TY - JOUR A1 - Ciornii, Dmitri A1 - Hodoroaba, Vasile-Dan A1 - Wachtendorf, Volker A1 - Fengler, Petra A1 - Altmann, Korinna T1 - Interlaboratory Comparison Reveals State of the Art in Microplastic Detection and Quantification Methods N2 - In this study, we investigate the current accuracy of widely used microplastic (MP) detection methods through an interlaboratory comparison (ILC) involving ISO-approved techniques. The ILC was organized under the prestandardization platform of VAMAS (Versailles Project on Advanced Materials and Standards) and gathered a large number (84) of analytical laboratories across the globe. The aim of this ILC was (i) to test and to compare two thermo-analytical and three spectroscopical methods with respect to their suitability to identify and quantify microplastics in a water-soluble matrix and (ii) to test the suitability of the microplastic test materials to be used in ILCs. Two reference materials (RMs), polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene (PE) as powders with rough size ranges between 10 and 200 μm, were used to press tablets for the ILC. The following parameters had to be assessed: polymer identity, mass fraction, particle number concentration, and particle size distribution. The reproducibility, SR, in thermo-analytical experiments ranged from 62%−117% (for PE) and 45.9%−62% (for PET). In spectroscopical experiments, the SR varied between 121% and 129% (for PE) and 64% and 70% (for PET). Tablet dissolution turned out to be a very challenging step and should be optimized. Based on the knowledge gained, development of guidance for improved tablet filtration is in progress. Further, in this study, we discuss the main sources of uncertainties that need to be considered and minimized for preparation of standardized protocols for future measurements with higher accuracy. KW - Microplastics KW - Interlaboratory comparison KW - PlasticsFatE KW - PET KW - PE KW - Reference materials KW - VAMAS KW - Thermo-analytical methods KW - Spectroscopical methods PY - 2025 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-630462 DO - https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05403 SN - 1520-6882 VL - 97 SP - 8719 EP - 8728 PB - ACS Publications AN - OPUS4-63046 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 - Stawski, Tomasz T1 - Processing of calcium sulfate in brines N2 - Calcium sulfate hemihydrate (CaSO4·0.5H2O), also known as bassanite or "plaster of Paris", serves as a precursor for the production of gypsum (dihydrate, CaSO4·2H2O), widely used in construction. Currently, ~200 MT of calcium sulfate are consumed annually. Bassanite is obtained from gypsum through a solid-state thermal treatment in kilns at temperature ranging from 150 °C to 200 °C. We introduce a more efficient and sustainable method (T < 100 ºC) that enables the direct, rapid, and reversible conversion of gypsum to bassanite using reusable high salinity aqueous solutions (brines with c[NaCl] > 4 M). These transformations are controlled by the properties of the solution, offering extensive opportunities for precise manipulation of crystal formation and recycling of gypsum waste. T2 - BESSY User Meeting 2024 CY - Berlin, Germany DA - 12.12.2024 KW - Gypsum PY - 2024 AN - OPUS4-62095 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - THES A1 - Herzel, Hannes T1 - Phase reaction during thermochemical treatment of sewage sludge and biomass ashes with alkali compounds to increase nutrient plant availability N2 - Das Element Phosphor ist für Pflanzen, Tiere und Menschen essenziell. Um die Phosphorversorgung für Pflanzen in der Landwirtschaft zu gewährleisten, werden Phosphordünger eingesetzt. Die Nährstoffe werden hauptsächlich durch Wirtschaftsdünger (Gülle, Jauche, Stallmist) zurückgeführt. Zusätzlich werden in der konventionellen Landwirtschaft mineralische Phosphordünger eingesetzt, die vorwiegend aus dem fossilen Rohstoff Phosphorit gewonnen werden. Um die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu reduzieren, sollen nährstoffhaltige Rest- und Abfallstoffe zur Phosphordünger aufbereitet werden. In Abwasserkläranlagen fällt phosphorreicher Klärschlamm als Abfallstoff an. Der größte Anteil des Klärschlammes wird in Steinkohlekraftwerken, Zementwerken oder in Monoklärschlammverbrennungsanlagen verbrannt. Die Klärschlammaschen aus den Monoverbrennungsanlagen enthalten bis zu 12 Gew.-% Phosphor und sind daher für die Düngerherstellung geeignet. Ein geeignetes Verfahren zur Aufbereitung der Klärschlammaschen ist die thermochemische Behandlung im Drehrohrofen. Mit dem sogenannten AshDec®-Prozess, kann ein Phosphordünger hergestellt werden. Aktuell wird eine großtechnische Anlage in Altenstadt (Bayern) geplant, die im Jahr 2023 den Betrieb aufnehmen soll. Der zentrale Bestandteil ist die Phasenumwandlung von schlecht pflanzenverfügbaren Phosphaten in der Klärschlammasche (vorwiegend das Calciumphosphat Whitlockit und Aluminiumphosphat) zu gut pflanzenverfügbaren Calciumalkaliphosphaten im Produkt. Um dies zu erzielen, werden die Aschen mit Natrium- und/oder Kalium-Verbindungen gemischt und einer thermochemischen Behandlung bei 800-1000 °C zugeführt. Um die Pflanzenverfügbarkeit und Düngewirkung von Phosphaten abschätzen zu können, ist die chemische Extraktionsmethode mit neutraler Ammoniumcitratlösung geeignet. In der Dissertation werden die (Phosphor-)Phasenreaktionen und die Prozessbedingungen des thermochemischen Verfahrens untersucht, um das Verfahren gezielt zu modifizieren und die Wirtschaftlichkeit zu steigern. Die Zielphasen der thermochemischen Behandlung sind die Calciumalkaliphosphate CaNaPO4 und CaKPO4, und deren Mischphasen Ca(Na,K)PO4, welche in der Publikation 3.1 synthetisiert wurden. Für diese Calciumalkaliphosphate wurden die thermodynamischen Daten der Standardbildungsenthalpie, Standardentropie, Wärmekapazität und die Wärmemenge der Phasenumwandlung bestimmt (Publikation 3.1). Bei der thermochemischen Behandlung von Klärschlammaschen wurden als Additive Natrium- und Kaliumsulfat bei verschiedenen Temperaturen getestet. Der Einsatz von Kaliumadditiven ist erwünscht, um den Marktwert des Produktes durch die Produktion eines Phosphor-Kalium-Düngers zu erhöhen. Zusätzlich wird eine möglichst geringe Prozesstemperatur angestrebt, bei der die erwünschten Calciumalkaliphosphate gebildet werden. In den Publikationen 3.2 und 3.3 wird gezeigt, dass für Klärschlammaschen eine komplette Phasenumwandlung zu Calciumnatriumphosphaten ab 875 °C in Laborversuchen (Korundtiegel) mit dem Additiv Natriumsulfat erzielt werden kann. Der Einsatz von Kaliumsulfat erforderte notwendige Reaktionstemperaturen von über 1100 °C. Diese unterschiedlichen Reaktionstemperaturen hängen mit den Schmelzpunkten von Natriumsulfat (890 °C) und Kaliumsulfat (1070 °C) zusammen. Um Kaliumsulfat in den Prozess bei niedrigen Temperaturen zu integrieren, wurden Natriumsulfat und Kaliumsulfat vor der Behandlung gemischt. Dies führte zu einer Schmelzpunkterniedrigung und resultierte in Reaktionstemperaturen zwischen 900 °C bis 1000 °C für die untersuchten Mischungen von Natrium- und Kaliumsulfat (Publikation 3.3). Die Zusammensetzung der Calciumalkaliphosphate Ca(Na,K)PO4 war anders als erwartet. Bei der Phasenanalytik stellte sich heraus, dass bei geringem und mittlerem Anteil von Kaliumsulfat im Alkali-Additiv nur Calciumnatriumphosphate mit sehr geringen Kaliumgehalten gebildet wurden. Erst bei einem hohen Anteil von Kaliumsulfat in der Mischung der Alkalisulfate konnten kaliumhaltige Calciumalkaliphosphate nachgewiesen werden (u.a. (Ca0.9Mg0.1)(Na0.6K0.4)PO4). Dieser geringere Einbau von Kalium in die Calciumalkaliphosphate hängt mit den zusätzlich stattfindenden Reaktionen zwischen den Alkalien und den Silikaten zusammen. Es ist bekannt, dass die zugegebenen Alkalisulfate zuerst mit Silikaten und anschließend mit den Phosphaten reagieren. Silikate bauen bevorzugt Kalium ein, deswegen konnten erst kaliumhaltige Phosphate gebildet werden, wenn die Reaktion mit den Silikaten abgeschlossen war. Dies führte zu einem geringeren Kaliumanteil in den gebildeten Phosphaten im Vergleich zum Kaliumanteil der verwendeten Alkaliadditive. Das in Silikaten gebundene Kalium ist wahrscheinlich schlecht für die Pflanzen verfügbar. Dies könnte den Einsatz der produzierten Phosphor-Kalium-Dünger einschränken. Der bevorzugte Kaliumeinbau in Silikaten konnte auch in Kalkulationen mit den thermodynamischen Daten aus der Publikation 3.1 gezeigt werden. Mittels Phasenanalytik vor und nach der chemischen Extraktion, konnte die Zugehörigkeit zu verschiedenen Modifikationen der Calciumalkaliphosphaten sicher bestimmt werden und eine ungefähre Zusammensetzung dieser Calciumalkaliphosphate abgeschätzt werden. So konnte nachgewiesen werden, dass die Modifikation vom CaNaPO4 ungefähr 10 % Magnesium einbauen kann. Wenn mehr Magnesium eingebaut wird, bildet sich die Phase (Ca,Mg)NaPO4, die eine vergleichbare Struktur wie die bekannte Phase (Ca0.72Mg0.28)NaPO4 aufweist. Dieses magnesiumreiche Calciumnatriumphosphat entstand vermutlich, wenn entweder erhöhte Anteile an Kalium eingebaut wurden (Ca0.8Mg0.2)(Na0.85K0.15)PO4 (Publikation 3.3) oder die Phasenumwandlung vom Calciumphosphat Whitlockit zum Calciumalkaliphosphat CaNaPO4 noch nicht abgeschlossen war (Publikation 3.2). Wenn mehr Kalium eingebaut wird, dann entsteht eine Phase (u.a. (Ca0.9Mg0.1)(Na0.6K0.4)PO4) ähnlich zu den Mischphasen aus der Publikation 3.1. In den Publikationen 3.4 und 3.5 wurden keine Klärschlammaschen untersucht, sondern Biokohlen aus Modellklärschlämmen (Publikation 3.5) und Biomasseaschen (Publikation 3.4) aus der Vergasung oder Verbrennung einer Mischung aus Zuckerrohrbagasse und Hühnertrockenkot. Die thermochemischen Produkte der Biokohlen bzw. Biomasseaschen enthielten das gewünschte CaNaPO4 und hatten eine hohe Düngewirkung in Pflanzenwachstumsversuchen mit Sojapflanzen bzw. Gräsern. KW - AshDec KW - Recycling fertilizer KW - Calcium alkali phosphate PY - 2020 SP - 1 EP - 186 CY - Jena AN - OPUS4-54724 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 - CONF A1 - Geburtig, Anja T1 - Umfassende Analyse von Leachabels aus rezyklierten HDPE-Kanistern N2 - Es wurde untersucht, welche Substanzen aus rHDPE-Post-Consumer-Rezyklat herausgelöst und nachgewiesen werden können (Non-Target-Analytik). Die Substanzen wurden sowohl chemisch als auch anwendungsbezogen systematisiert. Diskutiert wurde die Nutzung der Ergebnisse zur Festlegung von Qualitätskriterien von rHDPE sowie zur Verbesserung des mechanischen Recycling-Prozesses. T2 - 20. Gefahrgut-Technik-Tage CY - Berlin, Germany DA - 13.11.2025 KW - rHDPE KW - Rezyklat KW - Leachables PY - 2025 AN - OPUS4-64852 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ryll, Tom William T1 - In-situ analysis of nucleation processes – case study: calcium sulfate N2 - In this project we investigate nucleation pathways by utilizing synchrotron-XRD and running a case-study on calcium sulfate phases. To accomplish this, we developed a modular automation setup for reactions in solution to run synthesis and control reaction conditions. So far we successfully characterized the recycling process of gypsum and are now investigating the formation of anhydrite. T2 - BESSY@HZB User Meeting CY - Berlin, Germany DA - 02.12.2025 KW - Recycling KW - Gypsum KW - Synchrotron-X-ray-diffraction KW - Raman-spectroscopy KW - Automation PY - 2025 AN - OPUS4-65344 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Herzel, Hannes T1 - Thermochemische P-Rückgewinnungsverfahren in Deutschland zur Düngerproduktion N2 - Die Firma Emter GmbH betreibt die Klärschlammverbrennungsanlage Altenstadt und hat in die bestehende Monoverbrennung einen thermochemischen Prozess integriert, um hochwirksame und schadstoffarme Düngemittel aus Klärschlamm herzustellen. Die Anlage ist aktuell die größte Phosphorrecyclinganlage in Deutschland mit der die Vorgaben der AbfKlärV bereits frühzeitig umgesetzt werden. Das Projekt R-Rhenania begleitet die Phosphorrecyclinganlage mit Untersuchungen zur Produktqualität, mit Gefäßversuchen und Feldversuchen im ökologischen Landbau, mit Ökobilanzierung und der Konfektionierung verschiedener Düngemittelprodukte. Viele Klärschlammaschen haben geringe Schwermetallgehalte und sind geeignet durch vergleiche thermochemische Prozesse behandelt zu werden. Mit den Daten aus dem Klärschlammasche-Monitoring der BAM können die Potentiale für die Verwertung der Aschen in den thermochemischen Prozessen wie AshDec oder CaNaPhos abgeschätzt werden. T2 - DWA Klärschlammnetzwerk Nord-Ost CY - Berlin, Germany DA - 21.01.2026 KW - Phosphor KW - Recycling KW - Thermochemisch KW - Großtechnik PY - 2026 AN - OPUS4-65611 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Schlegel, Moritz-Caspar T1 - Die Ökodesign-Rahmenverordnung - Produkteffizienz neu gedacht N2 - Die Präsentation fasst das europäische Verständnis für den Begriff "Produkteffizienz" und die diesbezügliche Entwicklungen der vergangenen Jahre zusammen. Es wird eine Verbindung zwischen Rechtssetzung, Normung und Forschung hergestellt und entsprechende Beiträge zur der Transformation von einer linearen- zu einer zirkulären Wirtschaft (Circular Economy) erörtert. T2 - DIN-Mitgliederdialog CY - Berlin, Germany DA - 03.03.2026 KW - Circular economy KW - Product efficiency KW - Normung KW - Ecodesign KW - Policymaking PY - 2026 AN - OPUS4-65631 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Vogel, Christian T1 - Investigating the Thermal Decomposition of PFAS in a Full-Scale Commercial Hazardous Waste Incinerator N2 - Effective and safe treatment of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS)-laden waste in full-scale hazardous waste facilities is currently the only commercial method for large-scale PFAS destruction, but concerns remain about incomplete combustion and harmful byproducts. Therefore, the fate of fluorine during incineration was investigated in a full-scale hazardous waste incinerator to assess the viability and potential risks of this method. The project involves developing advanced analytical tools, including real-time infrared spectroscopy, and conducting trial burns under varied conditions. Conditions that influence incineration performance are identified, analyzing for products of incomplete destruction (PIDs), exploring the role of fly ash and surfaces in PFAS breakdown, and evaluating the potential formation of polyfluorinated dioxins and furans. Collectively, these tasks aim to deliver practical tools and guidance for scientists and engineers, while informing policymakers and the public on the benefits and potential risks of PFAS incineration. T2 - DoW Applied Innovation Workshop CY - Washington, DC, USA DA - 02.03.2026 KW - Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) KW - Incineration PY - 2026 AN - OPUS4-65638 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -