TY - CONF A1 - Vogel, Christian A1 - Kratz, S. T1 - Charakterisierung der P-Verfügbarkeit in Düngemitteln durch P-Senken N2 - Recycling-Düngemittel auf Basis von sekundären Ressourcen (Gülle, Gärreste, Klärschlamm, Tiermehl etc.) gewinnen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung in der Landwirtschaft. Die in den Recycling-Düngemitteln enthaltenen P-Spezies weichen oft stark von denen in konventionell hergestellten Düngemitteln aus Rohphosphat ab, zudem enthalten Recyclingdünger oft mehrere verschiedene P-Formen. Die Pflanzenverfügbarkeit des P in ist ganz wesentlich von der enthaltenen P-Form abhängig. Derzeit gibt es außer zeitaufwendigen und kostspieligen Gefäß- und Feldversuchen keine zufriedenstellende Testmethode zur Analyse der P-Pflanzenverfügbarkeit von unterschiedlichen Recycling P-Düngemitteln. Die im europäischen Düngemittelrecht normierten chemischen Extraktionsmethoden (Wasser, Zitronensäure, Ameisensäure, neutral Ammoniumcitrat etc.) zeigen oftmals keine oder nur sehr geringe Korrelation zu der P-Aufnahme von Pflanzen in Gefäßversuchen mit Recycling-Düngemitteln (Kratz et al. 2010, Steckenmesser et al. 2017, Vogel et al. 2017). Eine grundlegende Schwäche chemischer Extraktionsmethoden liegt darin, dass es sich dabei um statische Methoden handelt, die nicht in der Lage sind, die im System Boden/Düngemittel-Bodenlösung-Pflanze stattfindenden dynamischen Prozesse wie P-Freisetzung und Entzug durch die Pflanzenwurzeln abzubilden. Einen Lösungsansatz bieten hier sog. P-Senken-Methoden. Bereits in den 1950er Jahren wurden erstmals P-Senken zur Analyse des Boden-P angewendet (Chardon et al. 1996). In den darauffolgenden Jahrzehnten wurden verschiedene P-Senken auf der Basis von Eisenoxid-Papier entwickelt (Chardon et al. 1996). Jedoch konnten diese Ansätze auch nur begrenzt zur Bestimmung der P-Pflanzenverfügbarkeit des Boden-P eingesetzt werden. Mitte der 1990er Jahre wurde die DGT (engl. diffusive gradients in thin films) Methode entwickelt (Zhang et al. 1998). Bei der DGT Methode diffundiert P aus der Bodenlösung des angefeuchteten Bodens durch einen Membranfilter und die Diffusionsschicht und wird anschließend an einer Bindungsschicht absorbiert. Durch den Diffusionsgradienten wird das Gleichgewicht in der Bodenlösung permanent gestört, wodurch auch labiles P im Boden gelöst wird. Die stetige Entnahme von P aus der Bodenlösung über die Diffusions-/Bindungsschicht simuliert dabei den Entzug von P durch die Pflanzenwurzel. Die an die Bindungsschicht adsorbierte Menge an P korreliert stark mit der P-Aufnahme von Pflanzen (u.a. Mason et al. 2005, 2013; Menzies et al. 2005, Six et al. 2012). Im Gegensatz zu chemischen Extraktionsmethoden werden bei der DGT Methode Mischungen an Düngemittel und Boden für mehrere Tage inkubiert (Vogel et al. 2017; Duboc et al. 2017), da ansonsten wasserlösliche P-Dünger den DGT Adsorber sättigen und wasserunlösliche P-Dünger unterschätzt werden. Ein bis zwei Wochen Inkubation sind ausreichend, damit sich pflanzenverfügbares P in die Mischungen bildet. In letzter Zeit haben verschiedene Forschungsgruppen gezeigt, dass die DGT Methode auch eine sehr gute Korrelation mit der Pflanzenverfügbarkeit verschiedener Typen von (Recycling-)P-Düngemitteln aufweist (Vogel et al. 2017; Duboc et al. 2017; Foereid 2017; Haarstad and Bavor 2017; Lemming et al. 2017). Bei Gefäßversuchen mit verschiedenen Recycling P-Düngemitteln konnte die DGT Methode den Ertrag bzw. die P-Aufnahme von Mais deutlich besser vorhersagen als herkömmliche chemische Extraktionsmethoden (Vogel et al. 2017; Duboc et al. 2017). Daher kann die DGT Methode im Vorfeld der Zulassung von neuen Düngermitteltypen als zuverlässige und robuste Methode zum Screening von Produktvarianten eines Düngemittelherstellers verwendet werden. Um dieses Messverfahren im Rahmen des Düngemittelrechts als Bewertungsinstrument für die Abschätzung der Pflanzenverfügbarkeit unterschiedlicher Düngemittel zu verwenden, muss es allerdings zunächst standardisiert werden. Zu diesem Zweck bietet sich der Einsatz eines „standardisierten“ Bodens bzw. Bodenrezepts an. Zur Kalibrierung der Methode im jeweiligen Labor könnten auch chemisch definierte P-Verbindungen mit bekannter Löslichkeit/Pflanzenverfügbarkeit als Referenz-substanzen verwendet werden. T2 - Fachgespräch Recycling-Phosphate als Düngemittel für die Landwirtschaft CY - Bonn, Germany DA - 14.02.2018 KW - Düngemittel KW - Sekundärrohstoffe KW - Phosphor KW - DGT KW - P-Senken KW - Extraktionsversuche PY - 2018 AN - OPUS4-44339 LA - deu 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 U6 - 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 - 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 U6 - 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 - 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 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-433782 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 - CONF A1 - Vogel, Christian A1 - Sekine, R. A1 - Steckenmesser, D. A1 - Lombi, E. A1 - Herzel, Hannes A1 - Zuin, L. A1 - Wang, D. A1 - Félix, 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 plant-available soil P species, we combined DGT with infrared and P K- and L-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. Additionally, also intermediates of the time-resolved hydrolysis of trimetaphosphate in soil could be analyzed. Furthermore, infrared and XANES microspectroscopy make it also possible to analyze P compounds on the binding layer with a lateral resolution down to 1 µm2. Therefore, P species of a spatial soil segment (e.g. rhizosphere) can be mapped and analyzed. T2 - Phosphorus in Soil and Plants (PSP6) CY - Leuven, Belgium DA - 10.09.2018 KW - Soil P species KW - Spectroscopy KW - DGT PY - 2018 AN - OPUS4-45961 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 - CONF A1 - Vogel, Christian A1 - Adam, Christian A1 - Kugler, Stefan A1 - Herzel, Hannes T1 - Phosphorus recovery from waste streams for fertilizer production N2 - Phosphorus (P) plays an essential role in the global food security. However, the global P reservoirs have a statistic lifetime of about 385 years only. Due to the scarcity of P and the increasing world population an efficient and sustainable recycling management is required. A few biogenic waste materials are high in P contents such as sewage sludge and meat and bone meal. Thus, they are suitable for P recycling and fertilizer production. But besides the high P content sewage sludge is often highly contaminated with organic pollutants and toxic heavy metals which have to be eliminated before agricultural field application. In this presentation we show the potential of sewage sludge as secondary resource for fertilizers. This includes our developments in thermochemical processes for the production of novel P-fertilizers from recycled materials. Furthermore, for these novel P-fertilizers common extraction tests to determine the plant-available P are often unusable. Therefore, we successfully applied the Diffusive gradients in thin-films (DGT) techniques to analyse the plant-availability of P-fertilizers from recycled materials. T2 - Eingeladener Vortrag an der University of South Australia CY - Mawson Lakes, Australia DA - 22.11.2018 KW - Phosphorus recovery KW - Sewage sludge KW - Diffusive Gradients in thin films (DGT) PY - 2018 AN - OPUS4-46764 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -