphous recovery
KW - ICP-MS
KW - Photometric P determination
KW - Interlaboratory comparison
PY - 2022
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-558869
DO - https://doi.org/10.1186/s12302-022-00677-1
VL - 34
IS - 99
SP - 1
EP - 14
PB - Springer
AN - OPUS4-55886
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Herzel, Hannes
T1 - R-Rhenania - Modifiziertes Rhenaniaphosphat aus Klärschlammasche für Bayern
N2 - Vorstellung des Projektstands R-Rhenania aus der Förderinitiative RePhoR des BMBF.
T2 - DPP FORUM 2022: Phosphor Recycling 2029 Etappenziel erreicht?
CY - Frankfurt a.M., Germany
DA - 13.10.2022
KW - Phosphorrückgewinnung
KW - Klärschlammasche
KW - thermochemische Behandlung
PY - 2022
AN - OPUS4-55980
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Sichler, Theresa
T1 - extraWERT Forschungsvorhaben
N2 - Die novellierte AbfKlärV (2017) beinhaltet die Verpflichtung zum P-Recycling ab einem P-Gehalt im Klärschlamm von 20 g/kg. Im Vortrag werden Ergebnisse des Forschungsvorhabens extraWERT zu diesem Themenkomplex vorgestellt. Es werden Untersuchungen zu P-Gehalten deutscher Klärschlämme und zu den zulässigen Analysemethoden dafür vorgestellt.
T2 - Tagung: "Vom Abwasser zum Nährstoff":
CY - Karslruhe, Germany
DA - 28.09.2022
KW - Phosphorrückgewinnung
KW - Klärschlamm
PY - 2022
AN - OPUS4-55847
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Sichler, Theresa Constanze
A1 - Adam, Christian
A1 - Barjenbruch, M.
A1 - Montag, D.
A1 - Mauch, Tatjana
A1 - Sommerfeld, Thomas
A1 - Ehm, J.H.
T1 - Variation of the element composition of municipal sewage sludges in the context of new regulations on phosphorus recovery in Germany
N2 - Phosphorus (P) recovery is obligatory for all sewage sludges with more than 20 g P/kg dry matter (DM) from 2029 in Germany. Nine wastewater treatment plants (WWTPs) were chosen to investigate variations of phosphorus contents and other parameters in sewage sludge over the year. Monthly sewage sludge samples from each WWTP were analyzed for phosphorus and other matrix elements (C, N, H, Ca, Fe, Al, etc.), for several trace elements (As, Cr, Mo, Ni, Pb, Sn) and loss of ignition. Among the nine WWTPs, there are four which have phosphorus contents both above and below the recovery limit of 20 g/kg DM along the year. Considering the average phosphorus content over the year, only one of them is below the limit. Compared to other matrix elements and parameters, phosphorus fuctuations are low with an average of 7% over all nine WWTPs. In total, only hydrogen and carbon are more constant in the sludge.
In several WWTPs with chemical phosphorus elimination, phosphorus fuctuations showed similar courses like iron and/or aluminum. WWTPs with chamber flter presses rather showed dilution efects of calcium dosage. As result of this study, monthly phosphorus measurement is highly recommended to determine whether a WWTP is below the
20 g/kg DM limit.
KW - Sewage sludge
KW - Phosphorus recovery
KW - Wastewater
KW - Phosphorus elimination
PY - 2022
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-557499
DO - https://doi.org/10.1186/s12302-022-00658-4
SN - 2190-4707
VL - 34
IS - 1
SP - 1
EP - 12
PB - Springer Nature
CY - Berlin
AN - OPUS4-55749
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Smol, M.
A1 - Adam, Christian
A1 - Kugler, Stefan
T1 - Thermochemical Treatment of Sewage Sludge Ash (SSA)—Potential and Perspective in Poland
N2 - Phosphorus (P) recovery from sewage sludge ash (SSA) is one of the most promising approaches of phosphate rock substitution in mineral fertilizers and might be a sustainable way to secure supply of this raw material in the future. In the current investigation, the process of thermochemical treatment of SSA was applied to SSA coming from selected mono-incineration plants of municipal sewage sludge in Poland (Cracow, Gdansk, Gdynia, Lodz, Kielce and Szczecin).
The Polish SSA was thermochemically converted in the presence of sodium (Na) additives and a reducing agent (dried sewage sludge) to obtain secondary raw materials for the production of marketable P fertilizers. The process had a positive impact on the bioavailability of phosphorus and reduced the content of heavy metals in the obtained products. The P solubility in neutral Ammonium citrate, an indicator of its bioavailability, was significantly raised from 19.7–45.7% in the raw ashes and 76.5–100% in the thermochemically treated SSA. The content of nutrients in the recyclates was in the range of 15.7–19.2% P2O5, 10.8–14.2% CaO, 3.5–5.4% Na2O, 2.6–3.6% MgO and 0.9–1.3% K2O. The produced fertilizer raw materials meet the Polish norms for trace elements covered by the legislation: the content of lead was in the range 10.2–73.1 mg/kg, arsenic 4.8–22.7 mg/kg, Cadmium 0.9–2.8 mg/kg and mercury <0.05 mg/kg. Thus, these products could be potentially directly used for fertilizer production. This work also includes an analysis of the possibilities of using ashes for fertilizer purposes in Poland, based on the assumptions indicated in the adopted strategic and planning documents regarding waste management and fertilizer production.
KW - Sewage Sludge Ashes
KW - Critical raw materials
KW - Phosphorus
KW - Fertilizer
KW - Sewage Sludge
PY - 2020
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-514468
DO - https://doi.org/10.3390/en13205461
VL - 13
IS - 20
SP - 5461
AN - OPUS4-51446
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Smol, M.
A1 - Adam, Christian
A1 - Kugler, Stefan
T1 - Analiza możliwości wykorzystania w Polsce popiołów ze spalania komunalnych osadów ściekowych na cele nawozowe
T1 - Use of municipal sewage sludge ash for fertilizing purposes. An analysis of possibilities in Poland
N2 - Popioły pochodzące z instalacji do spalania komunalnych osadów ściekowych, znajdującej się na terytorium Polski, poddano procesom termochemicznego przekształcania, dzięki czemu otrzymano produkty nawozowe spełniające kryteria dopuszczające je do obrotu jako nawozy mineralne. Ponadto dokonano analizy możliwości wykorzystania popiołów na cele nawozowe zgodnie z obecnie przyjętymi dokumentami strategicznymi i planistycznymi dotyczącymi gospodarki odpadami na poziomie krajowym i europejskim.
N2 - Ashes from thermal transformation of municipal sewage sludge were thermochem. modified at 1000°C in the presence of NaHCO3 and sewage sludge to obtain CaNaPO4 and reduce the content of heavy metals in the produced fertilizer. Its bioavailability was more than 99% higher than that of raw ashes (50%). The nutrient content was 13.56 % Ca, 6.33% P, 4.36% K and 5.0% Fe. The content of heavy metals in fertilizer products met the std. requirements and was exceeded only in the case of Pb (278.3 mg/kg d.m.).
KW - Ashes
KW - Waste
KW - Phosphorus
KW - Recovery
KW - Fertilizer
PY - 2020
DO - https://doi.org/10.15199/62.2020.8.14
VL - 99
IS - 8
SP - 1186
EP - 1191
AN - OPUS4-51267
LA - pol
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Adam, Christian
A1 - Stephan, D.
A1 - Meng, Birgit
A1 - Simon, Sebastian
A1 - von Werder, Julia
T1 - Synthesis and characterisation of alites from reduced basic oxygen furnace slags
N2 - Basic oxygen furnace slags (BOFS) are by-products of the steelmaking process. Several researchers have studied the production of Portland cement clinker and metallic iron from BOFS via a reductive treatment.
In this study, we applied a carbothermal reduction of BOFS in a technical-scale electric arc furnace and characterised the clinker-like products. Those clinker-like non-metallic products (NMPs) had a chemical and mineralogical composition comparable to clinker for ordinary Portland cement (OPC) and contained large elongated alite crystals as major component. The pure NMPs reacted more slowly and achieved a lower degree of hydration compared with commercial OPC.
If the reactivity of the products can be further increased by employing specific adaptations, it can be used as a full clinker substitute for OPC. Nevertheless, it is also an option to use the material without further modifications as a cement component or concrete addition, which contributes to the strength development in both cases.
KW - BOFS
KW - Hydration products
KW - Thermal analysis
KW - X-ray diffraction
PY - 2021
DO - https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106518
SN - 0008-8846
VL - 147
SP - 6518
PB - Elsevier Ltd.
AN - OPUS4-52939
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Kargl, F.
A1 - Adam, Christian
A1 - Ivashko, O.
T1 - In situ synchrotron XRD measurements during solidification of a melt in the CaO–SiO2 system using an aerodynamic levitation system
N2 - Phase formation and evolution was investigated in the CaO–SiO2 system in the range of 70–80 mol% CaO. The samples were container-less processed in an aerodynamic levitation system and crystallization was followed in situ by synchrotron x-ray diffraction at the beamline P21.1 at the German electron synchrotron (DESY). Modification changes of di- and tricalcium silicate were observed and occurred at lower temperatures than under equilibrium conditions. Despite deep sample undercooling, no metastable phase formation was observed within the measurement timescale of 1 s. For the given cooling rates ranging from 300 K s−1 to about 1 K s−1, no decomposition of tricalcium silicate was observed. No differences in phase evolution were observed between reducing and oxidizing conditions imposed by the levitation gas (Ar and Ar + O2). We demonstrate that this setup has great potential to follow crystallization in refractory oxide liquids in situ. For sub-second primary phase formation faster detection and for polymorph detection adjustments in resolution have to be implemented.
KW - Aerodynamic levitation
KW - Calcium silicate
KW - Phase formation
KW - Oxide melts
KW - In situ synchrotron x-ray diffraction
PY - 2021
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-526952
DO - https://doi.org/10.1088/1361-648X/abf7e1
VL - 33
IS - 26
SP - 264003 (12pp)
PB - IOP Publishing
AN - OPUS4-52695
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Sichler, Theresa
A1 - Adam, Christian
A1 - Montag, D.
A1 - Ehm, J.H.
T1 - Schwankungen der P-Gehalte in Klärschlämmen im Kontext der Klärschlammverordnung
N2 - Ab 2029 gilt für alle Kläranlagen in Deutschland eine Pflicht zur Rückgewinnung von Phosphor (P) aus Klärschlamm. Ausgenommen sind nur Anlagen mit Schlämmen mit weniger als 20 g P/kg bezogen auf die Trockenmasse (TM). Für eine Überprüfung der Phosphorschwankungen im Klärschlamm wurden neun verschiedene Kläranlagen ausgewählt mit Phosphorgehalten nahe der "Rückgewinnungsgrenze" von 20 g/kg TM. Der entwässerte Klärschlamm dieser Anlagen wurde monatlich beprobt und auf seinen Phosphorgehalt geprüft. Die Phosphorschwankungen betrugen je nach Anlage zwischen 4 % und 13 % (relative Standardabweichung), im Mittel rund 7 %.
T2 - KlärschlammTage
CY - Online Meeting
DA - 09.06.2021
KW - Phosphor
KW - Klärschlamm
KW - Phosphorrückgewinnung
KW - Abwasserbehandlung
KW - Klärschlammverordnung
PY - 2021
SP - 102
EP - 108
PB - Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA)
CY - Hennef
AN - OPUS4-52839
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Stemann, J.
A1 - Simon, Sebastian
A1 - Adam, Christian
T1 - Comparison of thermochemical treatment of sewage sludge ash with sodium sulphate in laboratory-scale and pilot-scale experiments
N2 - There is an ongoing debate on European scale concerning the criticality of phosphorus. In Switzerland and Germany, phosphorus recovery from phosphorus-rich waste streams will become obligatory. Sewage sludge ash is rich in phosphorus and may become an important secondary feedstock. Thermochemical treatment of sewage sludge ash with sodium sulphate under reducing conditions was shown to remove heavy metals from the solid product and produce the fully plant available crystalline phase CaNaPO4. Pilot-scale experiments in a rotary kiln were carried out at temperatures between 750 and 1000 °C and were compared to laboratory-scale experiments with crucibles. Process upscaling was successfully demonstrated but a series of differences were noticed: In comparison to laboratory-scale, solubility of phosphorus in samples from pilot-scale experiments was lower at all chosen treatment temperatures because of shorter retention time and incomplete decomposition of sodium sulphate. X-ray diffraction analysis revealed remaining phase fractions of whitlockite (Ca3-x(Mg,Fe)x(PO4)2) and sodium sulphate from the starting materials in products and thus indicated incomplete reaction. In contrast to the results of laboratory-scale experiments, the crystalline phase CaNaPO4 was clearly absent in the products from the rotary kiln but instead a Mg-bearing phase (Ca,Mg)NaPO4 was formed. Laboratory-scale experiments confirmed (Ca,Mg)NaPO4 is an intermediate phase between whitlockite and CaNaPO4. However, both crystalline phases are characterized by high plant availability. It was shown that heavy metal removal increased at higher temperatures whereas solubility and thus plant availability of phosphorus already reached its maxima at temperatures of 950 °C in pilot-scale and 875 °C in laboratory-scale experiments.
KW - Crystalline phase identification
KW - Heavy metal removal
KW - Phosphorus availability
KW - Process upscaling
KW - Recovery
KW - Rhenanite
PY - 2021
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-524084
DO - https://doi.org/10.1007/s13762-021-03252-y
VL - 19
IS - 3
SP - 1997
EP - 2006
PB - Springer
AN - OPUS4-52408
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Weimann, Karin
A1 - Gluth, Gregor
T1 - Klimaschonende Bindemittel auf der Basis von Rohstoffen der Circular Economy
N2 - Die Zementindustrie und weitere energieintensive Industrien wie etwa die Stahlindustrie stehen vor dem Hintergrund der Transformation unserer Gesellschaft zur Klimaneutralität vor erheblichen Herausforderungen. Ziel dieser Branchen ist perspektivisch die vollständige Vermeidung klimaschädlicher Emissionen – mit besonderem Fokus auf Kohlendioxid. Neben der Umstellung auf regenerative Energieträger, sind im Speziellen für die Zementindustrie die erheblichen Anteile an CO2-Emissionen durch die Entsäuerung von Kalkstein zukünftig zu vermeiden. Da die hervorragenden Bindemitteleigenschaften des bisher hauptsächlich in Zementen eingesetzten Portlandklinkers jedoch auf Calciumverbindungen wie Tri- und Di-calciumsilikaten basieren, stellt die Substitution des Kalks derzeit für die Zementindustrie die größte Herausforderung dar. Neben vollständig neuen Bindemittelsystemen ohne Verwendung von Kalk und CCS/CCU-Technologien zur Vermeidung der CO2-Emissionen bei Verwendung von Kalk, können Abfälle und Nebenprodukte wie etwa Betonbrechsand, verschiedene Schlacken und weitere Massenreststoffe sinnvoll zur Einsparung von Rohstoffen und zur Vermeidung von CO2-Emissionen eingesetzt werden. Es gilt diese Potentiale von Sekundärrohstoffen branchenübergreifend zu identifizieren und Synergien zwischen den Branchen nutzbar zu machen. Hierbei werden neben der chemischen Zusammensetzung der Abfälle und Nebenprodukte auch die Verfügbarkeit und der Massenstrom relevante Kriterien sein. Die potenziellen Sekundärrohstoffe und deren Gemische mit chemisch ähnlicher Zusammensetzung wie die bisher verwendeten Bindemittel, können durch verschiedene technische Ansätze wieder in reaktive Bindemittel umgewandelt und damit nutzbar gemacht werden. Eine gezielte Umwandlung der nicht reaktiven mineralischen Phasen in neue mineralische Phasen mit guten Bindemitteleigenschaften, kann u. a. durch Schmelzprozesse erzielt werden. In Schmelzen können bei hohen Temperaturen die bestehenden, nicht reaktiven mineralischen Phasen zerstört und neue mineralische Phasen mit guten Bindemitteleigenschaften erzeugt werden. Hohe Freiheitsgrade durch gezielte Einstellung der stofflichen Zusammensetzung der Schmelze, durch Stoffseparationen und durch geregelte Abkühlregimes können eine maßgeschneiderte Erzeugung neuer Bindemitteltypen ermöglichen. Aufgrund der hohen erforderlichen Temperaturen von Schmelzprozessen ist die Umsetzung dieser neuen Verfahren nach Möglichkeit in bestehenden pyrometallurgischen Produktionsrouten wie etwa der Stahlproduktion vorzunehmen. So kann etwa der Einsatz von Betonbrechsand als Schlackebildner in der Stahlproduktion zielführend sein, wenn die Schlacke wieder zu einem Bindemittel prozessiert wird und in Zementen Verwendung findet. Eine stoffliche Kreislaufführung wäre hiermit gegeben, wobei der Einsatz von Kalkstein als Schlackebildner oder Rohstoff für die Zementproduktion, und damit die entsprechenden CO2-Emissionen, vermieden werden. Die Entwicklung neuartiger Bindemittelsysteme auf Basis von Sekundärrohstoffen sollte von erforderlichen Anpassungen und neuen Entwicklungen in der Regelsetzung und Normung begleitet werden. Vor allem muss gewährleistet sein, dass die mit neuen Bindemitteln hergestellten Betone den hohen Anforderungen an Dauerhaftigkeit und Umweltverträglichkeit genügen. Des Weiteren sollte mit den etablierten Methoden, wie etwa der Lebenszyklusanalyse, untersucht werden, inwiefern und in welchem Umfang die neuen technischen Entwicklungen zu Nachhaltigkeit und Klimaschutz beitragen.
T2 - GERRI - BGR Rohstoffkonferenz 2022
CY - Hannover, Germany
DA - 05.07.2022
KW - Zement
KW - Schlacke
KW - Rotschlamm
KW - Klimaneutralität
PY - 2022
AN - OPUS4-55193
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Smol, M.
A1 - Adam, Christian
A1 - Preisner, M.
T1 - Circular economy model framework in the European water and wastewater sector
N2 - One of the key elements in the transformation towards a circular economy (CE) is providing more sustainable practices for resources and waste management. Improvement actions focused on transformation towards a CE should be targeted at all groups of materials and waste. As water is essential for human survival and well-being and plays a significant role in sustainable development (SD), the actions related to the reuse of water and the recovery of raw materials from wastewater and other water-based waste should be taken. The paper presents a proposition for a new CE model framework in the water and wastewater sector, which includes the six following actions: reduction—prevent wastewater generation in the first place by the reduction of water usage and pollution reduction at source; reclamation (removal)—an application of effective Technologies for the removal of pollutants from water and wastewater; reuse—reuse of wastewater as an alternative source of water supply (non-potable usage), recycling—recovery of water from wastewater for potable usage; recovery—recovery of resources such as nutrients and energy from water-based waste, and rethink—rethinking how to use resources to create a sustainable economy, which is `free` of waste and emissions. The novelty of the proposed CE model framework is that it presents possible ways of implementing CE principles in the water and wastewater sector, with a strong emphasis not only technological but also organisational and societal changes. Application of the proposed model may help to further transform the European economy to the CE model. Moreover, the indicated model can be significant tool supporting an assessment of local or regional progress towards CE in the water and wastewater sector and further environmental management and planning.
KW - Circular economy
KW - Phosphorus recovery
KW - Waste water
PY - 2020
DO - https://doi.org/10.1007/s10163-019-00960-z
SP - 1
EP - 16
PB - Springer
AN - OPUS4-50441
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Raniro, H.R.
A1 - Soares, T.de M.
A1 - Adam, Christian
A1 - Pavinato, P.S.
T1 - Waste-derived fertilizers can increase phosphorus uptake by sugarcane and availability in a tropical soil
N2 - The use of highly water-soluble phosphorus (P) fertilizers can lead to P fixation in the soil, reducing fertilization efficiency. Waste-derived, low water-solubility sources can potentially increase sugarcane’s P uptake compared to triple superphosphate by reducing adsorption to the soil.
Aims:We aimed to test struvite, hazenite, and AshDec® for their agronomic potential as recycled fertilizers for sugarcane production in a typical tropical soil.We hypothesize that these sources can reduce P fixation in the soil, increasing its availability and sugarcane’s absorption.
Methods: In a greenhouse pot experiment, two consecutive sugarcane cycles, 90 days each, were conducted in a Ferralsol. The recovered sources struvite, hazenite, AshDec®, and the conventional triple superphosphate were mixed in the soil in three P doses (30, 60, and 90 mg kg–1), aside a control (nil-P). At both harvests, sugarcane number of sprouts, plant height, stem diameter, dry mass yield, shoot phosphorus, and soil P fractionation were investigated.
Results: At 90 days, struvite and hazenite performed better for dry mass yield (70.7 and 68.3 g pot–1, respectively) than AshDec® and triple superphosphate (59.8 and 57.4 g pot–1, respectively) and for shoot P, with 98.1, 91.6, 75.6, and 66.3 mg pot–1, respectively. At 180 days, struvite outperformed all treatments for dry mass yield (95.3 g pot–1) and AshDec® (75.5 mg pot–1) for shoot P. Struvite was 38% and hazenite 21% more efficient than triple superphosphate in P uptake, while AshDec® was 6% less efficient. Soil had higher labile P under struvite, hazenite, and AshDec® than triple superphosphate by the end of the first cycle, while only the later increased nonlabile P by the end of the experiment (180 days).
Conclusions:Waste-derived P sources were more efficient in supplying P for sugarcane and delivering labile P in 180 days than triple superphosphate.
KW - AshDec
KW - Hazenite
KW - P-efficiency
KW - Recycled sources
KW - Struvite
PY - 2022
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-544216
DO - https://doi.org/10.1002/jpln.202100410
SN - 1436-8730
SP - 1
EP - 12
PB - Wiley-VCH GmbH
AN - OPUS4-54421
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Weingart, Eric
A1 - Hamann, C.
T1 - Technische Möglichkeiten der Abfallvermeidung in der Stahlproduktion
N2 - Bei der Stahlproduktion fallen verfahrensbedingt große Mengen an Nebenprodukten und Abfällen wie Stahlwerksschlacken, Filterstäube und Gichtgasschlämme an. Hohe Anteile dieser Stoffströme werden aufgrund ihrer Zusammensetzung immer noch deponiert, obwohl sie ein hohes Wertstoffpotential aufweisen. An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) werden Verfahren untersucht
und entwickelt, welche eine Verwertung und Kreislaufführung dieser Materialströme ermöglichen. Aus sogenannten Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken können durch carbothermische Nachbehandlung Roheisen und ein dem Portlandzementklinker (PZK) ähnliches Bindemittel erzeugt werden. Aus Elektroofenstäuben und Gichtgasschlämmen kann Zink gewonnen und die Anteile an Eisen und Kohlenstoff in den Stahlproduktionsprozess zurückgeführt werden. Durch diese technischen Maßnahmen kann es gelingen die Deponierung von Abfällen der Stahlproduktion zukünftig deutlich zu reduzieren.
T2 - Recy&Depotech 2020
CY - Online meeting
DA - 18.11.2020
KW - Stahlwerksschlacke
KW - Filterstaub
KW - Gichtgasschlamm
PY - 2020
SP - 1
EP - 9
PB - Montanuniversität Leoben
CY - 8700 Leoben, Österreich
AN - OPUS4-51605
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Weingart, Eric
A1 - Hamann, C.
T1 - Technische Möglichkeiten der Abfallvermeidung in der Stahlproduktion
N2 - Bei der Stahlproduktion fallen verfahrensbedingt große Mengen an Nebenprodukten und Abfällen wie Stahlwerksschlacken, Filterstäube und Gichtgasschlämme an. Hohe Anteile dieser Stoffströme werden aufgrund ihrer Zusammensetzung immer noch deponiert, obwohl sie ein hohes Wertstoffpotential aufweisen. An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) werden Verfahren untersucht und entwickelt, welche eine Verwertung und Kreislaufführung dieser Materialströme ermöglichen. Aus sogenannten Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken können durch carbothermische Nachbehandlung Roheisen und ein dem Portlandzementklinker (PZK) ähnliches Bindemittel erzeugt werden. Aus Elektroofenstäuben und Gichtgasschlämmen kann Zink gewonnen und die Anteile an Eisen und Kohlenstoff in den Stahlproduktionsprozess zurückgeführt werden. Durch diese technischen Maßnahmen kann es gelingen die Deponierung von Abfällen der Stahlproduktion zukünftig deutlich zu reduzieren.
T2 - Recy&Depotech 2020
CY - Online meeting
DA - 18.11.2020
KW - Stalwerksschlacke
KW - Gichtgasschlamm
KW - Filterstaub
PY - 2020
AN - OPUS4-51607
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Adam, Christian
A1 - Herzel, Hannes
T1 - R-Rhenania - Modifiziertes Rhenania Phosphat aus Klärschlammasche für Bayern
N2 - In Bayern wird Klärschlamm aus der kommunalen Abwasserreinigung weitgehend verbrannt. Monoverbrennungsanlagen - ausschließlich für kommunalen Klärschlamm - gibt es in Altenstadt, München, Gendorf, Straubing, Neu-Ulm und zukünftig auch in Augsburg. Die Anlage in Altenstadt verbrennt jährlich ca. 55.000 t Klärschlamm-Trockensubstanz und produziert dabei rund 15.000 t phosphatreiche Aschen.
Die Asche aus Altenstadt wird zurzeit überwiegend direkt landwirtschaftlich genutzt. Aufgrund der niedrigen Schadstoffgehalte ist diese Nutzung nach den düngemittelrechtlichen Regelungen gesetzlich zulässig. Um der Intention der neuen Düngeverordnung (26. Mai 2017) nach hocheffizienten, d.h. gut pflanzenverfügbaren Düngemitteln zu entsprechen, ist eine Aufbereitung der Klärschlammasche geplant. Im Rahmen des R-Rhenania Projektes errichten der Betreiber der Klärschlammverbrennungsanlage Altenstadt in Bayern Emter GmbH - und der Düngemittelhersteller sePura GmbH gemeinsam eine AshDec®-Demonstrationsanlage, die im Jahr 2023 den Betrieb aufnehmen soll. Das angewandte AshDec®-Verfahren schließt die Phosphate in der Klärschlammasche thermisch im Drehrohrofen auf und macht diese für Pflanzen vollständig verfügbar. Gleichzeitig werden Schadstoffe wie Arsen, Blei und Cadmium entfernt. Den thermischen Aufschluss kennt man bereits vom erfolgreichen, aber nicht mehr produzierten Düngemittel „Rhenania-Phosphat“, das auf der Basis von Rohphosphaten hergestellt wurde.
Die geplante Anlage wird neben den Aschen aus Altenstadt zusätzlich die Aschen aus weiteren bayerischen Verbrennungsanlagen verwerten und für eine Kapazität von 30.000 Jahrestonnen Asche ausgelegt sein. Der Projektpartner sePura plant den produzierten Dünger vollständig in Bayern zu verwerten. Dies verringert die Umweltbelastung durch lange Transportwege und fördert die Regionalität des Vorhabens.
T2 - RePhoR Auftaktveranstaltung
CY - Online meeting
DA - 03.11.2020
KW - Klärschlammasche
PY - 2020
AN - OPUS4-51608
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -