TY - CONF A1 - Müller, S. A1 - Herzel, Hannes A1 - Adam, Christian A1 - Montag, D. ED - Holm, O. ED - Thomé-Kozmiensky, E. ED - Quicker, P. ED - Kopp-Assenmacher, S. T1 - Langzeitlagerung von Klärschlammaschen ab 2029? Erste Erfahrungen zur Phosphorrückgewinnung aus deponierten Klärschlammverbrennungsaschen N2 - Das Institut für Siedlungswasserwirtschaft (ISA) der RWTH Aachen University sowie die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) untersuchen gemeinsam fünf deponierte KSA, die von drei Deponiebetreibern ausgebaut und zur Verfügung gestellt wurden sind. Im Fokus der Untersuchungen stehen die physikalische und chemische Charakterisierung der deponierten KSA sowie deren P-Rückgewinnungspotenzial bei der Behandlung in thermochemischen sowie nasschemischen Verfahren. Diese Ergebnisse werden im Vergleich mit „frischen“, also nicht deponierten KSA-Proben vergleichbarer Herkunft bewertet, um so den Einfluss der Lagerung auf die KSA zu erfassen. T2 - Berliner Klärschlamm Konferenz CY - Berlin, Germany DA - 11.11.2025 KW - Klärschlammasche KW - Recycling KW - Deponie KW - Monoverbrennung PY - 2025 SN - 978-3-911006-63-7 VL - 8 SP - 192 EP - 202 PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH CY - Neuruppin AN - OPUS4-65017 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Leers, K. A1 - Arnold, U. A1 - Herzel, Hannes A1 - Adam, Christian A1 - Burkhardt, J. T1 - Thermochemically Treated Sewage Sludge Ash From Pilot-Scale Production as P-Fertilizer for Spring Wheat and Maize in Different Soil Conditions N2 - Background P-fertilizers made from sewage sludge ash (SSA) may be suitable substitutes for rock phosphate (RP)-based fertilizers and contribute to sustainable use of waste. In this context, the thermochemical AshDec treatment of SSA (TC-SSA) has been continuously improved and has emerged as a possible method to produce plant-available and low-pollutant P-fertilizers. Aim Evaluation of the P-fertilizer efficacy of TC-SSA produced in pilot trials in vegetation experiments with different plants, soils, and fertilizer doses. Methods TC-SSA was tested in pot experiments for spring wheat and maize on different soils and at two doses (0.2 and 0.4 g fertilizer P pot−1) and is compared to untreated SSA (USSA), RP, Struvite, triple superphosphate (TSP), and a control without P-fertilization (Zero P). Pot experiments are complemented by an analysis of fertilizer P-solubility. Results P-solubility of SSA with different extraction methods increased due to the thermochemical treatment, whereas the water-insoluble property remained. In contrast to RP or USSA, TC-SSA enriched calcium–acetate–lactate extractable soil P to the same extent as TSP. Plant biomass and P-uptake increased with TC-SSA compared to Zero P, RP, and USSA and were in most cases equal to TSP fertilization under different soil conditions. In contrast, the effects of RP and USSA varied among soils but, mostly, did not exceed plant biomass and P-uptake of the unfertilized control. Conclusion TC-SSA has an increased fertilizer efficacy compared to USSA and is an effective P-fertilizer for spring wheat and maize in different soil conditions. KW - Phosphorus KW - Fertilizer KW - Thermochemical KW - Maize PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-648251 DO - https://doi.org/10.1002/jpln.70035 SN - 1522-2624 VL - 189 IS - 1 SP - 81 EP - 93 PB - Wiley-VCH AN - OPUS4-64825 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Herzel, Hannes A1 - Krüger, Oliver ED - Schuhmann, R. T1 - Technische Prozesse zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammaschen N2 - Klärschlammaschen weisen hohe Gehalte an Phosphor auf, dieser ist allerdings schlecht für Pflanzen verfügbar. Des Weiteren enthalten sie Schwermetalle die vor dem Einsatz als Düngemittel entfernt werden müssen. Vor diesem Hintergrund wurden in den letzten Jahren nasschemische und thermochemische Verfahren entwickelt und zum Teil bereits in Demonstrationsanlagen getestet. Ein thermochemischer Verfahrensansatz wird in diesem Beitrag näher vorgestellt. Klärschlammaschen werden mit Klärschlamm als Reduktionsmittel und Natriumsulfat als Aufschlussmittel im Drehrohrofen thermisch behandelt. Bei diesem Prozess wird pflanzenverfügbares NaCaPÜ4 gebildet, unerwünschte Elemente wie As, Cd, Hg und Pb werden zum Teil über die Gasphase separiert. Die Ergebnisse eines Demonstrationsversuchs werden vorgestellt. N2 - Sewage sludge ashes exhibit high phosphorus mass fractions. However, the availability of phosphorus to plants is poor. Furthermore, sewage sludge ashes contain eco-toxicologically relevant heavy metals that have to be removed prior to agricultural application. ln front of this background several wet-chemical and thermo-chemical processes were developed in the last years and some of them were already successfully demonstrated in large scale. A thermo-chemical approach is presented in this article. Sewage sludge ashes are mixed with dry sewage sludge as reductant and sodium sulfate. Düring thermal treatment in a rotary kiln at approx. 950°C plant available NaCaPCU is formed. Furthermore undesired elements such as As, Cd, Hg and Pb are separated via the gas phase. Results of demonstration trials are presented. T2 - 8. CMM-Tagung 2015 - Innovative Feuchtemessung in Forschung und Praxis - Material - Prozesse - Systeme CY - Karlsruhe, Germany DA - 07.10.2015 KW - Klärschlammasche KW - Phoshorrückgewinnung PY - 2015 N1 - Serientitel: Innovative Feuchtemessung in Forschung und Praxis – Series title: Innovative Feuchtemessung in Forschung und Praxis SP - 251 EP - 262 AN - OPUS4-34859 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herzel, Hannes T1 - Thermochemical P recycling from ash by AshDec ® process 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 - Wastewater, Water and Resource Recovery (Workshop) CY - Online meeting DA - 11.04.2022 KW - Phosphorus recovery KW - Heavy metal removal KW - Ashdec PY - 2022 AN - OPUS4-54727 LA - eng 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - Krüger, Oliver A1 - Herzel, Hannes A1 - Amidani, L. A1 - Adam, Christian T1 - Chemical state of mercury and selenium in sewage sludge ash based P-fertilizers N2 - Phosphorus-fertilizers from secondary resources such as sewage sludge ash (SSA) will become more important in the future as they could substitute conventional fertilizers based on the nonrenewable resource phosphate rock. Thermochemical approaches were developed which remove heavy metals from SSA prior to its fertilizer application on farmlands. We analyzed the chemical state of mercury and selenium in SSA before and after thermochemical treatment under different conditions for P-fertilizer production by X-ray absorption near edge structure (XANES) spectroscopy. In some incineration plants the mercury loaded carbon adsorber from off-gas cleaning was collected together with the SSA for waste disposal. SSAs from those plants contained mercury mainly bound to carbon/organic material. The other SSAs contained inorganic mercury compounds which are most probably stabilized in the SSA matrix and were thus not evaporated during incineration. During thermochemical treatment, carbon-bound mercury was removed quantitatively. In contrast, a certain immobile fraction of inorganic mercury compounds remained in thermochemically treated SSA, which were not clearly identified. HgSe might be one of the inorganic compounds, which is supported by results of Se K-edge XANES spectroscopy. Furthermore, the chemical state of selenium in the SSAs was very sensitive to the conditions of the thermochemical treatment. KW - X-ray absorption near edge structure (XANES) spectroscopy KW - Phosphorus recovery KW - Sewage sludge ash KW - Mercury KW - Selenium KW - Mercury selenide (HgSe) PY - 2016 UR - http://dx.doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.03.079 DO - https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.03.079 VL - 313 SP - 179 EP - 184 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam, Netherlands AN - OPUS4-35718 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herzel, Hannes T1 - P-Recovery Technologies and Products T2 - P-REX workshop CY - Amsterdam, Netherlands DA - 2015-06-11 PY - 2015 AN - OPUS4-34360 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Adam, Christian A1 - Eicher, N. A1 - Hermann, L. A1 - Herzel, Hannes A1 - Mallon, J. A1 - Schaaf, M. A1 - Stemann, J. T1 - Comparative review of ash processes N2 - This report gives technological information about processes for the recovery of phosphorus from sewage sludge ash including mass- and energy balance, process conditions and product quality. The information in this report aim at giving an overview on different concepts for the recovery of phosphorus from sewage sludge ash and are intended to allow a general qualitative comparison between the different technical approaches. This report also describes the technological backgrounds of the processes that were furthermore investigated by life cycle assessment (LCA) and life cycle cost (LCC) analysis. However, most process data stated in this report are site specific data. The LCA/LCC study includes the definition of a common base line for all processes, detailed process modeling and plausibility assessments. Results of the LCA/LCC-studies are reported in deliverables D9.2 und D10.1. PY - 2015 UR - http://p-rex.eu/uploads/media/P-REX_D4_1_Comparative_review_of_ash_processes.pdf SP - 1 EP - 30 AN - OPUS4-34858 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herzel, Hannes T1 - Demonstrationskampagne und Klärschlammasche-Monitoring 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 a. M., Germany DA - 03.05.2023 KW - Phosphor KW - Recycling KW - Thermochemisch PY - 2023 AN - OPUS4-58480 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 - THES A1 - Herzel, Hannes T1 - Phase reaction during thermochemical treatment of sewage sludge and biomass ashes with alkali compounds to increase nutrient plant availability N2 - Das Element Phosphor ist für Pflanzen, Tiere und Menschen essenziell. Um die Phosphorversorgung für Pflanzen in der Landwirtschaft zu gewährleisten, werden Phosphordünger eingesetzt. Die Nährstoffe werden hauptsächlich durch Wirtschaftsdünger (Gülle, Jauche, Stallmist) zurückgeführt. Zusätzlich werden in der konventionellen Landwirtschaft mineralische Phosphordünger eingesetzt, die vorwiegend aus dem fossilen Rohstoff Phosphorit gewonnen werden. Um die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu reduzieren, sollen nährstoffhaltige Rest- und Abfallstoffe zur Phosphordünger aufbereitet werden. In Abwasserkläranlagen fällt phosphorreicher Klärschlamm als Abfallstoff an. Der größte Anteil des Klärschlammes wird in Steinkohlekraftwerken, Zementwerken oder in Monoklärschlammverbrennungsanlagen verbrannt. Die Klärschlammaschen aus den Monoverbrennungsanlagen enthalten bis zu 12 Gew.-% Phosphor und sind daher für die Düngerherstellung geeignet. Ein geeignetes Verfahren zur Aufbereitung der Klärschlammaschen ist die thermochemische Behandlung im Drehrohrofen. Mit dem sogenannten AshDec®-Prozess, kann ein Phosphordünger hergestellt werden. Aktuell wird eine großtechnische Anlage in Altenstadt (Bayern) geplant, die im Jahr 2023 den Betrieb aufnehmen soll. Der zentrale Bestandteil ist die Phasenumwandlung von schlecht pflanzenverfügbaren Phosphaten in der Klärschlammasche (vorwiegend das Calciumphosphat Whitlockit und Aluminiumphosphat) zu gut pflanzenverfügbaren Calciumalkaliphosphaten im Produkt. Um dies zu erzielen, werden die Aschen mit Natrium- und/oder Kalium-Verbindungen gemischt und einer thermochemischen Behandlung bei 800-1000 °C zugeführt. Um die Pflanzenverfügbarkeit und Düngewirkung von Phosphaten abschätzen zu können, ist die chemische Extraktionsmethode mit neutraler Ammoniumcitratlösung geeignet. In der Dissertation werden die (Phosphor-)Phasenreaktionen und die Prozessbedingungen des thermochemischen Verfahrens untersucht, um das Verfahren gezielt zu modifizieren und die Wirtschaftlichkeit zu steigern. Die Zielphasen der thermochemischen Behandlung sind die Calciumalkaliphosphate CaNaPO4 und CaKPO4, und deren Mischphasen Ca(Na,K)PO4, welche in der Publikation 3.1 synthetisiert wurden. Für diese Calciumalkaliphosphate wurden die thermodynamischen Daten der Standardbildungsenthalpie, Standardentropie, Wärmekapazität und die Wärmemenge der Phasenumwandlung bestimmt (Publikation 3.1). Bei der thermochemischen Behandlung von Klärschlammaschen wurden als Additive Natrium- und Kaliumsulfat bei verschiedenen Temperaturen getestet. Der Einsatz von Kaliumadditiven ist erwünscht, um den Marktwert des Produktes durch die Produktion eines Phosphor-Kalium-Düngers zu erhöhen. Zusätzlich wird eine möglichst geringe Prozesstemperatur angestrebt, bei der die erwünschten Calciumalkaliphosphate gebildet werden. In den Publikationen 3.2 und 3.3 wird gezeigt, dass für Klärschlammaschen eine komplette Phasenumwandlung zu Calciumnatriumphosphaten ab 875 °C in Laborversuchen (Korundtiegel) mit dem Additiv Natriumsulfat erzielt werden kann. Der Einsatz von Kaliumsulfat erforderte notwendige Reaktionstemperaturen von über 1100 °C. Diese unterschiedlichen Reaktionstemperaturen hängen mit den Schmelzpunkten von Natriumsulfat (890 °C) und Kaliumsulfat (1070 °C) zusammen. Um Kaliumsulfat in den Prozess bei niedrigen Temperaturen zu integrieren, wurden Natriumsulfat und Kaliumsulfat vor der Behandlung gemischt. Dies führte zu einer Schmelzpunkterniedrigung und resultierte in Reaktionstemperaturen zwischen 900 °C bis 1000 °C für die untersuchten Mischungen von Natrium- und Kaliumsulfat (Publikation 3.3). Die Zusammensetzung der Calciumalkaliphosphate Ca(Na,K)PO4 war anders als erwartet. Bei der Phasenanalytik stellte sich heraus, dass bei geringem und mittlerem Anteil von Kaliumsulfat im Alkali-Additiv nur Calciumnatriumphosphate mit sehr geringen Kaliumgehalten gebildet wurden. Erst bei einem hohen Anteil von Kaliumsulfat in der Mischung der Alkalisulfate konnten kaliumhaltige Calciumalkaliphosphate nachgewiesen werden (u.a. (Ca0.9Mg0.1)(Na0.6K0.4)PO4). Dieser geringere Einbau von Kalium in die Calciumalkaliphosphate hängt mit den zusätzlich stattfindenden Reaktionen zwischen den Alkalien und den Silikaten zusammen. Es ist bekannt, dass die zugegebenen Alkalisulfate zuerst mit Silikaten und anschließend mit den Phosphaten reagieren. Silikate bauen bevorzugt Kalium ein, deswegen konnten erst kaliumhaltige Phosphate gebildet werden, wenn die Reaktion mit den Silikaten abgeschlossen war. Dies führte zu einem geringeren Kaliumanteil in den gebildeten Phosphaten im Vergleich zum Kaliumanteil der verwendeten Alkaliadditive. Das in Silikaten gebundene Kalium ist wahrscheinlich schlecht für die Pflanzen verfügbar. Dies könnte den Einsatz der produzierten Phosphor-Kalium-Dünger einschränken. Der bevorzugte Kaliumeinbau in Silikaten konnte auch in Kalkulationen mit den thermodynamischen Daten aus der Publikation 3.1 gezeigt werden. Mittels Phasenanalytik vor und nach der chemischen Extraktion, konnte die Zugehörigkeit zu verschiedenen Modifikationen der Calciumalkaliphosphaten sicher bestimmt werden und eine ungefähre Zusammensetzung dieser Calciumalkaliphosphate abgeschätzt werden. So konnte nachgewiesen werden, dass die Modifikation vom CaNaPO4 ungefähr 10 % Magnesium einbauen kann. Wenn mehr Magnesium eingebaut wird, bildet sich die Phase (Ca,Mg)NaPO4, die eine vergleichbare Struktur wie die bekannte Phase (Ca0.72Mg0.28)NaPO4 aufweist. Dieses magnesiumreiche Calciumnatriumphosphat entstand vermutlich, wenn entweder erhöhte Anteile an Kalium eingebaut wurden (Ca0.8Mg0.2)(Na0.85K0.15)PO4 (Publikation 3.3) oder die Phasenumwandlung vom Calciumphosphat Whitlockit zum Calciumalkaliphosphat CaNaPO4 noch nicht abgeschlossen war (Publikation 3.2). Wenn mehr Kalium eingebaut wird, dann entsteht eine Phase (u.a. (Ca0.9Mg0.1)(Na0.6K0.4)PO4) ähnlich zu den Mischphasen aus der Publikation 3.1. In den Publikationen 3.4 und 3.5 wurden keine Klärschlammaschen untersucht, sondern Biokohlen aus Modellklärschlämmen (Publikation 3.5) und Biomasseaschen (Publikation 3.4) aus der Vergasung oder Verbrennung einer Mischung aus Zuckerrohrbagasse und Hühnertrockenkot. Die thermochemischen Produkte der Biokohlen bzw. Biomasseaschen enthielten das gewünschte CaNaPO4 und hatten eine hohe Düngewirkung in Pflanzenwachstumsversuchen mit Sojapflanzen bzw. Gräsern. KW - AshDec KW - Recycling fertilizer KW - Calcium alkali phosphate PY - 2020 SP - 1 EP - 186 CY - Jena AN - OPUS4-54724 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herzel, Hannes T1 - Thermochemische P-Rückgewinnungsverfahren in Deutschland zur Düngerproduktion N2 - Die Firma Emter GmbH betreibt die Klärschlammverbrennungsanlage Altenstadt und hat in die bestehende Monoverbrennung einen thermochemischen Prozess integriert, um hochwirksame und schadstoffarme Düngemittel aus Klärschlamm herzustellen. Die Anlage ist aktuell die größte Phosphorrecyclinganlage in Deutschland mit der die Vorgaben der AbfKlärV bereits frühzeitig umgesetzt werden. Das Projekt R-Rhenania begleitet die Phosphorrecyclinganlage mit Untersuchungen zur Produktqualität, mit Gefäßversuchen und Feldversuchen im ökologischen Landbau, mit Ökobilanzierung und der Konfektionierung verschiedener Düngemittelprodukte. Viele Klärschlammaschen haben geringe Schwermetallgehalte und sind geeignet durch vergleiche thermochemische Prozesse behandelt zu werden. Mit den Daten aus dem Klärschlammasche-Monitoring der BAM können die Potentiale für die Verwertung der Aschen in den thermochemischen Prozessen wie AshDec oder CaNaPhos abgeschätzt werden. T2 - DWA Klärschlammnetzwerk Nord-Ost CY - Berlin, Germany DA - 21.01.2026 KW - Phosphor KW - Recycling KW - Thermochemisch KW - Großtechnik PY - 2026 AN - OPUS4-65611 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -