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 - JOUR A1 - Herzel, Hannes A1 - Grevel, K.-D. A1 - Emmerling, Franziska A1 - Dachs, E. A1 - Benisek, A. A1 - Adam, Christian A1 - Majzlan, J. T1 - Thermodynamic properties of calcium alkali phosphates Ca(Na,K)PO4 N2 - Calcium alkali phosphates Ca(Na,K)PO4 are main constituents of bioceramics and thermochemically produced phosphorus fertilizers because of their bioavailability. Sparse thermodynamic data are available for the endmembers CaNaPO4 and CaKPO4. In this work, the missing data were determined for the low-temperature phase modifications of the endmembers CaNaPO4 and CaKPO4 and three intermediate Ca(Na,K)PO4 compositions. Standard enthalpy of formation ranges from - 2018.3 ± 2.2 kJ mol-1 to - 2030.5 ± 2.1 kJ mol-1 and standard entropy from 137.2 ± 1.0 J mol-1 K-1 to 148.6 ± 1.0 J mol-1 K-1 from sodium endmember b-CaNaPO4 to potassium endmember b0-CaKPO4. Thermodynamic functions are calculated up to 1400 K for endmembers and the sodium-rich intermediate phase b-Ca(Na0.93K0.07)PO4. Functions above 640 K are extrapolated because of the phase transition from low- to high-temperature phase. Impurities in the synthesized intermediate phases c-Ca(Na0.4K0.6)PO4 and c-Ca Na0.35K0.65)PO4 and one additional phase transition around 500 K impeded the determination of high-temperature thermodynamic functions. In general, data for phase transition temperatures agree with the previously reported phase diagrams. KW - Formation enthalpy KW - Heat capacity KW - Phase transformation KW - Bioceramics KW - Phosphorus fertilizer KW - Entropy PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-507640 DO - https://doi.org/10.1007/s10853-020-04615-5 VL - 55 SP - 8477 EP - 8490 PB - Springer AN - OPUS4-50764 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herzel, Hannes 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 - JOUR A1 - Herzel, Hannes A1 - Stemann, J. A1 - Simon, Sebastian A1 - Adam, Christian T1 - Comparison of thermochemical treatment of sewage sludge ash with sodium sulphate in laboratory-scale and pilot-scale experiments N2 - There is an ongoing debate on European scale concerning the criticality of phosphorus. In Switzerland and Germany, phosphorus recovery from phosphorus-rich waste streams will become obligatory. Sewage sludge ash is rich in phosphorus and may become an important secondary feedstock. Thermochemical treatment of sewage sludge ash with sodium sulphate under reducing conditions was shown to remove heavy metals from the solid product and produce the fully plant available crystalline phase CaNaPO4. Pilot-scale experiments in a rotary kiln were carried out at temperatures between 750 and 1000 °C and were compared to laboratory-scale experiments with crucibles. Process upscaling was successfully demonstrated but a series of differences were noticed: In comparison to laboratory-scale, solubility of phosphorus in samples from pilot-scale experiments was lower at all chosen treatment temperatures because of shorter retention time and incomplete decomposition of sodium sulphate. X-ray diffraction analysis revealed remaining phase fractions of whitlockite (Ca3-x(Mg,Fe)x(PO4)2) and sodium sulphate from the starting materials in products and thus indicated incomplete reaction. In contrast to the results of laboratory-scale experiments, the crystalline phase CaNaPO4 was clearly absent in the products from the rotary kiln but instead a Mg-bearing phase (Ca,Mg)NaPO4 was formed. Laboratory-scale experiments confirmed (Ca,Mg)NaPO4 is an intermediate phase between whitlockite and CaNaPO4. However, both crystalline phases are characterized by high plant availability. It was shown that heavy metal removal increased at higher temperatures whereas solubility and thus plant availability of phosphorus already reached its maxima at temperatures of 950 °C in pilot-scale and 875 °C in laboratory-scale experiments. KW - Crystalline phase identification KW - Heavy metal removal KW - Phosphorus availability KW - Process upscaling KW - Recovery KW - Rhenanite PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-524084 DO - https://doi.org/10.1007/s13762-021-03252-y VL - 19 IS - 3 SP - 1997 EP - 2006 PB - Springer AN - OPUS4-52408 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hodgkinson, I. A1 - Maletz, R. A1 - Simon, Franz-Georg A1 - Dornack, C. T1 - Mini-review of waste-to-energy related air pollution and their limit value regulations in an international comparison N2 - The concept of circular economy supports mitigation of climate change and other environmental pressures to the planet. Circulating materials in anthropogenic processes come with the risk of accumulating hazardous substances and compounds. In this concept, waste incineration or waste-to-energy (WtE) is a necessary technology to remove these compounds from the life cycle. In this mini-review, contaminants of major importance in the flue gas from waste incineration plants and their environmental impact are discussed. Air pollution of WtE is often seen as the most relevant environmental impact of this treatment option. The emission values parameter set for different countries is presented and compared. The most stringent legally set of emission values could be found in parts of Europe and South Korea. Japan also permits similar strict values when authorising individual incineration plants. In North America, the values are partially less strict as the best available technologies in Europe suggest being possible. Emerging economies, such as India and China, have shown efforts to improve their environmental protection standards but still have room to improve. This could be set in relation to other industrial emitting processes and therefore could be used to assess the relevance of this industry sector to the national emission inventories. KW - Waste incineration KW - Waste-to-energy KW - Limit values KW - Regulation KW - Emission KW - Air pollution control PY - 2021 DO - https://doi.org/10.1177/0734242X211060607 SN - 0734-242X SN - 1096-3669 VL - 40 IS - 7 SP - 849 EP - 858 PB - Sage Publishing CY - London AN - OPUS4-53858 LA - eng 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 - 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 - RPRT A1 - Holm, Olaf T1 - ATR Aufschluss, Trennung und Rückgewinnung von ressourcenrelevanten Metallen aus Rückständen thermischer Prozesse mit innovativen Verfahren N2 - Ziel des Vorhabens war die Steigerung der Rückgewinnung von Metallen aus Aschen und Schlacken durch Aufschluss aus den mineralischen Verbunden. Durch das innovative Prallzerkleinerungsverfahren (Hochgeschwindigkeits-Rotations-Beschleuniger) des Projektpartners TARTECH, sollten die Verunreinigungen an den metallischen Anteilen praktisch vollständig abgeschlagen werden. Diese Aufbereitungstechnik sollte im Rahmen des Projektes so verfeinert und angepasst werden, dass metallische Partikel von 0,5 bis 5 mm aufgeschlossen werden, damit sie anschließend über Wirbelstromscheider in elementarer Form abgetrennt werden können. KW - Rostasche KW - Prallzerkleinerungsverfahren KW - Aufbereitungstechnik PY - 2021 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-521571 UR - https://edocs.tib.eu/files/e01fb21/1748479865.pdf DO - https://doi.org/10.2314/KXP:1748479865 SP - 1 EP - 516 AN - OPUS4-52157 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Holm, Olaf A1 - Simon, Franz-Georg T1 - Aufschluss, Trennung und Rückgewinnung von ressourcenrelevanten Metallen aus Rückständen thermischer Prozesse mit innovativen Verfahren Teilprojekt A: Projektkoordination und physikalische-chemische Verfahren N2 - Die Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung (BAM) mit ihrem Fachbereich 4.3 Schadstofftransfer und Umwelttechnologien hat für das Verbundvorhaben „ATR - Aufschluss, Trennung und Rückgewinnung von ressourcenrelevanten Metallen aus Rückständen thermischer Prozesse mit innovativen Verfahren“ die Gesamtkoordination übernommen. Bei insgesamt neun Projektpartnern fiel folgerichtig ein nicht unwesentlicher Aufwand für Verwaltungsaufgaben an. Insbesondere die Verzögerungen bei dem Bau der großtechnischen Anlagen im Teilprojekt B (ausführlich erläutert im Bericht für das Gesamtvorhaben) resultierten in einer Vielzahl von Folgeaufgaben. Wissenschaftlich verfahrenstechnisches Ziel des Teilprojektes A bei der BAM war die Rückgewinnung von Metallen und metallischer Verbindungen aus speziellen, bereits teilaufbereiteten Fraktionen von Aschen aus der Hausmüllverbrennung (HMVA). Ausgangsmaterial sollten Fraktionen sein, die im Rahmen des Projektes vom Projektpartner TARTECH eco industries AG bereitgestellt werden sollten. Eigens und im Rahmen des Projektes entwickelte Hochgeschwindigkeits-Rotations- Beschleuniger sollten die mineralischen Oberflächenverkrustungen abschlagen, die einzelnen Bestandteile trennen und so eine effizientere Sortierung mit Anschlussverfahren ermöglichen. Die Verfahren, die bei der BAM dafür zum Einsatz kamen, waren im Wesentlichen Flotation und Dichtesortierung mittels eines Zentrifugalsortierers. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf der Rückgewinnung bzw. Anreicherung von Kupfer und Kupferverbindungen. KW - Rostasche KW - Flotation KW - Dichtesortierung KW - Zentrifugalsortierer PY - 2021 UR - https://edocs.tib.eu/files/e01fb21/1748479865.pdf SP - 68 EP - 122 AN - OPUS4-52158 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Jovičević-Klug, Matic A1 - Souza Filho, Isnaldi R. A1 - Springer, Hauke A1 - Adam, Christian A1 - Raabe, Dierk T1 - Green steel from red mud through climate-neutral hydrogen plasma reduction N2 - AbstractRed mud is the waste of bauxite refinement into alumina, the feedstock for aluminium production1. With about 180 million tonnes produced per year1, red mud has amassed to one of the largest environmentally hazardous waste products, with the staggering amount of 4 billion tonnes accumulated on a global scale1. Here we present how this red mud can be turned into valuable and sustainable feedstock for ironmaking using fossil-free hydrogen-plasma-based reduction, thus mitigating a part of the steel-related carbon dioxide emissions by making it available for the production of several hundred million tonnes of green steel. The process proceeds through rapid liquid-state reduction, chemical partitioning, as well as density-driven and viscosity-driven separation between metal and oxides. We show the underlying chemical reactions, pH-neutralization processes and phase transformations during this surprisingly simple and fast reduction method. The approach establishes a sustainable toxic-waste treatment from aluminium production through using red mud as feedstock to mitigate greenhouse gas emissions from steelmaking. KW - Multidisciplinary PY - 2024 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-594424 DO - https://doi.org/10.1038/s41586-023-06901-z SN - 0028-0836 VL - 625 IS - 7996 SP - 703 EP - 709 PB - Springer Science and Business Media LLC AN - OPUS4-59442 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -