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 - TY - CONF A1 - Blotevogel, J. T1 - Thermal PFAS Destruction in a Full-Scale Hazardous Waste Incinerator N2 - Incineration is currently the only commercial full-scale technology available to destroy per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in large solid and liquid waste streams. Given previous experience of dioxin formation during halogenated waste incineration, concerns about the emission of products of incomplete destruction (PIDs) from PFAS incineration exist. The overarching objective of this project is to track the fate of fluorine during full-scale hazardous waste incineration in order to demonstrate the readiness, viability, and level of safety for thermal PFAS destruction in various waste streams. The specific objectives of this project are (1) to enhance our understanding of key variables and conditions on PFAS incineration performance, (2) to identify major PIDs under insufficient treatment conditions, (3) to explore the catalytic role of fly ash and other process-relevant surfaces in thermal PFAS decomposition, and (4) to determine the potential formation of polyfluorinated dibenzodioxins and dibenzofurans. T2 - 2025 SERDP & ESTCP PFAS Project Meeting CY - Long Beach, CA, USA DA - 04.08.2025 KW - PFAS KW - Hazardous waste incineration PY - 2025 AN - OPUS4-64189 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Blotevogel, J. T1 - Thermal Destruction of PFAS N2 - Thermal treatment processes are currently the only full-scale option for thedestruction of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in large waste streams. While all organic molecules including PFAS are susceptible to thermal destruction, their decomposition rates are controlled by process variables such as temperature, reaction atmosphere, and residence time. Concerns exist about the formation of products of incomplete destruction and their emission from hazardous waste incinerators. This talk will summarize the current stateof-the-art of thermal PFAS destruction, identify research needs, and showcase future research designed to address critical knowledge gaps. T2 - Department of Defense's (DoD) Energy and Environment Innovation Symposium CY - Washington DC, USA DA - 28.11.2023 KW - Thermal treatment KW - Per- and Polyfluoroalkyl substances (PFAS) KW - Remediation PY - 2023 AN - OPUS4-58974 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Wöhlecke, Andreas T1 - The role of junction strength in the performance of geogrids N2 - Designing the performance of geogrids in reinforce soil constructions usually does not consider long-term behavior and possible failure modes of junctions between longitudinal and transverse ribs. How could behavior of junctions be included? To which extend is it necessary? On the conference Geo-Chicago 2016, Swan and Yuan presented an ultimate limit state equation for the short-term material resistance of junctions. We discuss limitations and suggest improvements to include long-term behavior of junctions. Nevertheless, the approach applies only to a specific mode of shear-tensile failure of junctions and only to strictly rigid geogrids. A new design concept presented in the same year by Jacobs on the conference GeoAmerica for the special case of the anchorage of geogrids, which reinforce capping system on long and steep slopes of landfills, tried to overcome these drawbacks. We discuss the aspects of this concept related to the long-term behavior of junctions and the interplay between the load applied to junctions and the flexibility of longitudinal ribs. This interplay and the long-term junction strength determine the long-term behavior of geogrids. T2 - GeoAmericas 2020 CY - Online meeting DA - 26.10.2020 KW - Geogitter KW - Geokunststoffe KW - Deponie PY - 2020 AN - OPUS4-51485 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Müller, Werner A1 - Wöhlecke, Andreas T1 - The role of junction strength in the performance of geogrids N2 - Designing the performance of geogrids in reinforce soil constructions usually does not consider long-term behavior and possible failure modes of junctions between longitudinal and transverse ribs. How could behavior of junctions be included? To which extend is it necessary? On the conference Geo-Chicago 2016, Swan and Yuan presented an ultimate limit state equation for the short-term material resistance of junctions. We discuss limitations and suggest improvements to include long-term behavior of junctions. Nevertheless, the approach applies only to a specific mode of shear-tensile failure of junctions and only to strictly rigid geogrids. A new design concept presented in the same year by Jacobs on the conference GeoAmerica for the special case of the anchorage of geogrids, which reinforce capping system on long and steep slopes of landfills, tried to overcome these drawbacks. We discuss the aspects of this concept related to the long-term behavior of junctions and the interplay between the load applied to junctions and the flexibility of longitudinal ribs. This interplay and the long-term junction strength determine the long-term behavior of geogrids. T2 - GeoAmericas 2020 CY - Online meeting DA - 26.10.2020 KW - Geogitter KW - Geokunststoffe KW - Deponie PY - 2020 VL - 4 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-51484 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schoknecht, Ute T1 - The Impact of Weather Conditions on Biocides in Paints N2 - Aim. The European biocidal products regulation requires environmental risk assessments for biocidal products under service conditions. This is only possible, if processes that lead to biocide emissions into the environment are understood and can be reasonably predicted. Actual emissions due to leaching result from different processes that are affected by material properties and environmental conditions. Transformation of biocides can affect emissions considerably. Leaching and possible transformation of the film preservatives carbendazim, diuron, OIT and terbutryn in paints was observed under laboratory and field conditons in order to investigate the influence of different factors, e.g. water contact and radiation on biocide emissions. The paints contained either white titanium dioxide or a red iron oxide pigment to check whether pigments affect leaching processes. Methods. Test specimens of a water-based styrene acrylic dispersion paint on glass were exposed to UVA-radiation in a UV weathering device and/or exposed to water contact by immersion events on the basis of the European standard EN 16105. Plywood panels were coated and exposed to natural weather conditions in a semi-field experiment. Concentrations of biocides and transformation products were analysed in leachates from laboratory tests, runoff samples and remaining coatings. Results. The impact of weathering conditions on transformation processes differs for the investigated active substances. Water contact, radiation as well as pigments in the paints determine the pattern and amount of transformation products on coatings, leachates and runoff water. Observations from laboratory and field experiments were compared. It proved that results from laboratory tests support understanding of data from field experiments. Detailed knowledge on the fate of active substances under environmental conditions supports manufacturers to develop safe applications of film preservatives and authorities to evaluate its environmental impact. T2 - European Technical Coatings Congress 2022 CY - Kraków, Poland DA - 12.07.2022 KW - Paints KW - Biocides KW - Transformation KW - Emission PY - 2022 AN - OPUS4-55274 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schoknecht, Ute A1 - Mathies, H. T1 - The Impact of Weather Conditions on Biocides in Paints N2 - Weather conditions affect biocides on exposed outer surfaces on constructions. Contact with water causes hydrolysis and leaching of substances. Ultraviolet radiation may induce photolysis. As a result, a mixture of biocidal active substances and transformation products can be emitted into the environment. In a semi-field study, leaching of the biocidal active substances terbutryn, diuron, octylisothiazolinone, carbendazim, and selected transformation products was observed for two paints containing either a white or a red pigment. Painted test panels were exposed to natural weathering for about 1.5 years. Runoff samples were analyzed during the course of the experiment. At the end of the study, residues of biocidal active substances and transformation products were determined in sections of the test panels. Emissions of substances were mainly observed during the first few months of the experiments. Increased emissions of transformation products were observed during periods of increased global radiation and subsequent periods with relatively high amounts of driving rain. Different patterns of transformation products were observed, especially for terbutryn, both for paints containing different pigments and in experiments that were started in different periods of the year, as well as during different periods of the experiments. KW - Substance release KW - Construction products KW - Biocides KW - Transformation KW - Weathering KW - Driving rain KW - Global radiation PY - 2022 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-560651 DO - https://doi.org/10.3390/ma15207368 VL - 15 IS - 20 SP - 1 EP - 16 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-56065 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Walsh, Michael A1 - Schenk, Gerhard A1 - Robinson, Nicole A1 - John, Samuel A1 - Dayananda, Buddhi A1 - Krishnan, Vithya A1 - Adam, Christian A1 - Hermann, Ludwig A1 - Schmidt, Susanne T1 - The Circular Phosphorus Economy: Agronomic Performance of Recycled Fertilizers and Target Crops N2 - ABSTRACTBackgroundThe circular phosphorus (P) economy addresses economic and environmental penalties inherent to the current linear P economy. Phosphorus sources recovered from waste steams (recyclates) offer an alternative to conventional fertilizers.AimThis research aimed to assess the agronomic performance of P recyclates derived from wastewater (hazenite, struvite), treated sewage sludge ash (SSA) and compost (FOGO food organics/garden organics) with crops previously characterized for P use efficiency (PUE).MethodsPhosphorus was supplied as granules and benchmarked against conventional fertilizers or mineral solution. Grown in controlled conditions, crops received recyclates individually or as amalgamates, with or without additional water‐soluble P. We quantified P uptake, yield and phytate content, and calculated agronomic performance indicators.ResultsResults revealed that (1) crop genotypes with purportedly lower or higher PUE showed similar performance when grown with limiting P supply and/or less soluble P recyclates, (2) crop performance improved when less soluble P recyclates were combined with water‐soluble P, (3) crops produced similar yield and biomass when supplied with an organo‐mineral formulation, hazenite, or conventional fertilizer, (4) grain accumulated higher levels of the antinutrient phytate with excess soluble P.ConclusionWe conclude that suitably formulated P recyclates can supplement or replace conventional fertilizers, and that fertilizer design should consider the solubility of recyclates and a crop's ability to access less soluble P. This adds to the growing body of evidence that well‐formulated next‐generation fertilizers can efficiently nourish crops. Integrating insights from controlled experiments and field trials is a cost‐effective strategy to actualize the circular P economy. KW - Recycling fertilizer KW - Phosphate recovery KW - Sewage sludge ash KW - Struvite KW - Hazenite PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-627116 DO - https://doi.org/10.1002/jpln.202400299 SP - 1 EP - 14 PB - Wiley AN - OPUS4-62711 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Vogel, Christian A1 - Simon, Franz-Georg A1 - Scholz, Philipp T1 - The chemical state of antimony and vanadium species in municipal solid waste incineration bottom ash N2 - Due to the large quantity as residual mineral waste, municipal solid waste incineration - bottom ash (MSWI-BA) is an interesting secondary raw material that can be utilized for road construction. However, leaching of chloride, sulfate and potentially hazardous heavy metals from MSWSI-BA into the environment may cause problems in utilization of it in civil engineering. In a previous study, we performed a long-term leaching test of MSWI-BA in a lysimeter for almost six years to investigate the efficiency of the treatment process on the release of hazardous substances. While concentrations of chloride, sulfate and the majority of the heavy metals started to decrease rapidly with progressive liquid-to-solid ratio (L/S), the ecotoxic hazardous elements antimony (Sb) and vanadium (V) behaved differently. To unravel these unusual release behaviors and the oxyanion-formation of Sb and V we will apply HERFD-XANES spectroscopy to analyze their chemical state. KW - Bottom ash KW - Antimony KW - Vanadium KW - XANES PY - 2023 DO - https://doi.org/10.15151/ESRF-ES-1020936484 PB - European synchroton Radiation Facility ESRF CY - Grenoble AN - OPUS4-56875 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Schraut, Katharina A1 - Weingart, Eric A1 - Hamann, C. T1 - Technische Möglichkeiten der Abfallvermeidung in der Stahlproduktion N2 - Bei der Stahlproduktion fallen verfahrensbedingt große Mengen an Nebenprodukten und Abfällen wie Stahlwerksschlacken, Filterstäube und Gichtgasschlämme an. Hohe Anteile dieser Stoffströme werden aufgrund ihrer Zusammensetzung immer noch deponiert, obwohl sie ein hohes Wertstoffpotential aufweisen. An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) werden Verfahren untersucht und entwickelt, welche eine Verwertung und Kreislaufführung dieser Materialströme ermöglichen. Aus sogenannten Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken können durch carbothermische Nachbehandlung Roheisen und ein dem Portlandzementklinker (PZK) ähnliches Bindemittel erzeugt werden. Aus Elektroofenstäuben und Gichtgasschlämmen kann Zink gewonnen und die Anteile an Eisen und Kohlenstoff in den Stahlproduktionsprozess zurückgeführt werden. Durch diese technischen Maßnahmen kann es gelingen die Deponierung von Abfällen der Stahlproduktion zukünftig deutlich zu reduzieren. T2 - Recy&Depotech 2020 CY - Online meeting DA - 18.11.2020 KW - Stahlwerksschlacke KW - Filterstaub KW - Gichtgasschlamm PY - 2020 SP - 1 EP - 9 PB - Montanuniversität Leoben CY - 8700 Leoben, Österreich AN - OPUS4-51605 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian T1 - Technische Möglichkeiten der Abfallvermeidung in der Stahlproduktion N2 - Bei der Stahlproduktion fallen verfahrensbedingt große Mengen an Nebenprodukten und Abfällen wie Stahlwerksschlacken, Filterstäube und Gichtgasschlämme an. Hohe Anteile dieser Stoffströme werden aufgrund ihrer Zusammensetzung immer noch deponiert, obwohl sie ein hohes Wertstoffpotential aufweisen. An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) werden Verfahren untersucht und entwickelt, welche eine Verwertung und Kreislaufführung dieser Materialströme ermöglichen. Aus sogenannten Linz-Donawitz-(LD)-Schlacken können durch carbothermische Nachbehandlung Roheisen und ein dem Portlandzementklinker (PZK) ähnliches Bindemittel erzeugt werden. Aus Elektroofenstäuben und Gichtgasschlämmen kann Zink gewonnen und die Anteile an Eisen und Kohlenstoff in den Stahlproduktionsprozess zurückgeführt werden. Durch diese technischen Maßnahmen kann es gelingen die Deponierung von Abfällen der Stahlproduktion zukünftig deutlich zu reduzieren. T2 - Recy&Depotech 2020 CY - Online meeting DA - 18.11.2020 KW - Stalwerksschlacke KW - Gichtgasschlamm KW - Filterstaub PY - 2020 AN - OPUS4-51607 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Taube, Mareike Carolin A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Adam, Christian A1 - Feldmann, Ines A1 - Ostermann, Markus A1 - Reuter, M. A1 - Stelter, M. T1 - Tantalrecycling aus pyrometallurgischen Rückständen N2 - Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung eines bestehenden pyrometallurgischen Prozesses zur Rückgewinnung von Tantal und Niob aus metallurgischen Reststoffen mit vorwiegend niedriger Wertstoffkonzentration. Zur näheren Erforschung der im vorliegenden Stoffsystem ablaufenden Reduktionsprozesse wurden in einem Elektrolichtbogenofen Schmelzversuche im Pilotmaßstab durchgeführt. Als Reduktionsmittel diente Koks, welcher mithilfe einer Argon-gespülten Eisenlanze in die flüssige mineralische Schmelze eingebracht wurde. Während der Reduktionsbehandlung werden Refraktärmetalle wie Tantal und Niob in ihre Carbide überführt und anschließend in der erschmolzenen eisenbasierten Metallphase am Boden des Reaktors angereichert. Neben Tantal und Niob gelangt auch ein Teil des im Einsatzmaterial enthaltenen Titans als unerwünschtes Begleitelement in die Metallphase. Sein Großteil verbleibt jedoch als Oxid in der Schlacke und wird dort hauptsächlich im Mineral Perowskit (CaTiO3) gebunden. Die erstarrten Schlackeproben wurden mit verschiedenen Methoden wie Röntgenfluoreszensanalyse, Röntgenbeugung und Rasterelektronenmikroskopie mit gekoppelter energiedispersiver Röntgenanalyse untersucht, um die Bildung tantalhaltiger Mineralphasen zu verschiedenen Stadien des Reduktionsprozesses zu verfolgen. Die hier gewonnenen Erkenntnisse zeigen, dass weniger die durch das Einblasen von Koks verursachte Reduktionsreaktion, sondern das Absinken der tantalreichen Eisentröpfchen in der flüssigen mineralischen Schmelze, gefolgt von ihrer Anreicherung in die Metallphase, für die Kinetik ausschlaggebend ist. N2 - An existing pyrometallurgical process for tantalum and niobium recovery, mainly from low grade pyrometallurgical residues, was investigated. Melting experiments were carried out in a pilot-scale electric arc furnace to study the material system during the reduction process caused by blowing coke into the liquid mineral melt. During the pyrometallurgical treatment refractory metals such as tantalum and niobium are converted into their carbides and enriched in the molten iron-based metal phase. Titanium is also enriched in the metal phase as an unwanted accompanying element, but most of it remains in oxidic form in the slag and is mainly bound in the mineral perovskite. Cooled down slag samples were analysed using XRF, XRD, SEM and EDX to investigate the formation of mineral phases rich in tantalum during various stages of the reduction process. The results show that the settling of the tantalum-rich iron droplets in the molten slag into the metal phase May play a greater role for the kinetics than the actual reduction reaction caused by blowing in coke. KW - Tantal KW - Recycling KW - Reduktionsprozess KW - Perowskit KW - Elektrolichtbogenofen PY - 2020 SN - 1613-2394 VL - 73 IS - 4 SP - 196 EP - 205 PB - GDMB Verlag GmbH CY - Clausthal-Zellerfeld AN - OPUS4-51064 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Roesch, Philipp A1 - Vogel, Christian A1 - Wittwer, Philipp A1 - Huthwelker, T. A1 - Borca, C. A1 - Sommerfeld, Thomas A1 - Kluge, Stephanie A1 - Piechotta, Christian A1 - Kalbe, Ute A1 - Simon, Franz-Georg T1 - Taking a Look at the Surface: µ-XRF Mapping and Fluorine K-edge µ-XANES Spectroscopy of Organofluorinated Compounds in Environmental Samples and Consumer Products N2 - For the first time, µ-X-ray fluorescence (µ-XRF) mapping combined with fluorine K-edge µ-X-ray absorption near-edge structure (µ-XANES) spectroscopy was applied to depict per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) contamination and inorganic fluoride in samples concentrations down to 100 µg/kg fluoride. To demonstrate the matrix tolerance of the method, several PFAS contaminated soil and sludge samples as well as selected consumer product samples (textiles, food contact paper and permanent baking sheet) were investigated. µ-XRF mapping allows for a unique element-specific visualisation at the sample surface and enables localisation of fluorine containing compounds to a depth of 1 µm. Manually selected fluorine rich spots were subsequently analysed via fluorine K-edge µ-XANES spectroscopy. To support spectral interpretation with respect to inorganic and organic chemical distribution and compound class determination, linear combination (LC) fitting was applied to all recorded µ-XANES spectra. Complementarily, solvent extracts of all samples were target-analysed via LC-MS/MS spectrometry. The detected PFAS sum values range from 20 to 1136 µg/kg dry weight (dw). All environmentally exposed samples revealed higher concentration of PFAS with a chain length >C8 (e.g. 580 µg/kg dw PFOS for Soil1), whereas the consumer product samples showed a more uniform distribution with regard to chain lengths from C4 to C8. Independent from quantified PFAS amounts via target analysis, µ-XRF mapping combined with µ-XANES spectroscopy was successfully applied to detect both point-specific concentration maxima and evenly distributed surface coatings of fluorinated organic contaminants in the corresponding samples. KW - PFAS KW - XRF KW - LC-MS/MS KW - XANES KW - Fluoride KW - Soil PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-576109 DO - https://doi.org/10.1039/D3EM00107E SN - 2050-7887 SP - 1 EP - 12 PB - Royal Society of Chemistry AN - OPUS4-57610 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Neuhold, S. A1 - Drissen, P. A1 - Algermissen, D. A1 - Presoly, P. A1 - Sedlazeck, K. P. A1 - Schenk, J. A1 - Raith, J. G. A1 - Pomberger, R. A1 - Vollprecht, D. T1 - Tailoring the FeO/SiO2 ratio in electric arc furnace slags to minimize the leaching of Vanadium and Chromium N2 - Based on recently published research on leaching control mechanisms in electric arc furnace (EAF) slags, it is assumed that a FeO/SiO2 ratio of around one leads to low leached V and Cr concentrations. This ratio influences the mineral phase composition of the slag toward higher amounts of spinel and a lower solubility of calcium silicate phases by suppressing the formation of magnesiowuestite and highly soluble calcium silicate phases. To evaluate this hypothesis, laboratory and scaled up tests in an EAF pilot plant were performed on slag samples characterized by elevated V and Cr leaching and a high FeO/SiO2 ratio. Prior to the melting experiments, the optimum FeO/SiO2 ratio was calculated via FactSageTM. In the melting experiments, the ratio was adjusted by adding quartz sand, which also decreased the basicity (CaO/SiO2) of the slag. As a reference, remelting experiments without quartz sand addition were conducted and additionally, the influence of the cooling rate of the slag was examined. The remelted (without quartz sand) and the remelted modified slags (with quartz sand) were analyzed chemically and mineralogically and the leaching behavior was investigated. The modification of the slags yielded a minimized release of V and Cr, supporting the hypothesis that the FeO/SiO2 ratio influences the mineralogy and the leaching behavior. KW - Electric arc furnace slags KW - FactSage calculations KW - EAF slags KW - Leaching control mechanisms KW - Melting experiments PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-507748 DO - https://doi.org/10.3390/app10072549 VL - 10 IS - 7 SP - 2549 EP - 2565 AN - OPUS4-50774 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Neuhold, S. A1 - Algermissen, D. A1 - Drissen, P. A1 - Adamczyk, Burkart A1 - Presoly, P. A1 - Sedlazeck, K. P. A1 - Schenk, J. A1 - Raith, J. G. A1 - Pomberger, R. A1 - Vollprecht, D. T1 - Tailoring the FeO/SiO2 Ratio in Electric Arc Furnace Slags to Minimize the Leaching of Vanadium and Chromium N2 - Based on recently published research on leaching control mechanisms in electric arc furnace (EAF) slags, it is assumed that a FeO/SiO2 ratio of around one leads to low leached V and Cr concentrations. This ratio influences the mineral phase composition of the slag toward higher amounts of spinel and a lower solubility of calcium silicate phases by suppressing the formation of magnesiowuestite and highly soluble calcium silicate phases. To evaluate this hypothesis, laboratory and scaled up tests in an EAF pilot plant were performed on slag samples characterized by elevated V and Cr leaching and a high FeO/SiO2 ratio. Prior to the melting experiments, the optimum FeO/SiO2 ratio was calculated via FactSageTM. In the melting experiments, the ratio was adjusted by adding quartz sand, which also decreased the basicity (CaO/SiO2) of the slag. As a reference, remelting experiments without quartz sand addition were conducted and additionally, the influence of the cooling rate of the slag was examined. The remelted (without quartz sand) and the remelted modified slags (with quartz sand) were analyzed chemically and mineralogically and the leaching behavior was investigated. The modification of the slags yielded a minimized release of V and Cr, supporting the hypothesis that the FeO/SiO2 ratio influences the mineralogy and the leaching behavior. KW - Electric arc furnace (EAF) slags KW - FactSageTM calculations KW - Leaching control mechanisms KW - Melting experiments PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-571517 DO - https://doi.org/10.3390/app10072549 VL - 10 IS - 7 SP - 1 EP - 18 PB - MDPI AN - OPUS4-57151 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, D. A1 - Meng, Birgit A1 - Simon, Sebastian A1 - von Werder, Julia T1 - Synthesis and characterisation of alites from reduced basic oxygen furnace slags N2 - Basic oxygen furnace slags (BOFS) are by-products of the steelmaking process. Several researchers have studied the production of Portland cement clinker and metallic iron from BOFS via a reductive treatment. In this study, we applied a carbothermal reduction of BOFS in a technical-scale electric arc furnace and characterised the clinker-like products. Those clinker-like non-metallic products (NMPs) had a chemical and mineralogical composition comparable to clinker for ordinary Portland cement (OPC) and contained large elongated alite crystals as major component. The pure NMPs reacted more slowly and achieved a lower degree of hydration compared with commercial OPC. If the reactivity of the products can be further increased by employing specific adaptations, it can be used as a full clinker substitute for OPC. Nevertheless, it is also an option to use the material without further modifications as a cement component or concrete addition, which contributes to the strength development in both cases. KW - BOFS KW - Hydration products KW - Thermal analysis KW - X-ray diffraction PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106518 SN - 0008-8846 VL - 147 SP - 6518 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-52939 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Simon, Franz-Georg A1 - Meggyes, Tamas ED - Zhang, H. X. T1 - Sustainable Remediation Methods for Metals and Radionuclides N2 - Sustainability has become the conscientious and future-oriented principle of modern resource management and environmental protection because caring for the future is tantamount to providing manageable and healthy surroundings for ourselves. For the foreseeable future, geotechnical and environmental engineers must therefore be concerned with ensuring a healthy balance between extraction, processing, manufacturing, utilization, recycling, and disposal of materials and products. KW - Permeable reactive barriers KW - Uranium mining KW - Groundwater KW - Electrochemical remediation PY - 2023 SN - 978-1-0716-2465-4 DO - https://doi.org/10.1007/978-1-0716-2466-1_63 SN - 2629-2378 SP - 251 EP - 284 PB - Springer Science+Business Media CY - Berlin, Heidelberg ET - 1 AN - OPUS4-58018 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Roesch, Philipp T1 - Summenparameter in der PFAS-Analytik - CIC & HR-GFMAS Methodenvergleich N2 - Gastvortrag auf der 43. Sitzung des Fachbeirates Bodenuntersuchungen über Summenparameter in der PFAS-Analytik und den CIC & HR-GFMAS Methodenvergleich. T2 - 43. Sitzung des Fachbeirates Bodenuntersuchungen CY - Online meeting DA - 18.02.2021 KW - PFAS KW - Analytik KW - CIC KW - HR-GF-MAS KW - Summenparameter PY - 2021 AN - OPUS4-52148 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schoknecht, Ute A1 - Drescher, P. A1 - Fischer, M. A1 - Fürhapper, C. A1 - Gunschera, J. A1 - Hill, R. A1 - Melcher, E. A1 - Wegner, R. A1 - Wilken, U. A1 - Wittenzellner, J. T1 - Suitability of analytical methods to determine tebuconazole, propiconazole and permethrin in aged wood samples N2 - The suitability of common analytical methods for the determination of active substances from wood preservatives in aged wood samples was investigated during an interlaboratory study. Permethrin, propiconazole and tebuconazole were quantified in 1.5 and 8 year-old wood samples by gas chromatography and liquid chromatography. Generally, the applied Methods yielded reliable results for these samples. However, wood components can coelute with propiconazole and tebuconazole during liquid chromatography. Optimization of separation might be required if UV detection is applied. KW - Wood samples KW - Biocides KW - Analytical methods PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-503959 DO - https://doi.org/10.1007/s00107-020-01496-y VL - 78 IS - 2 SP - 271 EP - 279 PB - Springer CY - Heidelberg AN - OPUS4-50395 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 - Herzel, Hannes T1 - Success-Story CaNaPO4: Erfolgreiche REACH Registrierung und Inbetriebnahme großtechnischer Anlagen N2 - Aufgrund der Vorgaben in der novellierten Klärschlammverordnung 2017 (AbfKlärV) wird für die meisten Kläranlagen ab 2029 verpflichtend das enthaltene Phosphat zurückzugewinnen bzw. einer Phosphatrückgewinnung zuzuführen. Aktuell gehen dafür einige thermochemische als auch nasschemische Verfahren in Betrieb. Die meisten thermochemischen Verfahren arbeiten mit einer vergleichbaren Grundidee. Es werden Alkali-Additive wie Na2CO3 vor der thermischen Behandlung eingemischt. Die anschließend produzierten thermochemischen Rezyklate enthalten als Phosphatphasen Calciumalkaliphosphate wie CaNaPO4, welche zu hoher Phosphatlöslichkeit und Pflanzenverfügbarkeit in den Rezyklaten führen. Aktuell werden solche thermochemischen Verfahren an den Standorten Altenstadt (Oberbayern), Michelstadt (Odenwald) und Breisach-Grezhausen (nähe Freiburg) in Betrieb genommen. T2 - Berliner Klärschlamm Konferenz CY - Berlin, Germany DA - 11.11.2025 KW - Phosphor KW - Recycling KW - Großtechnik KW - Dünger PY - 2025 AN - OPUS4-64710 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herzel, Hannes A1 - Leimkötter, D. A1 - Hermann, L. A1 - Emter, J. A1 - Brey, C. A1 - Künstler, J. A1 - Hartmann, S. A1 - Krannich, G. A1 - Moggert, N. A1 - Kurz, P. A1 - Eder, C. A1 - Grimm, B. A1 - Adam, Christian ED - Holm, O. ED - Thomé-Kozmiensky, E. ED - Quicker, P. ED - Kopp-Assenmacher, S. T1 - Success-Story CaNaPO4: Erfolgreiche REACH Registrierung und Inbetriebnahme großtechnischer Anlagen N2 - The Sewage Sludge Ordinance (AbfKlärV), which was amended in 2017, obligate the recovery of phosphorus from sewage sludge and sewage sludge ash from 2029 and 2032, respectively. Thermal disposal of sewage sludge has established itself as the preferred method of disposal, and the capacities of mono-incineration plants are being continuously expanded. Plants for phosphorus recovery, on the other hand, are currently still mainly in the construction, piloting, or commissioning phase. It is estimated that the plant capacities for P recovery planned today will not even be able to cover a quarter of the volume of these ashes in 2029. Therefore, temporary storage of the remaining ashes is currently being discussed to retrieve it later and process it in the P recovery plants, which will then be sufficiently available. It is currently unclear how such interim or long-term storage (> 1 year) should be organized. In addition to legal (fee) issues, the assessment of the technical feasibility of retrievability and the phosphorus recovery potential of landfilled ash remains open. The Institute of Environmental Engineering (ISA) at RWTH Aachen University and the Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) are jointly investigating five deposited ashes that have been dug out and were provided by three landfill operators. The investigations focus on the physical and chemical characterization of these landfilled ashes and its P recovery potential during treatment in thermochemical and wet chemical processes. These results are evaluated in comparison with “fresh,” i.e., non-landfilled sewage sludge ash samples of comparable origin in order to determine the influence of storage. T2 - Berliner Klärschlamm Konferenz CY - Berlin, Germany DA - 11.11.2025 KW - Phosphor KW - Recycling KW - Thermochemisch KW - Dünger KW - Großtechnik PY - 2025 SN - 978-3-911006-63-7 VL - 8 SP - 236 EP - 256 PB - Thomé-Kozmiensky Verlag GmbH CY - Neuruppin AN - OPUS4-64833 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian A1 - Schneider, Joachim A1 - Schraut, Katharina T1 - Strategien für die Nutzung von Schlacken zukünftiger wasserstoffbasierter Stahlproduktionsrouten – Herstellung von Stahlwerksschlacke basierten Ausgangsstoffen für die Zementindustrie N2 - Die Europäische Kommission präsentierte am 11. Dezember 2019 den European Green Deal, ein Konzept mit dem Ziel, bis zum Jahr 2050 als erster Kontinent Klimaneutralität zu erreichen. Mit Inkrafttreten der Verordnung (EU) 2021/1119 des Europäischen Parlaments und des Europäischen Rates am 29. Juli 2021 zur Schaffung des Rahmens für die Verwirklichung der Klimaneutralität („Europäisches Klimagesetz“), ist dieses, sowie das Ziel der Reduzierung der Nettotreibhausgasemissionen um mindestens 55 % bis 2030 in der Gesetzgebung der Europäischen Union verankert. Die Stahlindustrie in der Europäischen Union mit ca. 57 Mio. t Nettotreibhausgasemissionen im Jahr 2020, die annähernd 2 % der Emissionen der Europäischen Union ausmachen (Inklusive Energie: 127 Mio. t; 4 %), bekennt sich zur erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen bis zum Jahr 2030 und zum Erreichen der Klimaneutralität bis zum Jahr 2050. Als Schlüsselwege zur Verwirklichung dieser Zielstellung hat sie zum einen Smart Carbon Usage (SCU) und zum anderen Carbon Direct Avoidance (CDA) in einer Roadmap formuliert. SCU umfasst CO2-reduzierende Maßnahmen in bestehenden Eisen- und Stahlproduktionsprozessen, Carbon Capture and Storage- (CCS) sowie Carbon Capture and Usage-Technologien (CCU). Wohingegen bei CDA CO2-Emissionen durch erneuerbare elektrische Energie sowie wasserstoffbasierte Reduktion des Eisenerzes gar nicht erst entstehen sollen. Der CDA-Weg, der voraussichtlich beschritten werden muss, um eine klimaneutrale Stahlproduktion zu erreichen [38], geht mit einer kostenintensiven Transformation der Stahlproduktion einher, die bereits von vielen Unternehmen der Stahlindustrie eingeleitet wurde und von der im Wesentlichen die beiden in Europa vorherrschenden Stahlproduktionsrouten Hochofen-Konverter-Route und Elektrolichtbogenofen-Route betroffen sind. Die CO2-Emissionen der Hochofen-Konverter-Route, von denen der überwiegende Anteil auf den Hochofen fällt, liegen laut einer für das Jahr 2015 erstellten Studie bei 1921 kg CO2/t Rohstahl inklusive der CO2-Last der Pellets als Einsatzmaterial sowie der Emissionen der nachgelagerten Stranggießanlagen und Walzwerke. Im Hochofen wird das Eisenerz durch Kohlenstoff (C) bzw. Kohlenstoffmonoxid (CO) – welche größtenteils aus dem Koks, der dem Hochofen zusammen mit dem Möller über die Gicht zugeführten wird, stammen – unter Entstehung von Roheisen und Kohlenstoffdioxid (CO2) reduziert. Das neben dem CO2 im Prozessgas enthaltene CO wird zum Beispiel zur Energiegewinnung in peripheren Prozessen ebenfalls unter Bildung von CO2 verbrannt. Zusätzlich zur Reduktion hat der Koks unter anderem physikalische Aufgaben, wie die Errichtung eines Stützgerüstes und die Gewährleistung der Permeabilität im Hochofenprozess. Somit ist eine vollkommene Substitution des Kokses zur Vermeidung der CO2-Emissionen im Hochofen nicht denkbar. Viele Strategien der Stahlunternehmen zum Erreichen der Klimaziele verfolgen daher den Wechsel von der Rohstahlproduktion aus der Hochofen-Konverter-Route hin zur Rohstahlproduktion im Elektrolichtbogenofen (EAF – Electric Arc Furnace) mit dem Einsatz von direkt reduziertem Eisen (Eisenschwamm, DRI – Direct Reduced Iron) aus vorgelagerten Direktreduktionsanlagen, die mit Wasserstoff (H2) als Reduktionsmittel betrieben werden können. Dabei ist die Elektrostahlerzeugung kein neuer Prozess und nimmt in der europäischen Union bereits jetzt einen Anteil von ca. 44 % der Rohstahlproduktion ein, jedoch überwiegend mit Schrott als Einsatzmaterial. Bei der Elektrostahlerzeugung mit Schrotteinsatz fallen laut der oben genannten Studie von Lüngen für das Jahr 20152 410 kg CO2-Emissionen pro Tonne Rohstahl an, von denen der Großteil auf die CO2-Last der fremd bezogenen elektrischen Energie zurückzuführen ist und daher nicht im Produktionsprozess selbst entsteht. Auch die Direktreduktion wird schon seit 1972 in der weltweit zweiten und bis heute in Westeuropa einzigen Direktreduktionsanlage in Hamburg betrieben. Während hier noch mit einem Reduktionsgas gearbeitet wird, das hauptsächlich aus einem aus Erdgas gewonnenen Wasserstoff-Kohlenstoffmonoxid-Gemisch besteht, liegt eine aktuelle Kernherausforderung in der Bereitstellung des in der Größenordnung der von der Transformation betroffenen Rohstahlproduktionskapazitäten notwendigen, mit erneuerbarer elektrischer Energie hergestellten Wasserstoffs. Wird zusätzlich der Strom für das Einschmelzen im Elektrolichtbogenofen aus erneuerbaren Quellen gewonnen und werden schließlich als Brennstoff verwendete Kohle und als Brennstoff verwendetes Erdgas durch CO2-neutrale Bio-Brennstoffe ersetzt, sind sowohl für den Einsatz von mit Wasserstoff reduziertem und auf Pellets ohne CO2-Last basiertem Eisenschwamm als auch für den Einsatz von Schrott CO2-Emissionen von jeweils nur 60 kg CO2/t Rohstahl erreichbar, was eine Reduktion der Emissionen, ausgehend von der Konverter-Hochofen-Route um 97 % und ausgehend von der Schrott-Elektrolichtbogenofen-Route um 85 % bedeuten würde. Der Betrieb von Elektrolichtbogenöfen macht die an den Standorten vorhandenen Konverter sowie die Infrastruktur für Behandlung und Transport des Roheisens überflüssig. Die fortwährende Nutzung dieser bestehenden Anlagenstruktur dient daher unter anderem als Motivation für die Entwicklung einer zweiten Transformationsstrategie, die einen sogenannten Einschmelzer (SAF – Submerged Arc Furnace) als der Direktreduktionsanlage nachgelagerten Prozess vorsieht, in dem wiederum Roheisen erschmolzen wird, das anschließend im Konverter zu Rohstahl veredelt wird. Die Transformation der Stahlindustrie beeinflusst einen weiteren CO2-intensiven Industriesektor, nämlich die Zementindustrie die verantwortlich ist für rund 4 % der CO2-Emissionen in der EU. Etwa zwei Drittel dieser Emissionen entfallen als Prozessemissionen auf die Entsäuerung des Rohstoffs Kalkstein (CaCO3), also auf die Abspaltung von CO2 unter Entstehung des für die Herstellung von Zementklinker notwendigen Branntkalks (CaO) als Zwischenstufe bei der Bildung der hydraulischen Phasen Tri- und Dicalciumsilikat. Als eines der fünf Themenfelder (5C-Ansatz: Clinker, Cement, Concrete, Construction, Carbonation), welche die europäische Zementindustrie entlang ihrer Wertschöpfungskette zum Erreichen der gesetzlichen Vorgaben der europäischen Union erarbeitet hat, umfasst das Feld "Cement" zum größten Teil die Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors. Im Jahr 2017 betrug er 77 %, das heißt, dass 23 % des Klinkers durch alternative Materialien ersetzt wurden. Bis zum Jahr 2030 wird ein Faktor von 74 % und bis zum Jahr 2050 von 65 % angestrebt. Den größten Anteil an den Klinkersubstituten hat mit 33 % der Hüttensand aus der Stahlindustrie. Bei der Roheisenproduktion im Hochofen entsteht als Nebenprodukt Hochofenschlacke, die unter Zugabe von Schlackebildnern die Gangart des Möllers und mineralische Koksbestandteile abbindet, sowie weitere unerwünschte Begleitelemente wie Schwefel und Alkalien aufnimmt. Allein in Deutschland wurden im Jahr 2021 6,90 Mio. t – das entspricht 90 % der gesamten produzierten Hochofenschlacke – zu glasig erstarrtem Hüttensand granuliert. Dieser Hüttensand besitzt latent hydraulische Eigenschaften und wird daher seit mehr als 140 Jahren als Zementbestandteil eingesetzt, wodurch in Deutschland jährlich rund 4,5 Mio. t CO2-Emissionen eingespart werden. Alle Transformationsstrategien der Stahlindustrie beinhalten die notwendige Außerbetriebnahme der CO2-intensiven Hochöfen. Dies hat unter anderem zur Folge, dass die Hochofenschlacke als Nebenprodukt der Rohstahlerzeugung im Hochofen nicht mehr zur Verfügung stehen wird, wodurch die weitere Reduzierung des Klinker-Zement-Faktors erhebliche Zusatzmengen alternativer Materialien benötigen wird. Derzeit ist noch unklar, ob z.B. calcinierte Tone im benötigten Umfang erzeugt werden können. Der Fachbereich Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und das Institut für Baustoffforschung FEhS forschen zusammen mit Industriepartnern und weiteren Forschungseinrichtungen im Rahmen zweier Projekte in den Kooperationssphären der Stahl- und Zementindustrie, die zur Bewältigung dieser Herausforderungen beitragen. Im Projekt SlagCEM wird die Produktion eines hydraulischen Zementbestandteils durch Reduktion von Konverter- bzw. Linz-Donawitz-Schlacke (LDS) untersucht. Die mit den zusätzlich aufgenommen Lichtbogenofenkapazitäten steigenden Mengen an Elektrolichtbogenofenschlacke (EOS, engl. electric arc furnace slag, EAFS) werden im Projekt DRI-EOS behandelt, welches die Produktion eines latent hydraulischen Hüttensandsubstituts zum Ziel hat. T2 - Berliner Konferenz Mineralische Nebenprodukte und Abfälle CY - Berlin, Germany DA - 12.06.2023 KW - Stahlwerksschlacke KW - Zementersatz PY - 2023 SN - 978-3-944310-72-5 VL - 10 SP - 222 EP - 233 PB - TK-Verlag CY - Neuruppin AN - OPUS4-57684 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Adam, Christian 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 - Susset, Bernd A1 - Kalbe, Ute T1 - Spezifische Herausforderungen bei der PFAS-Elution N2 - Im Teil des Workshops, der sich mit Praxiserfahrungen zu den Elutionsverfahren DIN 19528 und DIN 19529 befasste, wurden spezifische Herausforderungen bei Elutionsuntersuchungen von Bodenproben mit einer PFAS-Kontamination vorgestellt. Aus durchgeführten Robustheitsuntersuchungen im ZAG der Universität Tübingen sowie in der BAM wurden praxisrelevante Schlussfolgerungen erläutert und für einzelne PFAS-Verbindungen und Vorläufersubstanzen konkretisiert. Dabei wurde auch auf die Vergleichbarkeit von Schüttel- und Säulenversuchen beim bewertungsrelevanten Wasser/Feststoff-Verhältnis von 2 l/kg und die Bedeutung des Fest/Flüssigtrennschrittes beim Schüttelverfahren eingegangen. Die Untersuchung von Böden auf PFAS mit Elutionsversuchen ist generell möglich, aber es besteht eine komplexe Abhängigkeit der Konzentrationen im Eluat vom Gesamtgehalt, der Löslichkeit und des Verteilungsmusters der einzelnen PFAS, der Art der Bodenmatrix und dem Einfluss der Probenaufbereitung vor der Analytik. Die geringere Sensitivität der Feststoffanalytik für PFAS im Vergleich zur Eluatanalytik erschwert die Berechnung von Massenbilanzen. T2 - Workshop / Anwendertreffen Elutionsverfahren im Regelungsbereich der Mantelverordnung (ErsatzbaustoffV / BBodSchV) und der EU-BauPVO CY - Berlin, Germany DA - 07.05.2024 KW - Elution KW - PFAS KW - Prekursoren KW - Boden KW - Säulenversuch KW - Schüttelversuch PY - 2024 AN - OPUS4-62065 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - INPR A1 - Vogel, Christian A1 - Helfenstein, J. A1 - Massey, M. A1 - Kretzschmar, R. A1 - Schade, U. A1 - Verel, R. A1 - Chadwick, O. A1 - Frossard, E. T1 - Spectroscopic analysis shows crandallite can be a major component of soil phosphorus N2 - Phosphorus (P) bioavailability is crucial for the productivity of natural and agricultural ecosystems, and soil P speciation plays a major role therein. Better understanding of P forms present in soil is thus essential to predict bioavailability. Most studies on soil P forms differentiate between Ca-bound P (e.g. apatite), organic P, Fe-bound P, and Al-bound P. In our analysis of a Ca, Al, and P rich soil from the Kohala region of Hawaii, we identified the mineral crandallite, CaAl3(PO4)2(OH)5∙H2O, a mineral previously not considered to play a significant role in soils. Crandallite was first identified with powder X-ray diffraction, and then confirmed with microfocused P K-edge X-ray absorption near edge structure (XANES) spectroscopy, micro-infrared spectroscopy, and solid-state 31P nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Crandallite XANES spectra were distinct from other common XANES spectra due to the presence of features in the post-edge region of the spectrum. Linear combination fitting of bulk P K-edge XANES spectra allowed the determination of the proportion of crandallite to the total P content, indicating that crandallite comprises up to half, possibly even more of the soil P in the samples. Crandallite is therefore an important and potentially overlooked component of soil P, which pedogenically forms in soils with high P, Al, and Ca contents, where it likely plays an important role in P bioavailability. KW - Phosphor KW - XANES spectrosocpy KW - infrared spectroscopy PY - 2025 DO - https://doi.org/10.2139/ssrn.5556609 SP - 1 EP - 31 PB - SRN AN - OPUS4-64739 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vogel, Christian A1 - Helfenstein, J. A1 - Massey, M. A1 - Kretzschmar, R. A1 - Schade, U. A1 - Verel, R. A1 - Chadwick, O. A1 - Frossard, E. T1 - Spectroscopic analysis shows crandallite can be a major component of soil phosphorus N2 - Phosphorus (P) bioavailability is crucial for the productivity of natural and agricultural ecosystems, and soil P speciation plays a major role therein. Better understanding of P forms present in soil is thus essential to predict bioavailability. However, P speciation studies are only as powerful as the reference spectra used to interpret them, and most studies rely on a limited set of reference spectra. Most studies on soil P forms differentiate between Ca-bound P (e.g. apatite), organic P, Fe-bound P, and Al-bound P. In our analysis of a Ca, Al, and P rich soil from the Kohala region of Hawaii, we identified the mineral crandallite, CaAl3(PO4)2(OH)5·H2O, a mineral previously not considered to play a significant role in soils. Crandallite was first identified with powder X-ray diffraction. Subsequently reference spectra were collected, and the presence of crandallite was confirmed using micro-focused P K-edge X-ray absorption near edge structure (XANES) spectroscopy, micro-infrared spectroscopy, and solid-state 31P nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Crandallite XANES spectra were distinct from other common XANES spectra due to the presence of features in the post-edge region of the spectrum. Linear combination fitting of bulk P K-edge XANES spectra allowed the determination of the proportion of crandallite to the total P content, indicating that crandallite comprises up to half, possibly even more of the soil P in the samples. Crandallite is therefore an important and potentially overlooked component of soil P, which pedogenically forms in soils with high P, Al, and Ca contents, where it could play an important role in P bioavailability. KW - Phosphorus KW - XANES spectrosocpy KW - Infrared spectroscopy KW - NMR spectrocopy PY - 2026 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-654968 DO - https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2026.117712 SN - 0016-7061 VL - 467 SP - 1 EP - 10 PB - Elsevier B.V. AN - OPUS4-65496 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Scholz, Philipp A1 - Vogel, Christian A1 - Schuck, G. A1 - Simon, Franz-Georg T1 - Speciation of copper and zinc compounds relevant for the hazard property (HP) 14 classification of municipal solid waste incineration bottom and fly ashes N2 - The analysis of the presence and content of substances that are toxic to aquatic life in waste is essential for classification of waste with regard to hazard property (HP) 14 ‘ecotoxic’. For the determination of HP14 classified copper (Cu) and zinc (Zn) compounds in various municipal solid waste incineration bottom ashes (IBA) and one fly ash (FA) from Germany we applied X-ray absorption near-edge structure (XANES) spectroscopy in combination with linear combination fitting. The analysis showed that approx. 50–70% of Cu in the IBA are Cu(I) compounds and elemental Cu(0), but these compounds were not equally distributed in the different IBA. In contrast, the majority (approx. 50–70%) of Zn in all IBA is elemental zinc, which originates from brass or other alloys and galvanized metals with a large content of zinc in the waste. The FA contain higher mass fraction on Zn and other toxic elements, but similar Cu and Zn species. Additional performed selective extraction at a pH of 4 with an organic acid of some IBA showed that the ecotoxic Zn fraction is mainly elemental zinc and zinc oxide. In contrast, for the ecotoxic Cu fraction within the IBA no specific compound could be identified. Furthermore, the XANES analysis showed that the HP14 properties of especially Cu in IBA is overestimated with current best-practice guidelines for sample processing for the current substance-related approach with the 0.1% cut-off rule for each substance. However, it should be considered whether it would not be better from an environmental point of view to take the ecotoxicologically leachable copper and zinc as a reference value. KW - Thermal waste treatment KW - XANES spectroscopy KW - Ecotoxicity KW - Incineration bottom ash PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-609584 DO - https://doi.org/10.1016/j.wasman.2024.09.001 VL - 189 SP - 421 EP - 426 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-60958 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Vogel, Christian A1 - Scholz, Philipp A1 - Kalbe, Ute A1 - Caliebe, W. A1 - Tayal, A. A1 - Vasala, S. J. A1 - Simon, Franz-Georg T1 - Speciation of antimony and vanadium in municipal solid waste incineration ashes analyzed by XANES spectroscopy N2 - The use of ashes from municipal solid waste incineration as secondary building materials is an important pillar for the circular economy in Germany. However, leaching of potential toxic elements from these materials must be at environmentally acceptable levels. Normally, a three-month ageing period immobilizes most hazardous heavy metals, but antimony (Sb) and vanadium (V) showed previously unusual leaching. In order to clarify the mechanisms, we analyzed the Sb and V species in various bottom and fly ashes from municipal waste incineration by XANES spectroscopy. Antimony oxidizes from Sb(+ III) species used as flame retardants in plastics to Sb(+ V) compounds during waste incineration. However, owing to the similarity of different Sb(+ V) compound in the Sb K- and L-edge XANES spectra, it was not possible to accurately identify an exact Sb(+ V) species. Moreover, V is mainly present as oxidation state + V compound in the analyzed ashes. However, the coarse and magnetic fraction of the bottom ashes contain larger amounts of V(+ III) and V(+ IV) compounds which might enter the waste incineration from vanadium carbide containing steel tools. Thus, Sb and V could be critical potential toxic elements in secondary building materials and long-term monitoring of the release should be taken into account in the future. KW - Müllverbrennung KW - XANES spectroscopy PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-599841 DO - https://doi.org/10.1007/s10163-024-01954-2 SN - 1438-4957 VL - 26 SP - 2152 EP - 72158 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-59984 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR ED - Simon, Franz-Georg ED - Kalbe, Ute T1 - Special issue: Measurement of the environmental impact of materials N2 - Throughout their life cycle—from production, via usage, through to disposal—materials and products interact with the environment (water, soil, air). At the same time, they are exposed to environmental influences and, through their emissions, have an impact on the environment, people, and health. Accelerated experimental testing processes can be used to predict the long-term environmental consequences of innovative products before these actually enter the environment. The aim of this Special Issue of the journal Materials is to publish original research and review articles as well as short communications tackling the problem of reliable environmental measurement methods and reporting exemplary case studies. KW - Contaminant transfer KW - Biocides in the environment KW - Leaching of waste materials KW - Simulation of materials degradation KW - Transport modeling KW - Ecotoxicity testing PY - 2021 UR - mdpi.com/si/41578 SN - 1996-1944 VL - 13-14 IS - 12(2020)-3(2021) SP - 13(12):2709 EP - 14(3):634 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-51985 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Herzel, Hannes A1 - Dombinov, V. A1 - Vogel, Christian A1 - Willbold, S. A1 - Levandowski, G. V. A1 - Meiller, M. A1 - Müller, F. A1 - Zang, J. W. A1 - da Fonseca-Zang, W. A. A1 - Jablonowski, N. D. A1 - Schrey, S. D. A1 - Adam, Christian T1 - Soybean Fertilized by P-Phases from Bagasse-Based Materials: P-Extraction Procedures, Diffusive Gradients in Thin Films (DGT), and X-ray Diffraction Analysis (XRD) N2 - The Brazilian sugarcane industry produced around 173 million tons (Mt) of bagasse in 2018. Bagasse is a by-product of juice extraction for ethanol and sugar production and is combusted in order to generate power, producing up to 10 Mt of ash per year. This ash contains various concentrations of plant nutrients, which allow the ash to be used as a crop fertilizer. However, the concentration and extractability of phosphorus (P), an essential plant nutrient, are low in bagasse ash. To increase the P content, we co-gasified and co-combusted bagasse with P-rich chicken manure. The resulting ash was thermochemically post-treated with alkali additives (Na2SO4 and K2SO4) to increase the availability of P to plants. We aimed to: (i) investigate the effect of thermochemical post-treatment of co-gasification residue and co-combustion ash on P availability to soybeans, (ii) explore the potential of chemical extraction methods (citric acid, neutral ammonium citrate, formic acid, and Mehlich-I) and diffusive gradients in thin films (DGT) to predict the availability of P to soybeans, and (iii) identify the responsible P-phases using X-ray diffraction . We evaluated P availability to soybeans growing in Brazilian Oxisol soil in two independent greenhouse pot experiments. The positive effect of thermochemical treatment on P availability from gasification residue was confirmed through the observation of increased P uptake and biomass in soybean plants. These findings were confirmed by chemical extraction methods and DGT. The gasification residue contained whitlockite as its main P-bearing phase. Thermochemical post-treatment converted whitlockite into highly soluble CaNaPO4. In contrast, co-combustion ash already contained highly soluble Ca(Na,K)PO4 as its main P-bearing phase, making thermochemical post-treatment unnecessary for increasing P availability. In conclusion, increased extractability and availability of P for soybeans were closely connected to the formation of calcium alkali phosphate. Our findings indicate that this combined methodology allows for the prediction of P-fertilization effects of ash. KW - Sugar cane bagasse KW - Chicken manure ash KW - Thermochemical treatment KW - Nutrient KW - Plant availability PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-509735 DO - https://doi.org/10.3390/agronomy10060895 VL - 10 SP - 895 EP - 6 PB - MDPI AN - OPUS4-50973 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Simon, Franz-Georg A1 - Frieling, Sophie T1 - Sorptionsverhalten von Antimon an Eisenoxidverbindungen N2 - Aschen und Schlacken aus der thermischen Abfallbehandlung enthalten eine Vielzahl von Schwermetallverbindungen. Für Antimon, Chrom, Kupfer, Molybdän und Vanadium werden in der neuen Ersatzbaustoffverordnung (Bundesregierung, 2021) Eluatgrenzwerte für die Verwertung festgelegt. Aschen und Schlacken werden aus der Abfallverbrennungsanlage nass ausgetragen und vor einer Verwertung in der Regel mehrere Wochen gelagert. Dabei finden hydraulische Reaktionen statt und enthaltenes CaO wird zu einem Großteil in Calciumcarbonat umgewandelt. Während wässrige Eluate von frischen Aschen pH-Werte von 12 und höher aufweisen, sind die Eluate nach einigen Wochen weniger stark alkalisch. Die gemessenen Schwermetallkonzentrationen sind daher dann auch deutlich niedriger, mit Ausnahme von Antimon (Sb) und Vanadium (V). Hier steigen die Konzentration mit der Lagerungsdauer. Grund sind sinkende Konzentrationen von Ca-Ionen, die sonst zu einer Ausfällung von Antimonaten und Vanadaten führen. Zu hohe Eluatwerte von Sb und V können jedoch durch Sorption an Eisenoxidverbindungen gemindert werden. Dazu wurden Sorptionsexperimente mit verschiedenen Eisenoxidverbindungen durchgeführt. T2 - 5. Internationales Bergbausymposium WISSYM 2023 CY - Dresden, Germany DA - 25.09.2023 KW - Rostasche KW - Sorption KW - Ersatzbaustoff PY - 2023 UR - https://www.wismut.de/de/download.php?download=Wi_WISSYM2023_Abstracts_END_klein.pdf SP - 247 EP - 250 AN - OPUS4-58701 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Simon, Franz-Georg T1 - Sorptionsverhalten von Antimon an Eisenoxidverbindungen N2 - Aschen und Schlacken aus der thermischen Abfallbehandlung enthalten eine Vielzahl von Schwermetallverbindungen. Für Antimon, Chrom, Kupfer, Molybdän und Vanadium werden in der neuen Ersatzbaustoffverordnung Eluatgrenzwerte für die Verwertung festgelegt. Aschen und Schlacken werden aus der Abfallverbrennungsanlage nass ausgetragen und vor einer Verwertung in der Regel mehrere Wochen gelagert. Dabei finden hydraulische Reaktionen statt und enthaltenes CaO wird zu einem Großteil in Calciumcarbonat umgewandelt. Während wässrige Eluate von frischen Aschen pH-Werte von 12 und höher aufweisen, sind die Eluate nach einigen Wochen weniger stark alkalisch. Die gemessenen Schwermetallkonzentrationen sind daher dann auch deutlich niedriger, mit Ausnahme von Antimon (Sb) und Vanadium (V). Hier steigen die Konzentration mit der Lagerungsdauer. Grund sind sinkende Konzentrationen von Ca-Ionen, die sonst zu einer Ausfällung von Antimonaten und Vanadaten führen. Zu hohe Eluatwerte von Sb und V können durch Sorption an Eisenoxidverbindungen gemindert werden. Als besonders wirkungsvoll hat sich Schwertmannit (Eisen-Oxyhydroxysulfat) erwiesen. Es entsteht durch Oxidation von pyrithaltigem Material durch Mikroorganismen und wird deshalb in Gebieten gefunden, in denen Braunkohle abgebaut wurde, z.B. in der Lausitz. Weitere untersuchte Eisenoxidverbindungen waren Hämatit und Schlämme aus der Abtrennung von Eisen und Mangan in Wasserwerken. T2 - 5. Internationales Bergbausymposium WISSYM 2023 CY - Dresden, Germany DA - 25.09.2023 KW - Rostasche KW - Sorption KW - Ersatzbaustoffe PY - 2023 AN - OPUS4-58702 LA - deu 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 - CONF A1 - Stawski, Tomasz 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 - Kittner, Maria A1 - Coesfeld, Bianca A1 - Schlau, Sven A1 - Werischak, Thomas A1 - Altmann, Korinna A1 - Kalbe, Ute T1 - Simultaneous sampling for microplastics and environmental contaminants from artificial turf: development of a new integrated microplastics eluate lysimeter N2 - To get a better understanding of potentially harmful contaminant emissions from soils or materials into the environment, politics demand practical and holistic sampling concepts for environmental samples such as leachates containing polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) or heavy metals, and hazardous particulate matter like microplastics (MP). Of particular concern are MP emissions from artificial turf sports pitches. So far, there has been only very limited data on MP mass emissions from artificial turf potentially posing a risk to the groundwater and no sampling device that allowed simultaneous sampling for dissolved and particulate contaminants. In this study, a novel integrative microplastics eluate lysimeter was developed to determine contaminant emissions from three artificial turf systems at different ageing states (fabric-new, artificially aged, real-time aged). For the accelerated ageing, all environmental simulation parameters were based on Central German conditions and simulated outdoor stress during the turf service lifespan of 15 years. MP masses from eluates were analysed using thermal extraction desorption-gas chromatography/mass spectrometry, PAH concentrations using gas chromatography/mass spectrometry and heavy metals using inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy. Results showed that no PAH or heavy metal concentrations from the seepage water were above German legal limits for alternative granular construction materials considering soil and groundwater protection. Furthermore, it was found that only minimal MP emissions were released from new turf systems into the seepage water (< 1 mg/m2). Ageing of the artificial turf increased MP formation, especially from rubber infill and grass fibres, which are then carried into the seepage water. The highest total MP emissions over a simulated turf lifespan of 15 years were detected in two real-time aged turf systems ranging from 136.4–252.5 mg/m2. Considerably less total MP emissions were detected in accelerated aged artificial turf systems, one of which contained a synthetic rubber infill (5.4–8.0 mg/m2) and one without rubber infill (0.2–5.3 mg/m2). In summary, it was demonstrated that the newly developed MEL generated reliable and reproducible data and has thus proven itself as an integrated, straightforward and automated sampling device for simultaneous monitoring of particulate and dissolved pollutant emissions from simple soil matrices. KW - Lysimeter KW - Microplastics KW - Artificial turf KW - Thermal extraction desorption-gas chromatography/mass spectrometry KW - TED-GC/MS KW - Polycyclic aromatic hydrocarbons KW - PAH KW - Heavy metals KW - Soil samples PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-645301 DO - https://doi.org/10.1186/s12302-025-01235-1 SN - 2190-4715 VL - 37 IS - 1 SP - 1 EP - 15 PB - Springer Open AN - OPUS4-64530 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Simon, Franz-Georg A1 - Scholz, Philipp T1 - Sequential Extraction of Incineration Bottom Ash: Conclusions Regarding Ecotoxicity N2 - The classification of incineration bottom ash (IBA) as hazardous or non-hazardous according to ecotoxic hazard property HP14 is still under debate. In this context, only the compounds of Zn and Cu with the hazard statement code H410 are of relevance. With an approach based on the grouping of substances, it was shown that such substances are either readily water-soluble or slightly and sparingly soluble. The concentrations of readily soluble Cu and Zn compounds in IBA are far below the cut-off value of 0.1%. Slightly and sparingly soluble Zn and Cu compounds could be quantified in the first fraction of a four-step sequential extraction procedure. With the results from the complete sequence, the dimensionless synthesis toxicity index (STI) was calculated and was in the range of 494 to 1218 for the four investigated IBA samples. It was concluded that IBA can usually be classified as non-hazardous. KW - Incineration bottom ash KW - Hazard properties KW - Ecotoxicity PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-605262 DO - https://doi.org/10.3390/app14135541 SN - 2076-3417 VL - 14 IS - 13 SP - 1 EP - 12 PB - MDPI CY - Basel AN - OPUS4-60526 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 - Simon, Franz-Georg T1 - Secondary building materials in a circular economy N2 - Half of the global material consumption is mineral material. The circularity is still low so that enhanced use of secondary building material is required to close loops. Three different secondary building materials are discussed based on exemplary research results: construction and demolition waste (C&D waste), soil-like material and incineration bottom ash (IBA). Focus was laid on the environmental compatibility of the materials examined mainly by standardized leaching tests. C&D waste was investigated after a wet treatment using a jigging machine, soil-like material and IBA were characterized with respect to their material composition. The environmental compatibility in particular was studied using standard leaching tests (batch tests and column tests). It was concluded that soil-like material can mostly be utilized even when the precautionary limit values set are exceeded by a factor of less than 2. For C&D waste the fine fraction below 2 mm and the content of brick material is problematic. IBA fulfills quality level HMVA-2 following German regulation. Higher quality levels of utilization might be achievable with better treatment technologies. T2 - 15th International Conference on Ecomaterials (ICEM15) CY - Iki, Japan DA - 26.11.2023 KW - Secondary building materials KW - Incineration bottom ash KW - Construction and demolition waste KW - Soil-like material PY - 2023 AN - OPUS4-59186 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Altmann, Korinna T1 - Seasonal microplastic concentrations along the rivers Rhine and Danube N2 - Over the last 20 years, many researchers, politicians and citizens have become increasingly aware of the growing plastic problem of our time. A lack of recycling concepts and plastic collection points as well as careless dumping lead to accumulation of plastic products in the environment. Natural weathering can cause these plastics to degrade and fractionate, meaning that microplastics (1 1,000 µm, ISO/TR 21960:2020) and nanoplastics (< 1 µm, ISO/TR 21960:2020) of various synthetic polymer materials can now be detected in all parts of the world. Whether microplastics or nanoplastics pose a toxicological hazard is being investigated in a variety of ways. Valid results are still pending. However, the EU precautionary principle applies to micro- and nanoplastics. Monitoring of microplastics is already required in the revision of the Drinking Water and Wastewater Framework Directive. Reliable monitoring of rivers can be carried out by sampling with sedimentation boxes and microplastic detection by using thermal extraction desorption gas chromatography/mass spectrometry (TED-GC/MS) in routine operation (Figure 1). The river Rhine was sampled for microplastic masses at three different sampling locations over a period of one year and in addition the Danube at randomized sampling locations The TED-GC/MS results showed that various synthetic polymers frequently produced in industry, such as polyethylene, polypropylene or polystyrene as well as the tire compound styrene-butadiene rubber were found. The work not only shows a possible workflow for monitoring concepts, but also provides information on environmentally relevant concentrations of microplastics and tire components in surface waters. This in turn is necessary for ecotoxicological studies. T2 - ESOPS CY - Berlin, Germany DA - 09.09.2024 KW - Microplastics KW - TED-GC/MS KW - Polymer 3R PY - 2024 AN - OPUS4-61016 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Gleis, Markus A1 - Simon, Franz-Georg T1 - Schwermetallbelastung und Behandlung von Aschen aus Abfallverbrennungsanlagen N2 - Die Thermische Abfallbehandlung in Abfallverbrennungsanlagen sorgt für eine Inertisierung des Restmülls bei gleichzeitiger Minimierung von abgas- und abwasserseitigen Emissionen. Da der Großteil der Rückstände in verwertbare Sekundärprodukte überführt wird, fördert die thermische Abfallbehandlung die Verwirklichung einer Circular Economy in Europa. KW - Rostasche KW - Circular Economy KW - Ersatzbaustoffe PY - 2021 SN - 1436-9095 VL - 23 IS - 3 SP - 48 EP - 52 PB - Springer Vieweg CY - Wiesbaden AN - OPUS4-52344 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -