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Weltweit werden etwa 80–85 % aller abgebauten Rohphosphate für die Produktion von Düngemitteln verwendet. Bei noch steigendem Bedarf an Phosphor (P) geht man derzeit davon aus, dass die weltweiten P-Reserven noch über 200 Jahre ausreichen. Um den P-Vorrat langfristig abzusichern, sollte der in Reststoffen enthaltene Phosphor möglichst umfänglich genutzt werden. Dieser Forderung trägt das von der Bundesregierung 2012 erstmals beschlossene Deutsche Ressourceneffizienzprogramm ProgRess Rechnung. Rohphosphat wird auch seitens der Europäischen Kommission aufgrundseiner ökonomischen Bedeutung und des unsicheren Angebots als „kritischer Rohstoff“ eingestuft. Vor diesem Hintergrund hat die Bundesregierung in der Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung vom 27. September 2017 in Deutschland eine verpflichtende technische Rückgewinnung von Phosphor für Abwasserbehandlungsanlagen ab einer Ausbaugröße von 100.000 Einwohnerwerten (12 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) bzw. ab einer Ausbaugröße von über 50.000 Einwohnerwerten (15 Jahre nach Inkrafttreten der Verordnung) vorgeschrieben. Die Verordnung enthält keine Vorgaben hinsichtlich der anzuwendenden Technologie bei der Phosphorrückgewinnung. Ausgenommen von der Rückgewinnungspflicht sind Klärschlämme mit niedrigen Phosphorgehalten (weniger als 20 Gramm Phosphor je Kilogramm Klärschlamm-Trockenmasse). Auch die im Jahre 2017 verabschiedeten neuen Rechtsvorschriften für die Düngung verlangen zukünftig einen nachhaltigen und ressourceneffizienten Umgang mit Nährstoffen bei der landwirtschaftlichen Erzeugung und schränken die P-Zufuhr insbesondere auf hoch versorgten Böden ein (Düngeverordnung vom 26. Mai 2017). Dies wird zu einem mehr am Pflanzenbedarf orientierten und ggf. vermehrt überbetrieblichen Einsatz von wirtschaftseigenen Düngern führen. Um den politischen und gesetzlichen Anforderungen gerecht zu werden, müssen einerseits wirksame und kosteneffiziente technische Verfahren zum P-Recycling (weiter)entwickelt werden. Andererseits müssen die Recyclingprodukte die Anforderungen für eine direkte Verwendung in der Landwirtschaft oder als Rohstoff für die Herstellung von Düngemitteln erfüllen. In dem vorliegenden Standpunkt wird zunächst der potenzielle Beitrag von Reststoffen zur Deckung des P-Bedarfs in der deutschen Pflanzenproduktion geschätzt. Für die wichtigsten Reststoffe werden technische Verfahren zur P-Rückgewinnung bzw. Aufarbeitung skizziert. Auf Basis der Anforderungen der Landwirtschaft bzw. der Düngemittelindustrie
an die P-Recyclingprodukte werden deren Herstellungsverfahren bewertet. Schließlich wird der Regelungs- und Forschungsbedarf formuliert.
Bei elektrisch isolierenden Polymeren kann durch Beimischung leitfähiger Partikel eine Leitfähigkeit erreicht werden. Polymere mit einem strukturell geordneten, ungesättigten Polymerkörper besitzen bereits eine intrinsische Leitfähigkeit. Dünne Polymerschichten, wie sie mit Plasmaverfahren erzeugt werden, unterscheiden sich ganz wesentlich in ihrer Struktur von den klassischen Polymeren. So besitzen Plasmapolymerschichten aus leitfähigen Polymeren nur sehr geringe Leitfähigkeiten. Diese kann durch eine Dotierung mit Jod bei erhöhter Temperatur verbessert werden. Da eine Dotierung während des Plasmaprozesses mit elementarem Jod schwierig ist, wurde am Fraunhofer-Institut für Angewandte Materialforschung ein neues Plasmaverfahren entwickelt und in einer Laboranlage erprobt. Die Anlage arbeitet mit einem Argon-Mikrowellenplasma, dem jodhaltige aromatische Monomere (2-lodthiophen) zugesetzt wird. Die elektrische Leitfähigkeit der erzeugten Plasmapolymerschicht ist gut; ihr Aufbau und molekulare Struktur wurden mit ESCA und IR-Spektroskopie untersucht.
Structural investigations of electrical conducting plasma polymerized films from 2-iodothiophene
(1993)
Thin plasma polymerized films were produced in a microwave (2.45 GHz) plasma discharge using 2-iodothiophene as the initial monomer. The structure of these electrically conducting films (10-6-10-1 S/cm), the chemical state of the doping element iodine and the elemental homogeneity at the surface and in the films have been investigated by XPS, FTIR and AES. An interesting relationship was found that indicates some similarity to conventional polythiophene, prepared by electrodeposition. Besides covalently bound iodine, considerable amounts of I 3- and I 5- were detected and also a small number of O-I bonds were identified.
Plasma polymer films of vinyltrimethylsilane (VTMS) were deposited by radiofrequency (RF. 13.56 MHz) or Microwave (MW, 2.45 GHz) discharges in two reactors of the same volume and geometry. — The polymer films were characterized by electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA) and infrared spectroscopy (FTIR). It turned out, that the RF — and the MW — polymers had almost the same Si/C-composition ratio of 1/5 in the entire range of RF-and MW-power (60-150 W). Although the Si/C film-composition remains almost constant, the binding states of Si-and C-atoms in the respective ESCA-spectra are changing. While the CSi part of the C1s-peak increases with the RF-or MW-power, the C-H/C-C part of the peak decreases, indicating a loss of hydrogen in the polymer films. — Obviously the fragmentation of the VTMS-monomer is quite different for the two types of plasma discharges. While films of the RF-plasma clearly show strong contributions of the methyl and vinyl groups, these groups are completely missing for the MW-plasma polymers. — From these results structure models of the plasma polymers have been developed.
Intrinsically conductive plasma polymers were formed in a 2.45 GHz microwave low pressure plasma. The electrical conductivity and structure of the polymeric films were compared with those of electrochemically polymerized polythiophene. A new method of doping was tested using the iodine-containing monomer 2-iodothiopene. Films with high electrical conductivity (10-1 down to 10-6 S cm-1) could be produced, and their chemical structure was studied by X-ray photoelectron spectroscopy and Fourier transform IR spectroscopy. The IR spectra give a strong indication that the chemical structure of these films is comparable with that of electrochemically deposited polythiophene. Optical emission spectroscopy was used to give in-situ information about the fragmentation mechanism in the plasma.