TY - CONF A1 - Klinge, A. T1 - upMIN 100 – upcycling of mineral construction and demolition waste to substitute natural aggregates in earthen building materials N2 - The construction sector is one of the most resource-intensive sectors in Germany and is responsible for 40 % of CO2 emissions. emissions. Around 517 million tons of mineral raw materials are required annually for the construction of buildings in Germany. At the same time, mineral construction waste was the largest material flow at 229.3 million tons (2020). The rates of building material recycling have increased since 2000, especially for mineral waste. Nevertheless, the majority of recycled aggregates are used in technically largely unregulated applications (e.g. road construction). This downcycling leads to a loss of valuable resources for technically and economically valuable uses. The upMIN100 research project is investigating the question of whether and to what extent recycled mineral construction and demolition waste is suitable as an additive in earthen building materials such as earth plasters and earth blocks. The focus is placed on grain sizes < 2 mm, which are currently predominantly landfilled, as there are currently no regulations for their use in building products. In order to enable the use of construction and demolition waste, the technical feasibility must be ensured, quality requirements for source materials (e.g. limit values for pollutants in terms of health and environmental environmental compatibility and hazardous substances) and permissible proportions of recycled aggregates must be defined. To avoid negative impact on building occupants, the developed building materials have been tested in terms of harmful substances included in the mineral waste as well as emissions into the ambient air. Furthermore, the earthen building products, manufactured from mineral waste, should be free from pollutants to enable a return into the environment. According to the Substitute Building Materials Ordinance (EBV) this corresponds to criterion BM-0. Two different building material developments were used to test the technical feasibility and the pollutant content of the recycled aggregate. T2 - Sustainable Built Environment Conference 2025 CY - Zurich, Switzerland DA - 25.06.2025 KW - Mineral waste KW - Upcycling KW - Earthen building product KW - Circular construction PY - 2025 AN - OPUS4-63552 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Klinge, A A1 - Mönig, J A1 - Ziegert, C A1 - Richter, Matthias A1 - Kalbe, Ute A1 - Horn, Wolfgang A1 - Röhlen, U A1 - Rauscher, S A1 - Roswag-Klinge, E T1 - upMIN 100 – upcycling of mineral construction and demolition waste to substitute natural aggregates in earthen building materials N2 - The construction sector is one of the most resource-intensive sectors in Germany and is responsible for 40 % of CO2 emissions. Around 517 million tons of mineral raw materials are required annually for the construction of buildings in Germany. At the same time, mineral construction waste was the largest material flow at 229.3 million tons (2020). The rates of construction and demolition waste (CDW) recycling have increased since 2000, especially for mineral waste. Nevertheless, the majority of recycled aggregates are used in technically largely unregulated applications (e.g. road construction). This downcycling leads to a loss of valuable resources for technically and economically valuable applications. The upMIN 100 research project is investigating the question of whether and to what extent recycled CDW is suitable as an additive an binder in earthen building materials. The focus is placed on grain sizes of < 2 mm, which are currently predominantly landfilled, as there are at present no regulations for their use in building products. The soil matrix of earthen building materials however, naturally contains of different grain sizes, whith < 2mm – 0,063 for aggregates and < 0.063 mm as a binder. Therefore, the focused grain sizes (sand, clay and silt) could have a high usage potential. In order to enable the use of CDW, the technical feasibility must be ensured, quality requirements for source materials (e.g. threshold values for pollutants in terms of health and environmental compatibility and hazardous substances) and permissible proportions of recycled aggregates must be defined. Two different building material developments (earth blocks and -plaster)were used to assess both, the technical feasibility as well the pollutant content of the recycled aggregate and its final emissions into the indoor air. For both materials two mixtures could be established, that also meet the mechanical specifications according to the DIN standard, such as the compressive strength. A method was developed to design material mixtures with a high amount of CDW that comply with the defined limit values. The mixtures reached a recycling rate of 28 % with high mechanical properties and 70 % with minimum strength requirements. KW - Mineral waste KW - Upcycling KW - Earthen building product KW - Circular construction PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-652831 DO - https://doi.org/10.1088/1755-1315/1554/1/012084 SN - 1755-1307 VL - 1554 IS - 1 SP - 1 EP - 9 PB - IOP Publishing AN - OPUS4-65283 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Klinge, Andrea A1 - Mönig, Julian A1 - Kalbe, Ute A1 - Richter, Matthias A1 - Horn, Wolfgang A1 - Ziegert, Christof A1 - Röhlen, Ulrich A1 - Roswag-Klinge, Eike T1 - upMIN 100 – upcycling MINeralischer Bau- und Abbruchabfälle zur Substitution natürlicher Gesteinskörnungen in Lehmbaustoffen T1 - upMIN 100 – Upcycling mineral construction and demolition debris as a substitute for natural aggregates in earth building materials N2 - Um zukünftig die Entnahme von Primärrohstoffen und die Deponierung von geeignetem Bodenaushub zu vermeiden, wurde im Forschungsvorhaben «upMIN100» der Einsatz von rezyklierten Gesteinskörnungen < 2 mm in Lehmbaustoffen untersucht. Diese Korngrößen aus Rezyklaten, die je nach Ausgangsstoffen und Produkt 5 – 70 % des fertigen Baustoffs ausmachen, waren zum Zeitpunkt des Projektstarts in den gültigen Lehmbaustoff-Normen DIN 18945 – 18948 nicht zugelassen, da diese als Zusatzstoffe nur natürliche Gesteinskörnungen nach DIN EN 12620, Mehl aus mörtelfreien Ziegeln sowie Blähperlit etc. nach DIN EN 13055-1 und als Bindemittel nur Baulehm aus natürlichen Vorkommen vorsahen. Um den Einsatz von rezyklierten Bau- und Abbruchabfällen für Lehmbaustoffe in der Norm zu ermöglichen, mussten daher die technische Durchführbarkeit, Qualitätsanforderungen an Ausgangsstoffe (z.B. Schadstoffgrenzwerte in Bezug auf Gesundheits- und Umweltverträglichkeit) sowie zulässige Anteile der Rezyklate geregelt werden. Aktuelle Sortier- und Aufbereitungsmethoden wurden im Hinblick auf die technische sowie die wirtschaftliche Machbarkeit überprüft und auf eine mögliche Optimierung untersucht. Um Fragen zur technischen Machbarkeit beantworten zu können, wurde im Vorhaben die exemplarische Entwicklung von zwei wiederverwendbaren Lehmbaustoffen (Lehmstein, Lehmputzmörtel) angestrebt, um zukünftig sowohl das Abfallaufkommen als auch die Rohstoffinanspruchnahme zu reduzieren. Zum einen sollten die Zuschläge bis zu 100% aber auch das natürliche Bindemittel Ton zu 80% – 100% substituiert werden. Der Machbarkeitsnachweis für beide Entwicklungen wurde in Form eines Prototyps mit einem Technologie-Reifegrad 4–5 (TRL 4–5) erbracht. N2 - To avoid the extraction of primary raw materials and the landfilling of suitable excavated soil in the future, the use of recycled aggregates < 2 mm in earth building materials was investigated in the “upMIN 100” research project. These grain sizes from recycled materials, which make up 5–70 % of the finished building material depending on the source materials and product, were not permitted in the applicable earth building material standards DIN 18945–18948 at the time the project started, as these only allow natural aggregates in accordance with DIN EN 12620, flour from mortarfree bricks and expanded perlite etc. as additives in accordance with DIN EN 13055-1 and only building clay from natural sources as a binder. For the use of recycled construction and demolition waste for earth building materials in the standard, the technical feasibility, quality requirements for source (e. g. limit values for harmful substances in terms of health and environmental compatibility) and permissible proportions of recyclates had to be regulated. Current sorting and processing methods were reviewed in terms of technical and economic feasibility and examined for possible optimisation. To ascertain the technical feasibility of the use of recycled construction demolition waste for earth building materials, the project developed two reusable earth building materials (earth blocks, clay plaster mortar) as examples of both waste reduction and of the use of raw materials in the future. On the one hand, up to 100 % of the aggregates and 80–100 % of the natural binder clay should be substituted. The proof of concept for both developments was provided in the form of a prototype with a technology readiness level 4–5 (TRL 4–5). T2 - Lehm 2024 Fachtagung CY - Weimar, Germany DA - 27.09.2024 KW - Recycled aggregates KW - Earthen building materials KW - Contaminants KW - Reuse KW - Resources PY - 2024 SP - 1 EP - 10 CY - Weimar AN - OPUS4-62612 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Leers, K. A1 - Herzel, Hannes A1 - Emter, J. A1 - Brey, C. A1 - Leimkötter, D. A1 - Künstler, J. A1 - Arnold, U. A1 - Burkhardt, J. A1 - Adam, Christian T1 - Untersuchungen zur agronomischen Wirksamkeit des R-Rhenania Phosphats aus der ersten großtechnischen Anlage N2 - Aufgrund ihrer Phosphorgehalte bieten Klärschlammaschen (KSA) Potentiale für die Herstellung von Phosphatdüngern. Da die agronomische Wirksamkeit von KSA häufig gering ist, bedarf es einer Aufbereitung. Diese kann sowohl vor oder während der Verbrennung des Klärschlamms als auch nachgeschaltet durch eine Aufbereitung der KSA erfolgen. Mit dem nachgeschalteten, thermochemischen AshDec® Verfahren können unter Hinzugabe eines Natrium-Additivs bereits wirksame aschebasierte Düngerprodukte aus KSA hergestellt werden. Im Rahmen des BMBF-Projekts „R-Rhenania“ wurde auf dieser Basis ein thermochemisches Verfahren für eine Rostfeuerung entwickelt, bei dem die Zugabe des Natrium-Additivs direkt bei der Klärschlammverbrennung erfolgt. So sollen die hochwirksamen aschebasierten Dünger direkt bei der Klärschlammverbrennung entstehen (R-Rhenania-Prozess). Der Vergleich von Produkten aus beiden Prozessen (R-Rhenania und nachgeschaltetes AshDec Verfahren) zeigt, dass die chemische Zusammensetzung vergleichbar ist. In Versuchskampagnen in der Monoverbrennungsanlage der Firma Emter GmbH in Altenstadt (Oberbayern) konnte gezeigt werden, dass die Phosphatlöslichkeit in neutraler Ammoniumcitratlösung (PNAC-Löslichkeit) der R-Rhenania Produkte von der Dosierung des Natrium-Additivs abhängt. Am Standort Altenstadt korreliert eine Konzentration von über 8 Gew.-% Na im Produkt mit einer relativen PNAC-Löslichkeit von mindestens 80 % und eine vollständige Löslichkeit mit einem Na-Gehalt von 10,5 Gew.-% Na. Beim Einsatz von R-Rhenania Produkten als P-Dünger für Sommerweizen konnte eine hohe agronomische Wirksamkeit nachgewiesen werden. In den Gefäßversuchen zeigte sich zudem ein Zusammenhang zwischen der PNAC-Löslichkeit und der Düngerwirksamkeit, wobei diese Wirksamkeit der Produkte mit zunehmender Löslichkeit anstieg. Während die Wirksamkeit unbehandelter KSA vergleichbar war zu einer ungedüngten Kontrollvariante, erwiesen sich R-Rhenania Produkte mit einer PNAC-Löslichkeit von mehr als 80 % als besonders effektiv. Die Düngewirkung bei diesen Produkten war sowohl vergleichbar zu einem AshDec-Produkt als auch zu einem konventionellen, wasserlöslichen P-Düngemittel. Auf Grund der erfolgreichen Prozessentwicklung und der nachgewiesenen agronomischen Wirksamkeit der Produkte, wurde am Standort Altenstadt das thermochemische R-Rhenania-Verfahren in die vorhandene Klärschlammmonoverbrennungsanlage integriert. Ab dem Sommer 2024 können dort 15.000 t/a R-Rhenania Dünger hergestellt werden. T2 - Berliner Klärschlamm Konferenz CY - Berlin, Germany DA - 11.11.2024 KW - Phosphor KW - Recycling KW - Dünger KW - Monoverbrennung KW - Klärschlamm PY - 2024 SN - 978-3-911006-83-5 SP - 316 EP - 328 PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH CY - Neuruppin AN - OPUS4-61907 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Leers, K. A1 - Herzel, Hannes T1 - Untersuchungen zur agronomischen Wirksamkeit des R-Rhenania Phosphats aus der ersten großtechnischen Anlage N2 - Aufgrund ihrer Phosphorgehalte bieten Klärschlammaschen (KSA) Potentiale für die Herstellung von Phosphatdüngern. Da die agronomische Wirksamkeit von KSA häufig gering ist, bedarf es einer Aufbereitung. Diese kann sowohl vor oder während der Verbrennung des Klärschlamms als auch nachgeschaltet durch eine Aufbereitung der KSA erfolgen. Mit dem nachgeschalteten, thermochemischen AshDec® Verfahren können unter Hinzugabe eines Natrium-Additivs bereits wirksame aschebasierte Düngerprodukte aus KSA hergestellt werden. Im Rahmen des BMBF-Projekts „R-Rhenania“ wurde auf dieser Basis ein thermochemisches Verfahren für eine Rostfeuerung entwickelt, bei dem die Zugabe des Natrium-Additivs direkt bei der Klärschlammverbrennung erfolgt. So sollen die hochwirksamen aschebasierten Dünger direkt bei der Klärschlammverbrennung entstehen (R-Rhenania-Prozess). Der Vergleich von Produkten aus beiden Prozessen (R-Rhenania und nachgeschaltetes AshDec Verfahren) zeigt, dass die chemische Zusammensetzung vergleichbar ist. In Versuc T2 - Berliner Klärschlamm Konferenz CY - Berlin, Germany DA - 11.11.2024 KW - Phosphor KW - Recycling KW - Dünger KW - Monoverbrennung KW - Klärschlamm PY - 2024 AN - OPUS4-61908 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gentzmann, Marie A1 - Paul, Andrea A1 - Serrano, Juan A1 - Adam, Christian T1 - Understanding scandium leaching from bauxite residues of different geological backgrounds using statistical design of experiments N2 - The leaching behavior of scandium (Sc) from bauxite residues can differ significantly when residues of different geological backgrounds are compared. The mineralogy of the source rock and the physicochemical environment during bauxitization affect the association of Sc in the bauxite i.e., how Sc is distributed amongst different mineral phases and whether it is incorporated in and/or adsorbed onto those phases. The Sc association in the bauxite is in turn crucial for the resulting Sc association in the bauxite residue. In this study systematic leaching experiments were performed on three different bauxite residues using a statistical design of experiments approach. The three bauxite residues compared originated from processing of lateritic and karstic bauxites from Germany, Hungary, and Russia. The recovery of Sc and Fe was determined by ICP-OES measurements. Mineralogical changes were analyzed by X-ray-diffraction and subsequent Rietveld refinement. The effects of various parameters including temperature, acid type, acid concentration, liquid-to-solid ratio and residence time were studied. A response surface model was calculated for the selected case of citric acid leaching of Hungarian bauxite residue. The investigations showed that the type of bauxite residue has a strong influence. The easily leachable fraction of Sc can vary considerably between the types, reaching ~20–25% in German Bauxite residue and ~50% in Russian bauxite residue. Mineralogical investigations revealed that a major part of this fraction was released from secondary phases such as cancrinite and katoite formed during Bayer processing of the bauxite. The effect of temperature on Sc and Fe recovery is strong especially when citric acid is used. Based on the exponential relationship between temperature and Fe-recovery it was found to be particularly important for the selectivity of Sc over Fe. Optimization of the model for a maximum Sc recovery combined with a minimum Fe recovery yielded results of ~28% Sc recovery at <2% Fe recovery at a temperature of 60 ◦C, a citric acid normality of 1.8, and a liquid-to-solid ratio of 16 ml/g. Our study has shown that detailed knowledge about the Sc association and distribution in bauxite and bauxite residue is key to an efficient and selective leaching of Sc from bauxite residues. KW - Bauxite residue KW - Scandium KW - Leaching KW - Design of experiments KW - Red mud PY - 2022 DO - https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2022.107041 SN - 0375-6742 VL - 2022 IS - 240 SP - 1 EP - 13 PB - Elsevier Science CY - Amsterdam AN - OPUS4-55531 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Herzel, Hannes A1 - Grevel, K.-D. A1 - Emmerling, Franziska A1 - Dachs, E. A1 - Benisek, A. A1 - Adam, Christian A1 - Majzlan, J. T1 - Thermodynamic properties of calcium alkali phosphates Ca(Na,K)PO4 N2 - Calcium alkali phosphates Ca(Na,K)PO4 are main constituents of bioceramics and thermochemically produced phosphorus fertilizers because of their bioavailability. Sparse thermodynamic data are available for the endmembers CaNaPO4 and CaKPO4. In this work, the missing data were determined for the low-temperature phase modifications of the endmembers CaNaPO4 and CaKPO4 and three intermediate Ca(Na,K)PO4 compositions. Standard enthalpy of formation ranges from - 2018.3 ± 2.2 kJ mol-1 to - 2030.5 ± 2.1 kJ mol-1 and standard entropy from 137.2 ± 1.0 J mol-1 K-1 to 148.6 ± 1.0 J mol-1 K-1 from sodium endmember b-CaNaPO4 to potassium endmember b0-CaKPO4. Thermodynamic functions are calculated up to 1400 K for endmembers and the sodium-rich intermediate phase b-Ca(Na0.93K0.07)PO4. Functions above 640 K are extrapolated because of the phase transition from low- to high-temperature phase. Impurities in the synthesized intermediate phases c-Ca(Na0.4K0.6)PO4 and c-Ca Na0.35K0.65)PO4 and one additional phase transition around 500 K impeded the determination of high-temperature thermodynamic functions. In general, data for phase transition temperatures agree with the previously reported phase diagrams. KW - Formation enthalpy KW - Heat capacity KW - Phase transformation KW - Bioceramics KW - Phosphorus fertilizer KW - Entropy PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-507640 DO - https://doi.org/10.1007/s10853-020-04615-5 VL - 55 SP - 8477 EP - 8490 PB - Springer AN - OPUS4-50764 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herzel, Hannes 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 - Herzel, Hannes T1 - Thermochemische P-Rückgewinnungsverfahren in Deutschland zur Düngerproduktion N2 - Die Firma Emter GmbH betreibt die Klärschlammverbrennungsanlage Altenstadt und hat in die bestehende Monoverbrennung einen thermochemischen Prozess integriert, um hochwirksame und schadstoffarme Düngemittel aus Klärschlamm herzustellen. Die Anlage ist aktuell die größte Phosphorrecyclinganlage in Deutschland mit der die Vorgaben der AbfKlärV bereits frühzeitig umgesetzt werden. Das Projekt R-Rhenania begleitet die Phosphorrecyclinganlage mit Untersuchungen zur Produktqualität, mit Gefäßversuchen und Feldversuchen im ökologischen Landbau, mit Ökobilanzierung und der Konfektionierung verschiedener Düngemittelprodukte. Viele Klärschlammaschen haben geringe Schwermetallgehalte und sind geeignet durch vergleiche thermochemische Prozesse behandelt zu werden. Mit den Daten aus dem Klärschlammasche-Monitoring der BAM können die Potentiale für die Verwertung der Aschen in den thermochemischen Prozessen wie AshDec oder CaNaPhos abgeschätzt werden. T2 - DWA Klärschlammnetzwerk Nord-Ost CY - Berlin, Germany DA - 21.01.2026 KW - Phosphor KW - Recycling KW - Thermochemisch KW - Großtechnik PY - 2026 AN - OPUS4-65611 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herzel, Hannes T1 - Thermochemische Behandlung von Klärschlammaschen - Phosphorrückgewinnung mit dem AshDec Prozess N2 - Klärschlammaschen können eine hohe Phosphatkonzentration aufweisen und stellen damit einen geeigneten Sekundärrohstoff für die Produktion von Phosphatdüngemitteln dar. Bisher wird dieses Potential der Klärschlammaschen für die Phosphor-Rückgewinnung jedoch kaum genutzt, da die in den Aschen enthaltenen Phosphate für Pflanzen kaum verfügbar und die Aschen teilweise mit toxischen Schwermetallen belastet sind. Im AshDec®-Verfahren wird die Klärschlammaschen im Drehrohrofen im Temperaturbereich 800-1000°C unter Zugabe von Alkali-Additiven (bsp. Na2CO3) thermochemisch behandelt, um ein wirksames und schadstoffarmes Phosphatdüngemittel herzustellen. Aktuell bereitet die Firma Emter GmbH den Bau der ersten großtechnischen AshDec®-Anlage mit einer Kapazität von 30.000 Jahrestonnen Klärschlammasche am Standort ihrer Klärschlammverbrennungsanlage (Altenstadt / Oberbayern) vor. Die erste Ausbaustufe dieser Anlage wird durch das BMBF-Projekt R-Rhenania im Rahmen der Förderinitiative RePhoR begleitet. T2 - VDI.TECHNIK.TALK.ONLINE CY - Online meeting DA - 11.11.2021 KW - Phosphor KW - Recycling KW - Ashdec PY - 2021 AN - OPUS4-54325 LA - deu 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 - JOUR A1 - Leers, K. A1 - Arnold, U. A1 - Herzel, Hannes A1 - Adam, Christian A1 - Burkhardt, J. T1 - Thermochemically Treated Sewage Sludge Ash From Pilot-Scale Production as P-Fertilizer for Spring Wheat and Maize in Different Soil Conditions N2 - Background P-fertilizers made from sewage sludge ash (SSA) may be suitable substitutes for rock phosphate (RP)-based fertilizers and contribute to sustainable use of waste. In this context, the thermochemical AshDec treatment of SSA (TC-SSA) has been continuously improved and has emerged as a possible method to produce plant-available and low-pollutant P-fertilizers. Aim Evaluation of the P-fertilizer efficacy of TC-SSA produced in pilot trials in vegetation experiments with different plants, soils, and fertilizer doses. Methods TC-SSA was tested in pot experiments for spring wheat and maize on different soils and at two doses (0.2 and 0.4 g fertilizer P pot−1) and is compared to untreated SSA (USSA), RP, Struvite, triple superphosphate (TSP), and a control without P-fertilization (Zero P). Pot experiments are complemented by an analysis of fertilizer P-solubility. Results P-solubility of SSA with different extraction methods increased due to the thermochemical treatment, whereas the water-insoluble property remained. In contrast to RP or USSA, TC-SSA enriched calcium–acetate–lactate extractable soil P to the same extent as TSP. Plant biomass and P-uptake increased with TC-SSA compared to Zero P, RP, and USSA and were in most cases equal to TSP fertilization under different soil conditions. In contrast, the effects of RP and USSA varied among soils but, mostly, did not exceed plant biomass and P-uptake of the unfertilized control. Conclusion TC-SSA has an increased fertilizer efficacy compared to USSA and is an effective P-fertilizer for spring wheat and maize in different soil conditions. KW - Phosphorus KW - Fertilizer KW - Thermochemical KW - Maize PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-648251 DO - https://doi.org/10.1002/jpln.70035 SN - 1522-2624 VL - 189 IS - 1 SP - 81 EP - 93 PB - Wiley-VCH AN - OPUS4-64825 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Piehl, Patrick T1 - Thermochemical Treatment of Steel Work Dusts and Sludges for the Recovery of Zinc and Iron N2 - Steel work dusts and sludges usually contain severe amounts of zinc, lead, cadmium, and other heavy metals, which hinder direct recycling and make these materials potentially hazardous for the environment. To tackle this issue, here, two thermochemical treatment methods for the reductive workup of blast furnace sludge, electric arc furnace dust, and comparable steelwork dusts are presented. In the first method, carbon contained blast furnace sludge is employed as reducing agent for the material’s metal oxides. By this, heavy metals get evaporated and a metallic iron containing residue that may be reused in electric arc furnace steelmaking is formed. Additionally, the use of hydrogen for reducing iron and heavy metal oxides in steelwork dusts is presented. Here, high evaporation rates of heavy metals can be reached, and sponge iron is formed. Investigations using thermogravimetry and equilibrium simulations provide insides into the reactions taking place. For both processes an upscaling to pilot scale is ongoing. T2 - EUROSLAG 2024 CY - Bilbao, Spain DA - 23.10.2024 KW - Electric arc furnace dust KW - Blast furnace sludge KW - Recycling KW - Ressource recovery KW - Zinc PY - 2024 AN - OPUS4-61499 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Piehl, Patrick T1 - Thermochemical treatment of steel work dusts and sludges for the recovery of zinc and iron N2 - During iron and steel production, several by-products such as slags, dusts, and sludges are generated in addition to pig iron and steel as primary products. Especially for filter dusts and sludges containing zinc and lead from gas purification, there are still considerable recycling problems. However, the high heavy metal contents make landfilling of these dusts and sludges cost-intensive and ecologically problematic. In addition, the relatively high zinc and iron loads represent a valuable resource, which can make reprocessing of the material with recovery of the zinc and iron loads as secondary raw materials ecologically as well as economically attractive. Nevertheless, established recycling methods like the Waelz process fall short in regaining more than one valuable metal from the dusts and operate only under narrow ranges of material compositions, which makes it problematic to adapt these processes to new dust compositions as are to be formed in future steel work operations. To tackle these problems, the German Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) and Ferro Duo GmbH investigate innovative recycling methods for steelwork dusts and sludges in a joint project. This mainly focusses on regaining valuable metals such as iron as well as zinc from blast furnace sludge (BFS) and electric arc furnace dust (EAFD) by thermochemical treatment. Therefore, mixtures of these materials are heated under inert atmosphere employing the carbon present in BFS as internal reducing agent. During the process, metallic iron is formed in the solid reaction product while zinc and other volatile heavy metals are evaporated. This paves the way for the generation of zinc as well as sponge iron as two separate products valuable for metallurgical processes. The process basically consists of heating a mixture of BFS and EAFD to temperatures between 700 and 1100 °C under inert (e.g., nitrogen) or reducing (e.g., CO) gas flow. When a suitable mixing ratio is applied, the carbon present in the BFS can be effectively used as reducing agent for iron and zinc present in both starting materials generating a solid residue with high metallic iron and low carbon content as well as a gas stream laden with zinc and other volatile heavy metals, that can be regained by off-gas treatment. The project aims at testing this concept as a continuous process in a pilot plant established by Ferro Duo GmbH with BAM supplying comprehensive scientific support by lab- and small scale-experiments. Additionally, considering the necessity to mitigate CO2 emissions and the resulting shift in compositions of steel work dusts and sludges, our research also investigates replacement of carbon present in the sludges by hydrogen as potentially carbon-neutral reducing agent. Here, the use of non-explosive forming gas as reducing agent for EAFD shows potential to give a product high in metallic iron while zinc and other heavy metals are effectively evaporated from the solid material making it possible to regain them from the exhaust gas stream. T2 - 11th European Slag Conference CY - Cologne, Germany DA - 04.10.2022 KW - Elektroofenstaub KW - Gichtgasschlamm KW - Recycling KW - Ressourcenrückgewinnung KW - Zink PY - 2022 AN - OPUS4-55950 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Smol, M. A1 - Adam, Christian A1 - Kugler, Stefan T1 - Thermochemical Treatment of Sewage Sludge Ash (SSA)—Potential and Perspective in Poland N2 - Phosphorus (P) recovery from sewage sludge ash (SSA) is one of the most promising approaches of phosphate rock substitution in mineral fertilizers and might be a sustainable way to secure supply of this raw material in the future. In the current investigation, the process of thermochemical treatment of SSA was applied to SSA coming from selected mono-incineration plants of municipal sewage sludge in Poland (Cracow, Gdansk, Gdynia, Lodz, Kielce and Szczecin). The Polish SSA was thermochemically converted in the presence of sodium (Na) additives and a reducing agent (dried sewage sludge) to obtain secondary raw materials for the production of marketable P fertilizers. The process had a positive impact on the bioavailability of phosphorus and reduced the content of heavy metals in the obtained products. The P solubility in neutral Ammonium citrate, an indicator of its bioavailability, was significantly raised from 19.7–45.7% in the raw ashes and 76.5–100% in the thermochemically treated SSA. The content of nutrients in the recyclates was in the range of 15.7–19.2% P2O5, 10.8–14.2% CaO, 3.5–5.4% Na2O, 2.6–3.6% MgO and 0.9–1.3% K2O. The produced fertilizer raw materials meet the Polish norms for trace elements covered by the legislation: the content of lead was in the range 10.2–73.1 mg/kg, arsenic 4.8–22.7 mg/kg, Cadmium 0.9–2.8 mg/kg and mercury <0.05 mg/kg. Thus, these products could be potentially directly used for fertilizer production. This work also includes an analysis of the possibilities of using ashes for fertilizer purposes in Poland, based on the assumptions indicated in the adopted strategic and planning documents regarding waste management and fertilizer production. KW - Sewage Sludge Ashes KW - Critical raw materials KW - Phosphorus KW - Fertilizer KW - Sewage Sludge PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-514468 DO - https://doi.org/10.3390/en13205461 VL - 13 IS - 20 SP - 5461 AN - OPUS4-51446 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herzel, Hannes T1 - Thermochemical P recycling from ash by AshDec ® process N2 - Klärschlammaschen können eine hohe Phosphatkonzentration aufweisen und stellen damit einen geeigneten Sekundärrohstoff für die Produktion von Phosphatdüngemitteln dar. Bisher wird dieses Potential der Klärschlammaschen für die Phosphor-Rückgewinnung jedoch kaum genutzt, da die in den Aschen enthaltenen Phosphate für Pflanzen kaum verfügbar und die Aschen teilweise mit toxischen Schwermetallen belastet sind. Im AshDec®-Verfahren wird die Klärschlammaschen im Drehrohrofen im Temperaturbereich 800-1000°C unter Zugabe von Alkali-Additiven (bsp. Na2CO3) thermochemisch behandelt, um ein wirksames und schadstoffarmes Phosphatdüngemittel herzustellen. Aktuell bereitet die Firma Emter GmbH den Bau der ersten großtechnischen AshDec®-Anlage mit einer Kapazität von 30.000 Jahrestonnen Klärschlammasche am Standort ihrer Klärschlammverbrennungsanlage (Altenstadt / Oberbayern) vor. Die erste Ausbaustufe dieser Anlage wird durch das BMBF-Projekt R-Rhenania im Rahmen der Förderinitiative RePhoR begleitet. T2 - Wastewater, Water and Resource Recovery (Workshop) CY - Online meeting DA - 11.04.2022 KW - Phosphorus recovery KW - Heavy metal removal KW - Ashdec PY - 2022 AN - OPUS4-54727 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Becker, Roland A1 - Scholz, Philipp A1 - Jung, Christian A1 - Weidner, Steffen T1 - Thermo-Desorption Gas Chromatography-Mass Spectrometry for investigating the thermal degradation of polyurethanes N2 - Thermo-Desorption Gas Chromatography-Mass Spectrometry (TD-GC-MS) was used to investigate the thermal degradation of two different polyurethanes (PU). PU samples were heated at different heating rates and the desorbed products were collected in a cold injection system and thereafter submitted to GC-MS. Prospects and limitations of the detection and quantification of semi-volatile degradation products were investigated. A temperature dependent PU depolymerization was found at temperatures above 200 °C proved by an increasing release of 1,4-butanediol and methylene diphenyl diisocyanate (MDI) representing the main building blocks of both polymers. Their release was monitored quantitatively based on external calibration with authentic compounds. Size Exclusion Chromatography (SEC) of the residues obtained after thermodesorption confirmed the initial competitive degradation mechanism indicating an equilibrium of crosslinking and depolymerization as previously suggested. Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization (MALDI) mass spectrometry of SEC fractions of thermally degraded PUs provided additional hints on degradation mechanism. KW - Thermo-desorption KW - Mass spectrometry KW - Polyurethanes KW - Thermal degradation PY - 2023 DO - https://doi.org/10.1039/D3AY00173C SN - 1759-9660 SP - 1 EP - 6 PB - Royal Society for Chemistry AN - OPUS4-57307 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Holm, O. A1 - Leube, Peter A1 - Vogel, Christian A1 - Kennedy, E. A1 - Stockenhuber, M. A1 - Lucas, J. A1 - Truong, T. A1 - Rappé, A. A1 - Lu, W. A1 - Blotevogel, J. T1 - Thermische Zerstörung von PFAS in der Sondermüllverbrennung: Einfluss von Temperatur und PFAS-Konzentration N2 - Aufgrund ihrer einzigartigen molekularen Beschaffenheit werden per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) in vielen unterschiedlichen Produkten und Anwendungsgebieten eingesetzt. Da sie generell eine hohe Persistenz aufweisen und je nach individueller Struktur unterschiedlich mobil sind, sind sie mittlerweile in allen Umweltkompartimenten und ubiquitär nachzuweisen. Ihre potenzielle (ökologische) Toxizität birgt dabei erhebliche Umweltrisiken, weshalb PFAS in den letzten Jahren mehr und mehr in den Fokus von Umweltverbänden und -behörden gelangten. Gleichzeitig beschäftigen sich Forschungseinrichtungen mit der möglichst weitreichenden Entfernung aus der Umwelt sowie mit deren (anschließender) Zerstörung. Im Projekt ER24-4073 „Untersuchung des thermischen Abbaus von PFAS in einer kommerziellen Großanlage zur Verbrennung gefährlicher Abfälle“, welches vom U.S. Department of Defense (DoD ) über das Strategic Environmental Research and Development Program (SERDP) gefördert wird, untersuchen deutsche, australische und amerikanische Partner die Behandlung von PFAS-haltigen Abfallströmen in einer großtechnischen Verbrennungsanlage, um die Einsatzbereitschaft, Machbarkeit und Sicherheit dieser Zerstörungsmethode zu demonstrieren. T2 - Berliner Konferenz Abfallwirtschaft und Energie CY - Berlin, Germany DA - 28.01.2026 KW - Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) KW - Verbrennung KW - Kontaminierter Boden PY - 2026 SN - 978-3-911006-65-1 SP - 66 EP - 77 PB - TK Verlag AN - OPUS4-65513 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Holm, O. T1 - Thermische Zerstörung von PFAS in der Sondermüllverbrennung: Einfluss von Temperatur und PFAS-Konzentration N2 - Aufgrund ihrer einzigartigen molekularen Beschaffenheit werden per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) in vielen unterschiedlichen Produkten und Anwendungsgebieten eingesetzt. Da sie generell eine hohe Persistenz aufweisen und je nach individueller Struktur unterschiedlich mobil sind, sind sie mittlerweile in allen Umweltkompartimenten und ubiquitär nachzuweisen. Ihre potenzielle (ökologische) Toxizität birgt dabei erhebliche Umweltrisiken, weshalb PFAS in den letzten Jahren mehr und mehr in den Fokus von Umweltverbänden und -behörden gelangten. Gleichzeitig beschäftigen sich Forschungseinrichtungen mit der möglichst weitreichenden Entfernung aus der Umwelt sowie mit deren (anschließender) Zerstörung. Im Projekt ER24-4073 „Untersuchung des thermischen Abbaus von PFAS in einer kommerziellen Großanlage zur Verbrennung gefährlicher Abfälle“, welches vom U.S. Department of Defense (DoD ) über das Strategic Environmental Research and Development Program (SERDP) gefördert wird, untersuchen deutsche, australische und amerikanische Partner die Behandlung von PFAS-haltigen Abfallströmen in einer großtechnischen Verbrennungsanlage, um die Einsatzbereitschaft, Machbarkeit und Sicherheit dieser Zerstörungsmethode zu demonstrieren. T2 - Berliner Konferenz Abfallwirtschaft und Energie (BKAWE) CY - Berlin, Germany DA - 28.01.2026 KW - Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) KW - Verbrennung KW - Kontaminierter Boden PY - 2026 AN - OPUS4-65512 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Steckenmesser, D. A1 - Vogel, Christian A1 - Herzel, Hannes A1 - Félix, R. A1 - Adam, Christian A1 - Steffens, D. T1 - Thermal treatment of sewage sludge for phosphorus fertilizer production: a model experiment N2 - Phosphorus (P) resource availability and quality is declining and recycling P-fertilizers from waste materials are becoming increasingly important. One important secondary P resource is sewage sludge (SSL) where P is often bound as aluminum phosphate (Al-P), iron phosphate (Fe-P) and polyphosphate (poly-P), respectively. Thermal treatment in different ways is a promising way in P recycling to produce highly plant-available P-fertilizers. To investigate mechanisms behind transformation of hardly available P-species toward plant-available P forms we treated a model SSL containing different kinds of defined P sources by low-temperature conversion (LTC) at 500 °C and subsequent thermochemical treatment of the LTC product with Na additives (TCT) at 950 °C, respectively. Pot experiments with ryegrass were carried out to determine the plant availability of P of the different treatments. The poly-P (here pyrophosphates) based fertilizers had a very high plant availability after both thermal treatments. During LTC treatment the plant availability of the Fe-P and Al-P variants increased because of the Formation of Fe(II) phosphates and/or pyro-/polyphosphates. Especially the formation of Al-polyphosphate shows a high plant availability. The subsequent TCT further increased strongly the plant availability of the Fe-P variants because of the formation of highly plant-available CaNaPO4. Thus, a direct TCT without prior LTC probably also produce CaNaPO4 and is recommended for Fe-P based SSL. However, a molar Ca/P ratio of � 1 in the fertilizer is favorable for CaNaPO4 formation. Thus, the knowledge on the source of primary P in SSL is essential for choosing the accurate thermal treatment method to produce highly plant-available P-fertilizers from SSL. KW - Phosphorus KW - Sewage sludge KW - X-ray diffraction KW - X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy KW - Fertilizer PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1080/01904167.2021.1994595 SN - 0190-4167 VL - 45 IS - 8 SP - 1123 EP - 1133 PB - Taylor & Francis Online AN - OPUS4-53755 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -