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 - Loose, Florian
T1 - CF Pyro: Impressions of Applying Carbon Fibers at Semi-Industrial Scale as Reductant in Pyrometallurgy
N2 - The increasing use of carbon fiber reinforced polymers (CFRP), as lightweight materials essential for the transformation, demands for a safe treatment option of carbon fiber (CF) containing waste streams. Because of their low reactivity towards oxidation processes, CF can neither be treated in a conventional nor hazardous waste incineration plant. Even the extremely high temperature in a cement rotary kiln does not lead to full conversion. To increase the sustainability of CF, other processes need to be investigated. Opening other reaction pathways, using CF waste streams as secondary resource in pyrometallurgy to replace fossil carbon, can be a solution for a safe and sustainable treatment. After first small scale experiments, CF containing waste streams were used as reductant in a semi-industrial scale electric arc furnace (EAF). First results and impressions are presented.
T2 - Meeting mit Projektpartner GMH
CY - Online meeting
DA - 02.03.2023
KW - Cabonfasern
KW - CFK
KW - Recycling
PY - 2023
AN - OPUS4-58090
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Loose, Florian
T1 - CF Pyro: Safe Treatment of CFRP Waste for a Sustainable Future
N2 - The increasing use of carbon fiber reinforced polymers (CFRP), as lightweight materials essential for the transformation, demands for a safe treatment option of carbon fiber (CF) containing waste streams. Because of their low reactivity towards oxidation processes, CF can neither be treated in a conventional nor hazardous waste incineration plant. Even the extremely high temperature in a cement rotary kiln does not lead to full conversion. To increase the sustainability of CF, other processes need to be investigated. Opening other reaction pathways, using CF waste streams as secondary resource in pyrometallurgy to replace fossil carbon, can be a solution for a safe and sustainable treatment. To support the industrial application, experiments on different scales were conducted. Here, results of thermochemical investigations, reactivity studies, crucible experiments and pilot plat trials are reported.
T2 - CU Projektforum
CY - Online meeting
DA - 19.01.2023
KW - Cabonfasern
KW - CFK
KW - Recycling
PY - 2023
AN - OPUS4-58091
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Loose, Florian
A1 - Schlögel, Kai
T1 - CF Pyro Stofflich energetische Verwertung von carbonfaserhaltigen Abfällen in der Pyrometallurgie 4. Sitzung des projektbegleitenden Ausschusses
N2 - Obwohl der Leichtbau mit carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und zur Ressourceneffizienz liefert, stellt der wachsende Abfallstrom von aktuell 62 kt/a eine große Herausforderung dar. Weil die Produktion von Carbonfasern (CF) überwiegend auf fossilen Rohstoffen basiert und sehr energieintensiv ist, werden nachhaltige Recyclinglösungen dringend benötigt.
Hier geben wir einen Überblick über aktuelle Recyclingprozesse und diskutieren deren Limitierungen. Darüber hinaus zeigen wir eine Möglichkeit zur sicheren chemischen Nutzung von CF-haltigen Reststoffen auf, die nicht zur Wiederverwertung geeignet sind. Das Projekt CF Pyro untersucht deren Einsatz als Sekundärrohstoff in der Pyrometallurgie und setzt besondere Schwerpunkte bei der Reaktivität von CF, der Prozessstabilität und der Vermeidung von Emissionen gesundheitsschädlicher WHO-Fasern. Neben der Vorstellung von wichtigen fundamentalen experimentellen Erkenntnissen wird ihre Bedeutung für den Wandel zum zirkulären Wirtschaften diskutiert.
T2 - 4. PA Meeting
CY - Online meeting
DA - 26.06.2023
KW - Cabonfasern
KW - CFK
KW - Recycling
PY - 2023
AN - OPUS4-58092
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Loose, Florian
T1 - Das Technologietransfer-Programm Leichtbau
N2 - Neben Ressourceneinsparungen in der Produktion sorgen moderne Leichtbauwerkstoffe und -technologien für Energieeinsparungen in der Nutzungsphase. Auf diese Weise sowie als Enabler für eine Vielzahl an Zukunftstechnologien, wie zum Beispiel erneuerbare Energien, Elektromobilität und die Wasserstoffwirtschaft, ist Leichtbau fundamental für die Entkopplung des Wirtschaftswachstums vom Ressourcenverbrauch, die Erreichung der Ziele des Green Deals und eine Nachhaltige Zukunft. Um marktnahe Potentiale für Klima- und Ressourcenschutz vollständig zu heben und Herausforderungen wie die Kreislauffähigkeit im Leichtbau aktiv zu adressieren, fördert das BMWK marktnahe Innovationen im Leichtbau mit den Technologietransfer-Programm Leichtbau (TTP LB) Auch für die BAM bietet das TTP LB interessante Möglichkeiten, Forschungsvorhaben umzusetzen. Derzeit werden vier Projekte mit BAM-Beteiligung gefördert. In diesem Webinar stellen wir Ihnen die gesamte Breite des Leichtbaus vor und zeigen Ihnen damit direkte Anknüpfungspunkte zu Ihrer Forschung. Dafür wird das TTP LB vorgestellt, werden wertvolle Einblicke zur Antragstellung gegeben und der Weg zum Erfolg wird am Beispiel des BAM-Projektes SmartWeld skizziert. Neben der Erläuterung von technischen Details und formalen Anforderungen des Förderprogramms möchten wir ebenfalls versuchen, einen kleinen Ausblick auf mögliche zukünftige Entwicklungen zu geben.
T2 - Webinar TTP LB
CY - Online meeting
DA - 11.01.2023
KW - Leichtbau
KW - Forschungsförderung
KW - Technologietransfer
PY - 2023
AN - OPUS4-58093
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Trappe, Volker
A1 - Kalinka, Gerhard
A1 - Loose, Florian
T1 - Carbon fibre composites exemplarily research at BAM
N2 - Lightweighting as a cross-cutting technology contributes significantly to achieve the European Green Deal goals. Based on, but not limited to, advanced materials and production technologies, the demand for natural resources and CO2 emmissions are reduced by lightweighting during production, as well as use phase. Therefore, lightweighting is a crucial transformation technology assisting in decoupling economic growth from resource consumption. In this manner, lightweighting contributes significantly as a key technology of relevance for many industrial sectors such as energy, mobility, and infrastructure, towards resource efficiency, climate action and economic strength, as well as a resilient Europe. To strengthen international partnerships, addressing global issues of today at the edge of science with high performance lightweight material based on carbon fibers, an overview about the BAM expertise in carbon fiber reinforced materials is given.
T2 - Meeting KCarbon
CY - Berlin, Germany
DA - 15.06.2023
KW - Lightweighting
KW - Carbon Fibers
KW - Recycling
KW - Push-out Test
KW - multi scale testing
PY - 2023
AN - OPUS4-58094
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Singh, Amit Kumar
A1 - Mishra, Biswajit
A1 - Sinha, Om Prakash
T1 - Reduction Kinetics of Fluxed Iron Ore Pellets Made of Coarse Iron Ore Particles
N2 - The present work demonstrates a sustainable approach of using relatively coarser iron ore particles for ironmaking. The motivation is to reduce the energy consumption in the milling of the iron ore by utilizing coarser iron ore particles (+0.05 mm) and to select a suitable binder for improving pellet properties. Iron ore fines in the range of 0.05–0.25 mm was selected and classified into three size ranges. Fluxed iron ore pellets were prepared using lime as a binder for the basicity of 0, 1, and 2. Reduction of these pellets with a packed bed of coal fines was performed in the temperature range of 900–1200 °C for a duration of 30–120 min. The direct reduction kinetics of the iron ore pellets were studied by employing diffusion and chemical reaction control models to the experimental data. The results show that pellets made with coarser iron ore particles have improved reduction behavior and kinetics. The reduction reaction is found to be a mixed control. The activation energy for the reduction reaction varies from 44.3 to 74.76 kJ mol−1 as iron ore particle size decreases from 0.25 to 0.05 mm and basicity increases from 0 to 2.
KW - Materials Chemistry
KW - Metals and Alloys
KW - Process Metallurgy
KW - Iron making
PY - 2024
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-598326
DO - https://doi.org/10.1002/srin.202300669
SN - 1611-3683
IS - 2300669
SP - 1
EP - 9
PB - Wiley VHC-Verlag
AN - OPUS4-59832
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 - Maulas, Kryzzyl M.
A1 - Paredes, Charla S.
A1 - Tabelin, Carlito Baltazar
A1 - Jose, Mark Anthony
A1 - Opiso, Einstine M.
A1 - Arima, Takahiko
A1 - Park, Ilhwan
A1 - Mufalo, Walubita
A1 - Ito, Mayumi
A1 - Igarashi, Toshifumi
A1 - Phengsaart, Theerayut
A1 - Villas, Edrhea
A1 - Dagondon, Sheila L.
A1 - Metillo, Ephrime B.
A1 - Uy, Mylene M.
A1 - Manua, Al James A.
A1 - Villacorte-Tabelin, Mylah
T1 - Isolation and Characterization of Indigenous Ureolytic Bacteria from Mindanao, Philippines: Prospects for Microbially Induced Carbonate Precipitation (MICP)
N2 - Microbially induced carbonate precipitation (MICP), a widespread phenomenon in nature, is gaining attention as a low-carbon alternative to ordinary Portland cement (OPC) in geotechnical engineering and the construction industry for sustainable development. In the Philippines, however, very few works have been conducted to isolate and identify indigenous, urease-producing (ureolytic) bacteria suitable for MICP. In this study, we isolated seven, ureolytic and potentially useful bacteria for MICP from marine sediments in Iligan City. DNA barcoding using 16s rDNA identified six of them as Pseudomonas stutzeri, Pseudomonas pseudoalcaligenes, Bacillus paralicheniformis, Bacillus altitudinis, Bacillus aryabhattai, and Stutzerimonas stutzeri but the seventh was not identified since it was a bacterial consortium. Bio-cementation assay experiments showed negligible precipitation in the control (without bacteria) at pH 7, 8, and 9. However, precipitates were formed in all seven bacterial isolates, especially between pH 7 and 8 (0.7–4 g). Among the six identified bacterial species, more extensive precipitation (2.3–4 g) and higher final pH were observed in S. stutzeri, and B. aryabhattai, which indicate better urease production and decomposition, higher CO2 generation, and more favorable CaCO3 formation. Characterization of the precipitates by scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS) and attenuated total reflectance Fourier transform spectroscopy (ATR-FTIR) confirmed the formation of three carbonate minerals: calcite, aragonite, and vaterite. Based on these results, all six identified indigenous, ureolytic bacterial species from Iligan City are suitable for MICP provided that the pH is controlled between 7 and 8. To the best of our knowledge, this is the first report of the urease-producing ability and potential for MICP of P. stutzeri, P. pseudoalcaligenes, S. stutzeri, and B. aryabhattai.
KW - Calcium carbonate
KW - Microbially induced carbonate precipitation (MICP)
KW - Ureolytic bacteria
PY - 2024
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-600888
DO - https://doi.org/10.3390/min14040339
VL - 14
IS - 4
SP - 1
EP - 15
PB - MDPI
AN - OPUS4-60088
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
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 - 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 - Weimann, Karin
T1 - Einführung in die Mantelverordnung - Stand der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung
N2 - Einführung in die Mantelverordnung Stand der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung, aktuelles zum Aufbau der MVO und zum Stand Anfang 2023
T2 - X. Baustoffseminar - Aktuelles zu Gesteinskörnungen
CY - Bad Berka, Germany
DA - 17.01.2023
KW - Mantelverordnung
KW - Gesteinskörnungen
KW - Wiederverwertung
PY - 2023
AN - OPUS4-57798
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Vogel, Christian
A1 - Doolette, A.
A1 - Huang, J.
T1 - Combining DGT and 31P NMR spectroscopy to determine phosphorus species in soil
N2 - The amount of plant-available phosphorus (P) in soil strongly influences the yield of plants in agriculture. Therefore, various simple chemical extraction methods have been developed to estimate the plant-available P pools in soil. More recently, several experiments with the DGT technique have shown that it has a much better correlation to plant-available P in soils than standard chemical extraction methods (e.g. calcium-acetate-lactate (CAL), Colwell, Olsen, water) when soils with different characteristics are considered. However, the DGT technique cannot give information on the plant-available P species in the soil. Therefore, we combined DGT with solution 31P nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. This was achieved by using a modified DGT device in which the diffusive layer had a larger pore size, the binding layer incorporated an adsorption material with a higher capacity, and the device had a larger exposure area. The spectroscopic investigation was undertaken after elution of the deployed DGT binding layer in a NaOH solution. Adsorption tests using solutions of known organic P compounds showed that a sufficient amount of these compounds could be adsorbed on the binding layer in order for them to be analyzed by solution 31P NMR spectroscopy. Furthermore, various intermediates of the hydrolysis of trimetaphosphate in soil could be also analyzed over time.
T2 - DGT Konferenz
CY - Paris, France
DA - 11.10.2023
KW - Soil
KW - Phosphorus
KW - Plant-availability
PY - 2023
AN - OPUS4-58574
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Adam, Christian
A1 - Emter, J.
A1 - Leimkötter, D.
A1 - Künstler, J.
A1 - Schaaf, T.
A1 - Kraus, F.
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 - CONF
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Adam, Christian
A1 - Stephan, D.
A1 - Simon, Sebastian
A1 - von Werder, Julia
A1 - Meng, Birgit
T1 - Production of a hydraulic material from post-treated steelmaking slags
N2 - Steelmaking slag is a by-product of steel production of which 4.5 Mt were produced in 2020 in Germany alone. It is mainly used in road construction, earthwork and hydraulic engineering. A smaller part is returned to the metallurgical circle, used as fertilizer or landfilled.
With this use, iron oxides still contained in steelmaking slag are lost. In addition, the possibility of producing higher-grade products from steelmaking slag is foregone. In recent decades, many researchers have investigated the production of Portland cement clinker and crude iron from basic oxygen furnace slags (BOFS) via a reductive treatment. Carbothermal treatment of liquid BOFS causes a reduction of iron oxides to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density. Simultaneously, the chemical composition of the reduced slag is adapted to that of the Portland cement clinker.
In this study, German BOFS was reduced in a small-scale electric arc furnace using petrol coke as a reducing agent. The resulting low-iron mineral product had a similar chemical composition to Portland cement clinker and was rich in the tricalcium silicate solid solution alite (Ca3SiO5). Based on its chemical and mineralogical composition, similar to that of Portland cement clinker, the reduced BOFS has the potential to react comparably. In our study, the reduced BOFS produced less heat of hydration compared to OPC and its hydraulic reaction was delayed. However, adding gypsum has been shown to accelerate the hydration rate of the reduced BOFS compared to that known from the calcium silicates of Portland cement clinker.
Further research to improve the hydraulic properties of the reduced slag is essential. If successful, producing a hydraulic binder and crude iron from BOFS could have economic and ecological benefits for both the cement and steel industry.
T2 - 16th International Congress on the Chemistry of Cement ICCC 2023
CY - Bangkok, Thailand
DA - 18.09.2023
KW - Steelmaking slag
KW - Alite hydraulic reactivity
KW - Clinker substitute
PY - 2023
AN - OPUS4-58522
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Piehl, Patrick
T1 - Thermochemische Aufarbeitung von Stahlwerksstäuben und -schlämmen zur Zink- und Eisenrückgewinnung
N2 - Stahlwerksstäube und -schlämme enthalten in der Regel Schwermetalle wie Zink, Blei und Cadmium, die ein direktes Recycling verhindern und diese Stoffe potenziell umweltgefährdend machen. Um diese Schwermetalle aus den Materialien zu entfernen, werden drei thermochemische Verfahren zur Aufarbeitung von Gichtgasschlamm, Elektroofenstaub und ähnlichen Stahlwerksstäuben vorgestellt. Zum einen kann die Mischung von Elektroofenstaub mit chloridhaltigen Lösungen, wie sie z. B. in der Titandioxidproduktion anfallen, gemischt werden, um bei der thermischen Behandlung Schwermetallchloride zu effektiv verdampfen. Weiterhin kann der im Gichtgasschlamm enthaltene Kohlenstoff genutzt werden, um in Mischungen aus Gichtgasschlamm und Elektroofenstaub bei der thermischen Behandlung als Reduktionsmittel zu wirken. Dieses Verfahren führt zur Rückgewinnung von Zink und metallischem Eisen und wird im Technikums- und Pilotmaßstab erprobt. Abschließend wird die Nutzung von Wasserstoff als Reduktionsmittel für Elektroofenstaub vorgestellt. Hierbei lässt sich der Reststoff potenziell klimaneutral in Eisenschwamm umwandeln, wobei die chemischen Grundlagen anhand von DTA-Experimenten und thermodynamischen Simulationen ergründet werden.
T2 - Berliner Konferenz Metallkreisläufe
CY - Berlin, Germany
DA - 13.04.2024
KW - Elektroofenstaub
KW - Gichtgasschlamm
KW - Recycling
KW - Ressourcenrückgewinnung
KW - Zink
PY - 2024
AN - OPUS4-59726
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 - Herzel, Hannes
A1 - Adam, Christian
T1 - Klärschlammasche Monitoring 2022/23 - P-Löslichkeiten und Schwermetallgehalte
N2 - Im Rahmen des BMBF Projektes R-Rhenania wurden von fast allen Monoverbrennungsanlagen in Deutschland Klärschlammasche-Proben eingesammelt. Diese Aschen wurden auf die Gesamtchemie-Zusammensetzung, Schwermetalle und die Löslichkeit des Phosphates untersucht.
T2 - 6. Berliner Klärschlammkonferenz BKK
CY - Berlin, Germany
DA - 13.11.2023
KW - Monoverbrennungsanlage
KW - Phosphor
KW - Neutralammoniumnitrat
KW - Zitronensäure
PY - 2023
AN - OPUS4-59436
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Adam, Christian
T1 - Klärschlammasche Monitoring 2022/23 - Erste Ergebnisse: P Löslichkeiten & Schwermetalle
N2 - Im Rahmen des BMBF Projektes R-Rhenania wurden von fast allen Monoverbrennungsanlagen in Deutschland Klärschlammasche-Probeneingesammelt. Diese Aschen wurden auf die Gesamtchemie-Zusammensetzung, Schwermetalle und die Löslichkeit des Phosphates untersucht.
T2 - 95. Sitzung des DWA Fachausschusses KEK 3
CY - Hannover, Germany
DA - 27.11.2023
KW - Phosphor
KW - Monoverbrennungsanlage
KW - Neutralammoniumcitrat
KW - Zitronensäure
PY - 2023
AN - OPUS4-59437
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Adam, Christian
A1 - Emter, J.
A1 - Leimkötter, D.
T1 - Thermochemisches P Recycling aus Klärschlamm – erste großtechnische Anlage am Standort Altenstadt (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 - 13. VDI Klärschlammbehandlung
CY - Koblenz, Germany
DA - 14.09.2022
KW - Phosphor
KW - Versuchskampagne
KW - Recycling
KW - Nährstoffe
KW - Dünger
PY - 2022
AN - OPUS4-59576
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 - 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
ED - Schraut, Katharina
ED - Adamczyk, Burkart
ED - Adam, Christian
ED - Stephan, D.
ED - Simon, Sebastian
ED - von Werder, Julia
ED - Meng, Birgit
T1 - Production of a hydraulic material from post treated steelmaking slags
N2 - Steelmaking slag is a by-product of steel production, of which 4.5 Mt were produced in 2020 in Germany alone. It is mainly used in road construction, earthwork and hydraulic engineering. A smaller part is returned to the metallurgical cycle, used as fertiliser or landfilled.
With this use, iron oxides still contained in steelmaking slag are lost. In addition, the possibility of producing higher-grade products from steelmaking slag is foregone. In recent decades, many researchers have investigated the production of Portland cement clinker and crude iron from basic oxygen furnace slags (BOFS) via a reductive treatment. Carbothermal treatment of liquid BOFS causes a reduction of iron oxides to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density. Simultaneously, the chemical composition of the reduced slag is adapted to that of Portland cement clinker.
In this study, German BOFS was reduced in a small-scale electric arc furnace using petrol coke as a reducing agent. The resulting low-iron mineral product has a similar chemical composition to Portland cement clinker and was rich in the tricalcium silicate solid solution alite (Ca3SiO5). Based on its chemical and mineralogical composition, similar to that of Portland cement clinker, the reduced BOFS has the potential to react comparably. In our study, the reduced BOFS produced less hydration heat than OPC, and its hydraulic reaction was delayed. However, adding gypsum has shown to accelerate the hydration rate of the reduced BOFS compared to that known from the calcium silicates of Portland cement clinker.
Further research to improve the hydraulic properties of the reduced slag is essential. If successful, producing a hydraulic binder and crude iron from BOFS has economic and ecological benefits for both the cement and steel industries.
T2 - The 16th International Congress on the Chemistry of Cement 2023 (ICCC2023)
CY - Bangkok, Thailand
DA - 18.09.2023
KW - Steelmaking slag
KW - Alite
KW - Clinker substitute
KW - Hydraulic reactivity
PY - 2023
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-590522
UR - https://www.iccc-online.org/archive/
SP - 432
EP - 436
CY - Bangkok
AN - OPUS4-59052
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Stawski, Tomasz
A1 - Karafiludis, Stephanos
A1 - Pimentel, Carlos
A1 - Montes-Hernández, German
A1 - Kochovski, Zdravko
A1 - Bienert, Ralf
A1 - Weimann, Karin
A1 - Emmerling, Franziska
A1 - Scoppola, Ernesto
A1 - Van Driessche, Alexander E.S.
T1 - Solution-driven processing of calcium sulfate: The mechanism of the reversible transformation of gypsum to bassanite in brines
N2 - Here, we show that calcium sulfate dihydrate (gypsum) can be directly, rapidly and reversibly converted to calcium sulfate hemihydrate (bassanite) in high salinity solutions (brines). The optimum conditions for the efficient production of bassanite in a short time (<5 min) involve the use of brines with c(NaCl) > 4 M and maintaining a temperature, T > 80 °C. When the solution containing bassanite crystals is cooled down to around room temperature, eventually gypsum is formed. When the temperature is raised again to T > 80 °C, bassanite is rapidly re-precipitated. This contrasts with the better-known behaviour of the bassanite phase in low-salt environments. In low-salinity aqueous solutions, bassanite is considered to be metastable with respect to gypsum and anhydrite, and therefore gypsum-to-bassanite conversion does not occur in pure water. Interestingly, the high-salinity transformation of gypsum-to-bassanite has been reported by many authors and used in practice for several decades, although its very occurrence actually contradicts numerical thermodynamic predictions regarding solubility of calcium sulfate phases. By following the evolution of crystalline phases with in situ and time-resolved X-ray diffraction/scattering and Raman spectroscopy, we demonstrated that the phase stability in brines at elevated temperatures was inaccurately represented in the thermodynamic databases. Most notably for c(NaCl) > 4 M, and T > 80 °C gypsum becomes readily more soluble than bassanite, which induces the direct precipitation of the latter from gypsum. The fact that these transformations are controlled by the solution provides extensive opportunities for precise manipulation of crystal formation. Our experiments confirmed that bassanite remained the sole crystalline phase for many hours before reverting into gypsum. This property is extremely advantageous for practical processing and efficient crystal extraction in industrial scenarios.
KW - Industrial and Manufacturing Engineering
KW - Strategy and Management
KW - General Environmental Science
KW - Renewable Energy, Sustainability and the Environment
KW - Building and Construction
KW - Calcium sulfate
KW - Gypsum
KW - Bassanite
KW - Scattering
KW - Raman
KW - In situ
KW - Synchrotron
KW - BESSY
KW - MySpot
PY - 2024
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-594698
UR - https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652624004591#appsec1
DO - https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.141012
SN - 0959-6526
VL - 440
SP - 1
EP - 12
PB - Elsevier B.V.
AN - OPUS4-59469
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 - Stawski, Tomasz
A1 - Karafiludis, Stephanos
A1 - Pimentel, C.
A1 - Montes Hernandez, G
A1 - Kochovski, Z
A1 - Bienert, Ralf
A1 - Weimann, Karin
A1 - Emmerling, Franziska
A1 - Scoppola, E
A1 - Van Driessche, A
T1 - Solution-driven processing of calcium sulfate: the mechanism of the reversible transformation of gypsum to bassanite in brines
N2 - Calcium sulfate hemihydrate (CaSO4ᐧ0.5H2O), also known as bassanite, has been used as a precursor to produce gypsum (dihydrate, CaSO4ᐧ2H2O) for various construction and decorative purposes since prehistoric times. The main route to obtain hemihydrate is a thermal treatment of gypsum at temperatures typically between 150 °C and 200 °C to remove some of the structural water.
In this contribution, we introduce (Fig. 1) a more efficient and sustainable method (T < 100 °C) that enables the direct, rapid, and reversibly conversion of gypsum to bassanite using reusable high salinity aqueous solutions (brines with c[NaCl] > 4 M). The optimum conditions for the efficientproduction of bassanite in a short time (< 5 min) involve the use of brines with c(NaCl) > 4 M and maintaining a temperature, T > 80 °C. When the solution containing bassanite crystals is cooled down to around room temperature, eventually gypsum is formed. When the temperature is raised again to T > 80 °C, bassanite is rapidly re-precipitated. This contrasts with the typical behaviour of the bassanite phase in low salt environments.
Traditionally, hemihydrate is obtained through a solid state thermal treatment because bassanite is considered to be metastable with respect to gypsum and anhydrite in aqueous solutions, and therefore gypsum-to-bassanite conversion should not occur in water. Its very occurrence actually contradicts numerical thermodynamic predictions regarding solubility of calcium sulfate phases. By following the evolution of crystalline phases with in situ and time-resolved X-ray diffraction/scattering and Raman spectroscopy, we demonstrated that the phase stability in brines at elevated temperatures is inaccurately represented in the thermodynamic databases. Most notably for c(NaCl) > 4 M, and T > 80 °C gypsum becomes readily more soluble than bassanite, which induces the direct precipitation of the latter from gypsum. The fact that these transformations are controlled by the solution provides extensive opportunities for precise manipulation of crystal formation. Our experiments confirmed that bassanite remained the sole crystalline structure for many hours before reverting into gypsum. This property is extremely advantageous for practical processing and efficient crystal extraction in industrial scenarios.
T2 - Granada Münster Discussion Meeting GMDM 10
CY - Münster, Germany
DA - 29.11.2023
KW - Gypsum
KW - Bassanite
KW - Calcium sulfate
KW - Recycling
KW - Scattering
PY - 2024
AN - OPUS4-59162
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 - CONF
A1 - Schraut, Katharina
A1 - Adam, Christian
A1 - Adamczyk, Burkart
A1 - Simon, Sebastian
A1 - von Werder, Julia
A1 - Meng, Birgit
A1 - Stephan, Dietmar
T1 - Production of an alite-rich material from reduced basic oxygen furnace slags
N2 - Basic oxygen furnace slag (BOFS) is a by-product of steelmaking of which about 10.4 Mt are produced annually in the EU. BOFS is mostly used in road construction, earthwork and hydraulic engineering. However, in this use, the iron bound in BOFS is lost and the opportunity to produce higher value products from BOFS is forgone.
In recent decades, many researchers have investigated the production of both Portland cement clinker and crude iron from BOFS via a thermochemical reductive treatment. The reductive treatment of liquid BOFS causes a reduction of iron oxides to metallic iron, which separates from the mineral phase due to its higher density and can be recovered. An advantage of this process is that simultaneously the chemical composition of the reduced BOFS is adapted to that of Portland cement clinker and the hydraulic reactive mineral alite (Ca3SiO5) is formed.
In this study, German BOFS was reduced in a small-scale electric arc furnace and a low-iron mineral product rich in alite was produced. Despite a chemical and mineralogical composition similar to that of Portland cement clinker, the reduced BOFS produced less heat of hydration, and its reaction was delayed compared to Portland cement. However, adding gypsum accelerated the hydration rate of the reduced BOFS.
Further research to improve the hydraulic properties of the reduced BOFS is essential. If successful, the production of a hydraulic material and crude iron from BOFS could have economic and ecological benefits for both the cement and steel industry.
T2 - GeoBerlin 2023
CY - Berlin, Germany
DA - 04.09.2023
KW - BOFS
KW - Alite
KW - Hydraulic reactivity
PY - 2023
AN - OPUS4-58206
LA - eng
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 - 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 - Weimann, Karin
A1 - Farago, Patrick
A1 - Mayer, Felix
ED - Angulo, Sergio
ED - Landmann, Mirko
T1 - New sources for secondary gypsum
N2 - In order to protect natural gypsum deposits and to compensate for the decreasing amount of Flue Gas Desulfurization (FGD) gypsum it is necessary to develop and explore new sources of gypsum. For this purpose, the potentials of different gypsum wastes are investigated in the study “GipsRec 2.0”, funded by the Federal Ministry of Education and Research (Germany).
On the one hand, the project worked on a new processing technology for gypsum fiberboards (GFB). While the recycling of gypsum plasterboards has already been carried out on an industrial scale for several years, the recycling of gypsum fiberboards (GFB) has proven to be challenging. Gypsum fiberboards from demolition sites and offcuts from GFB production were used for these investigations. The tests were conducted on a technical scale. Furthermore, various synthetic gypsums are being investigated with regard to their suitability for gypsum production. The analyses are carried out on production residues.
In this project, a promising process for gypsum fiberboard recycling could be developed, as well as other waste gypsums are investigated and evaluated with regard to their potential as secondary raw material. In addition, selected process routes are assessed for their environmental impact using a life cycle assessment (LCA) approach.
T2 - RILEM - V International Conference Progress of Recycling in the Built Environment
CY - Weimar, Germany
DA - 10.10.2023
KW - Gypsum recycling
KW - Gypsum fiberboards and synthetic gypsum
KW - Environmental evaluation
PY - 2023
VL - V
SP - 1
EP - 10
PB - RILEM Publications Sarl
CY - Bagneux, France
AN - OPUS4-60315
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Weimann, Karin
A1 - Bunzel, Jörg-Michael
A1 - Mayer, Felix
T1 - Entwicklungen im Gipsrecycling
N2 - Gips gehört zu den nachgefragtesten Baustoffen und entsprechend steigt der Gipsverbrauch weltweit schon seit Jahrzehnten an. In Deutschland wird der Gipsbedarf seit vielen Jahren zu einem guten Teil durch REA-Gips, einem Nebenprodukt aus der Abgasreinigung von Kohlekraftwerken, gedeckt. Die weitere Gipsversorgung erfolgt größtenteils durch die Nutzung natürlicher Gipsvorkommen. Ein geringer, aber steigender Anteil an RC-Gips aus dem Baustoffrecycling und die Nutzung synthetischer Gipse aus Nebenprodukten anderer Industriezweige sind ebenfalls zu verzeichnen. Aufgrund der nationalen Klimaschutzziele und der damit verbundenen Abschaltung von Kohlekraftwerken wird das REA-Gipsangebot in den nächsten Jahren jedoch weiter deutlich zurückgehen, so dass andere Gipsquellen erschlossen werden müssen.
Abhängig von der Lebensdauer der verwendeten Gipsprodukte im Bausektor ist infolge des in den vergangenen Jahren erfolgten Anstiegs des Gipsverbrauchs auch mit einer Zunahme von Gipsresten in Bau- und Abbruchabfällen zu rechnen. Im Hinblick auf eine bevorstehende Verknappung von Gips wird die Rückgewinnung dieser Gipse aus Bau- und Abbruchabfällen immer wichtiger. Das Recycling von Gipskartonplatten ist mittlerweile eine etablierte Technik und wird bereits seit einigen Jahren in industriellem Maßstab durchgeführt. Außerdem werden neue Verfahren zur Wiederverwertung weiterer Gipsprodukte aus Rück- und Umbaumaßnahmen untersucht. Von besonderem Interesse sind verschiedene Arten von Gipsplatten, da sie gut für selektiven Rückbau geeignet sind. Daher können sie vergleichsweise frei von Verunreinigungen oder Störstoffen zurückgewonnen werden, was für das Gipsrecycling besonders wichtig ist.
In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Forschungsprojekt "GipsRec 2.0" werden technische, wirtschaftliche und ökologische Aspekte des Recyclings von Gipsfaserplatten sowie von verschiedenen Synthesegipsen untersucht und bewertet. Die Aufbereitung von Gipsfaserplatten erfolgte im halbtechnischen Maßstab, an verschiedenen potentiellen Ausgangsstoffen für synthetische Gipse wurden Laborversuche durchgeführt. Erfolgversprechende Verfahrenswege werden ökobilanziell bewertet. Ziel dieser Arbeiten ist die Erschließung der Sekundärrohstoffpotenziale von weiteren Quellen für die RC-Gipsproduktion um mit einer Steigerung des Gipsrecyclings die in naher Zukunft durch die Reduktion der REA-Gips-Bereitstellung entstehende Lücke in der Rohstoffversorgung zu verringern.
T2 - 21. ibausil 2023
CY - Weimar, Germany
DA - 13.09.2023
KW - Baustoffrecycling
KW - Sekundärgipse
KW - Ökobilanz
PY - 2023
AN - OPUS4-60314
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Weimann, Karin
A1 - Farago, P.
A1 - Mayer, Felix
T1 - New sources for secondary gypsum
N2 - In order to protect natural gypsum deposits and to compensate for the decreasing amount of Flue Gas Desulfurization (FGD) gypsum it is necessary to develop and explore new sources of gypsum. For this purpose, the potentials of different gypsum wastes are investigated in the study “GipsRec 2.0”, funded by the Federal Ministry of Education and Research (Germany).
On the one hand, the project worked on a new processing technology for gypsum fiberboards (GFB). While the recycling of gypsum plasterboards has already been carried out on an industrial scale for several years, the recycling of gypsum fiberboards (GFB) has proven to be challenging. Gypsum fiberboards from demolition sites and offcuts from GFB production were used for these investigations. The tests were conducted on a technical scale. Furthermore, various synthetic gypsums are being investigated with regard to their suitability for gypsum production. The analyses are carried out on production residues.
In this project, a promising process for gypsum fiberboard recycling could be developed, as well as other waste gypsums are investigated and evaluated with regard to their potential as secondary raw material. In addition, selected process routes are assessed for their environmental impact using a life cycle assessment (LCA) approach.
T2 - RILEM - V International Conference Progress of Recycling in the Built Environment
CY - Weimar, Germany
DA - 10.10.2023
KW - Gypsum recycling
KW - Gypsum fiberboards and synthetic gypsum
KW - Environmental evaluation
PY - 2023
AN - OPUS4-60316
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Vogel, Christian
A1 - Roesch, Philipp
A1 - Wittwer, Philipp
A1 - Piechotta, Christian
A1 - Lisec, Jan
A1 - Sommerfeld, Thomas
A1 - Kluge, Stephanie
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Simon, Franz-Georg
T1 - Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Sewage Sludge and Wastewater-based Fertilizers
N2 - Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are chemicals which were developed to improve humanity’s quality of life. Due to their high chemical stability and resistance to degradation by heat or acids, PFAS were used in a variety of consumer products. The continuous use of PFAS in household products and the discharge of PFAS from industrial plants into the sewer system resulted in the contamination of effluents and sewage sludge from wastewater treatment plants (WWTPs) (Roesch et al. 2022). Since sewage sludge is often used as fertilizer, its application on agricultural soils has been observed as a significant entry path for PFAS into the environment, specifically in our food chain. In Germany the sewage sludge/biosolid application on agricultural land was banned with the amendment of the German Sewage Sludge Ordinance and by 2029 sewage sludge application will be totally prohibited. However, phosphorus (P) from sewage sludge should still be recycled in WWTPs of cities with a population larger than 50,000 residents. To produce high-quality P-fertilizers for a circular economy, PFAS and other pollutants (e.g. pesticides and pharmaceuticals) must be separated from sewage sludge. Due to the strong diversity of industrial PFAS usage it is not clear if a safe application of novel recycled P-fertilizers from WWTPs can be guaranteed. Therefore, we analyzed various sewage sludges and wastewater-based fertilizers. Sewage sludge (SL) samples from various WWTPs in Germany and Switzerland, six sewage sludge ashes (SSA) from Germany, six thermally treated SL and SSA samples with different additives (temperatures: 700-1050 °C), two pyrolyzed SL samples (temperature: 400 °C) and two struvite samples from Germany and Canada were analyzed. The goal was to quantify PFAS in sewage sludges and wastewater-based P-fertilizers with the sum parameter extractable organic fluorine (EOF) by combustion ion chromatography (CIC). The results were compared with data from classical LC-MS/MS target analysis as well as selected samples by HR-MS suspect screening. The EOF values of the SLs mainly range between 154 and 538 µg/kg except for one SL which showed an elevated EOF value of 7209 µg/kg due to high organofluorine contamination. For the SSA samples the EOF values were lower and values between LOQ (approx. 60 µg/kg) and 121 µg/kg could be detected. For the pyrolyzed SLs no EOF values above the LOQ were detected. Moreover, the two wastewater-based struvite fertilizers contain 96 and 112 µg/kg EOF, respectively. In contrast to the EOF values, the sum of PFAS target values were relatively low for all SLs. Additional applied PFAS HR-MS suspect screening aimed to tentatively identify PFAS that could contribute to the hitherto unknown part of the EOF value. The majority of the detected fluorinated compounds are legacy PFAS such as short- and long-chain perfluorocarboxylic acids (PFCA), perfluorosulfonic acids (PFSA), polyfluoroalkyl phosphate esters (PAPs) and perfluorophosphonic acids (PFPA). Moreover, fluorinated pesticides, pharmaceutical as well as aromatic compounds were also identified, which are all included in the EOF parameter. Our research revealed that the current PFAS limit of 100 µg/kg for the sum of PFOS + PFOA in the German Fertilizer Ordinance is no longer up to date. Since the number of known PFAS already exceeds 10,000, the ordinance limit should be updated accordingly. Recent regulations and restrictions on using long-chain PFAS (≥C8) have resulted in a significant shift in the industry towards (ultra-)short-chain alternatives, and other, partly unknown, emerging PFAS. Ultimately, also fluorinated pesticides and pharmaceuticals, which end up as ultrashort PFAS in the WWTPs, have to be considered as possible pollutants in fertilizers from wastewater, too.
T2 - Dioxin Konferenz
CY - Maastricht, Netherlands
DA - 10.09.2023
KW - Combustion Ion Chromatography
KW - Per- and Polyfluoroalkyl substances (PFAS)
KW - Sewage sludge
KW - Fertilizer
PY - 2023
AN - OPUS4-58345
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - JOUR
A1 - Vogel, Christian
A1 - Roesch, Philipp
A1 - Wittwer, Philipp
A1 - Piechotta, Christian
A1 - Lisec, Jan
A1 - Sommerfeld, Thomas
A1 - Kluge, Stephanie
A1 - Herzel, Hannes
A1 - Huthwelker, T.
A1 - Borca, C.
A1 - Simon, Franz-Georg
T1 - Levels of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in various wastewater-derived fertilizers – analytical investigations from different perspectives
N2 - Solid wastewater-based fertilizers were screened for per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) by the extractable organic fluorine (EOF) sum parameter method. The EOF values for ten sewage sludges from Germany and Switzerland range from 154 to 7209 mg kg−1. For thermal treated sewage sludge and struvite the EOF were lower with values up to 121 mg kg−1. Moreover, the application of PFAS targeted
and suspect screening analysis of selected sewage sludge samples showed that only a small part of the EOF sum parameter values can be explained by the usually screened legacy PFAS. The hitherto unknown part of EOF sum parameter contains also fluorinated pesticides, pharmaceutical and aromatic compounds. Because these partly fluorinated compounds can degrade to (ultra-)short PFAS in wastewater treatment plants they should be considered as significant sources of organic fluorine in the environment. The combined results of sum parameter analysis and suspect screening reveal the need to update current regulations, such as the German fertilizer ordinance, to focus not solely on a few selected PFAS such as perfluorooctane sulfonic acid (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA) but
consider an additional sum parameter approach as a more holistic alternative. Moreover, diffusion gradient in thin-films (DGT) passive samplers were utilized as an alternative simplified extraction method for PFAS in solid wastewater-based fertilizers and subsequently quantified via combustion ion chromatography. However, the DGT method was less sensitive and only comparable to the EOF values
of the fertilizers in samples with >150 mg kg−1, because of different diffusion properties for various PFAS, but also kinetic exchange limitations.
KW - Combustion Ion Chromatography
KW - Per- and Polyfluoroalkyl substances (PFAS)
KW - Sewage sludge
KW - Fertilizer
PY - 2023
UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-583429
DO - https://doi.org/10.1039/d3va00178d
VL - 2
IS - 10
SP - 1436
EP - 1445
PB - Royal Society of Chemistry (RSC)
AN - OPUS4-58342
LA - eng
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Loose, Florian
T1 - Forschungsprojekt CF Pyro: Sichere Nutzung von Carbonfasern als Sekundärrohstoff in der Pyrometallurgie
N2 - Obwohl der Leichtbau mit carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und zur Ressourceneffizienz liefert, stellt der wachsende Abfallstrom von aktuell 62 kt/a eine große Herausforderung dar. Weil die Produktion von Carbonfasern (CF) überwiegend auf fossilen Rohstoffen basiert und sehr energieintensiv ist, werden nachhaltige Recyclinglösungen dringend benötigt. Hier wird ein Überblick über aktuelle Recyclingprozesse gegeben und deren Limitierungen diskutiert. Darüber hinaus wird eine Möglichkeit zur sicheren chemischen Nutzung von CF-haltigen Reststoffen aufgezeigt, die nicht zur Wiederverwertung geeignet sind. Das Projekt CF Pyro untersucht deren Einsatz als Sekundärrohstoff in der Pyrometallurgie und setzt besondere Schwerpunkte bei der Reaktivität von CF, der Prozessstabilität und der Vermeidung von Emissionen gesundheitsschädlicher WHO-Fasern. Abschließend wird eine, auf den experimentellen Ergebnissen und im Dialog mit Expertinnen und Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik entwickelten, Technologiebewertung vorgestellt.
T2 - BMUV Behördenklausur 2024
CY - Berlin, Germany
DA - 03.07.2024
KW - Leichtbau
KW - Carbonfasern
KW - Recycling
KW - CFK
PY - 2024
AN - OPUS4-60570
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -
TY - CONF
A1 - Loose, Florian
T1 - 5. Sitzung des projektbegleitenden Ausschuss CF Pyro: Ergebnisse & Technologiebewertung
N2 - Obwohl der Leichtbau mit carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) einen wichtigen Beitrag zum Klimaschutz und zur Ressourceneffizienz liefert, stellt der wachsende Abfallstrom von aktuell 62 kt/a eine große Herausforderung dar. Weil die Produktion von Carbonfasern (CF) überwiegend auf fossilen Rohstoffen basiert und sehr energieintensiv ist, werden nachhaltige Recyclinglösungen dringend benötigt. Hier geben wir einen Überblick über aktuelle Recyclingprozesse und diskutieren deren Limitierungen. Darüber hinaus zeigen wir eine Möglichkeit zur sicheren chemischen Nutzung von CF-haltigen Reststoffen auf, die nicht zur Wiederverwertung geeignet sind. Das Projekt CF Pyro untersucht deren Einsatz als Sekundärrohstoff in der Pyrometallurgie und setzt besondere Schwerpunkte bei der Reaktivität von CF, der Prozessstabilität und der Vermeidung von Emissionen gesundheitsschädlicher WHO-Fasern. Nach der Präsentation der Projektergebnisse erfolgte in der Diskussion mit Expertinnen und Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik eine Technologiebewertung für die Nutzung von CF in pyrometallurgischen Prozessen.
T2 - 5. PA Meeting CF Pyro
CY - Berlin, Germany
DA - 31.01.2024
KW - Cabonfasern
KW - CFK
KW - Recycling
KW - Leichtbau
PY - 2024
AN - OPUS4-60569
LA - deu
AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany
ER -