- Phosphorrecycling aus Klärschlamm - Steigerung der Pflanzenverfügbarkeit durch thermochemische Konversion
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- Astrid Wolf
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1 - Phosphorrecycling aus Klärschlamm - Steigerung der Pflanzenverfügbarkeit durch thermochemische Konversion Kevin Friedrich, Thomas Appel, Katharina Schuh, Niels Ellermann & Garvin Weber 74. Symposium des ANS e.v. Abfallwirtschaft meets Biochar - Perspektiven für den Klimaschutz? 2. Oktober 2013
2 Agenda Warum ist Phosphor wichtig? P-Recycling im PYREG-Verfahren Untersuchung der P-Verfügbarkeit Untersuchung der Schwermetallabtrennung Materialprüfung im Gefäßversuch Materialprüfung im Feldversuch Fazit 2
3 Phosphorkreislauf Quelle: Falkowski et al. (2000) 3 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
4 Phosphorressourcen Quelle: Cordell et al. (2009) 4 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
5 Klärschlamm als P-Quelle Phosphordünger Pflanzenproduktion Nahrungsmittelverzehr Menschliche Ausscheidung Mg P /a Mg P /a Mg P /a 30% P-Recycling möglich! Phosphorbereitstellung Schwermetallentfernung Hygenisierung notwendig Entfernung von endokrinen Substanzen Eliminierung von Medikamentenrückständen Stabilisierung des Substrats 5 Zahlenwerte aus: Gethke-Albinus (2012) Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
6 Chance: PYREG-Technologie Schwermetallabtrennung Nasswäscher Staubfilter AK 6 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
7 Steigerung der P-Löslichkeit Einsatzklärschlamm: KS Enkenbach-Alsenborn Zugabe von MgCl 2, CaCl 2 oder KCl Salzen in unterschiedlichen Konz. 4 Temperaturstufen (500 C, 700 C, 800 C und 900 C) Untersuchung auf P ges, sowie drei P-Löslichkeiten citronensäurelöslicher Phosphor ameisensäurelöslicher Phosphor ammoniumcitratlöslicher Phosphor 7 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
8 Gesamtphosphat im Düngemittel 8 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
9 Salzart (15 % Additivzugabe) 9 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
10 Salzkonzentration (Ca-Variante) 10 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
11 Schwermetallentfrachtung 15% Chloridzugabe KS - EA PYREG-ANLAGE KS Kohle (Schwermetall Entfrachtet) KS - Kohle 11 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
12 Schwermetalle DüMV Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
13 Gefäßversuch Weidelgras 64 Mitscherlich Gefäße P-Dünger nativ, CaCl 2 -Variante, MgCl 2 -Variante & Biomasse/KS-Variante, ½ Mineraldünger, Mineraldünger, Kontrolle, Dolophos 26 Alle Gefäße mit Makro- & Mikronährstoffen ausgeglichen Quelle: Projektarbeit Schuh (2012) 13 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
14 Biomasseertrag 14 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit Quelle: Projektarbeit Schuh (2012)
15 g P / kg Gefäßversuch Weidelgraß P-Konzentration im Aufwuchs [g P/kg] 5,0 4,5 ohne CaO-Comp. 4,0 mit CaO-Comp. 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 ohne P 1/2 P P voll Dolophos PK ohne Zusatz PK + CaCl2 PK + MgCl2 PK + Biom. Quelle: Projektarbeit Schuh (2012) 15 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
16 Feldversuch Gerste 4 Varianten / 5 Parallelen CaCl 2 -Dünger & MgCl 2 -Dünger, mineralischer P-Dünger und Kontrolle P-armer Standort (Gehaltsklasse: A-B) durch Abgraben der Oberkrume gelb: Kontrolle grün: Super-P blau: Ca-Variante violett: Mg-Variante CAL-P 0-15 cm (mg P / 100g Boden) Parzellenplan Feldversuch 16 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
17 Feldversuch - Erträge 17 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
18 Feldversuch - Phosphor 18 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
19 Fazit Klärschlamm als P-Quelle im PYREG-Verfahren attraktiv Die P-Konzentration konnte gesteigert werden Die Temperatur hat sich als größter Einflussfaktor bei der P-Verfügbarkeit herausgestellt Schwermetallentfrachtung findet statt Düngewirkung mit dem Standartdünger im organischen Landbau zu vergleichen 19 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
20 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Kevin Friedrich, M. Sc. Pyreg GmbH Trinbornstrasse D Dörth Tel: Die Arbeiten wurden im Rahmen des FHProfUnt Forschungsprojekts P-Recycling mit Bodenhilfsstoffen aus Klärschlammkoks durchgeführt. Vielen Dank für die tolle Zusammenarbeit: - Prof. Dr. Thomas Appel (Projektleiter) - B. Sc. Katharina Schuh - B. Sc. Niels Ellermann - B. Sc. cand. Garvin Weber 20
21 Quellen: Falkowski et al. (2000): The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a system; Science Vol. 290, No. 5490, pp Cordell et al. (2009): The story of phosphorus: Global food security and food for thought; Global Environment Change Vol. 19, pp Tenkorang, Lowenberg-DeBoer (2008): Forecasting Long-term Global Fertilizer Demand; Food and Agriculture Organisation Of The United Nations, Rome, 2008 Gethke-Albinus (2012): Verfahren zur Gewinnung von Sekundärphosphaten aus flüssigen Stoffstömen und deren Einfluss auf die deutsche Phosphorbilanz; RWTH Aachen, Dissertation
22 Klärschlammanalyse Parameter Klärschlamm Roh KA Enkenbach-Alsenborn Klärschlammkoks Einheit TS 84,8 94,23 % Asche 41,62 73,83 % C 24,05 15,31 % H 3,05 1,00 % N 3,2 1,34 % O 12,03 2,06 % S 0,79 0,55 % Faktor: 2!!! P als P 2 O 5 9,03 16,05 % 22 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
23 Citronensäurelösliches-P 23 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
24 Ammoniumcitratlösliches-P 24 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
25 KS - Schwermetallentfrachtung 25 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
26 Erträge 26 Einführung P-Verfügbarkeit Schwermetalle Materialprüfung Fazit
27 Verfahrensgrenzen - Heizwert: > 10 MJ/kg Frischmasse - Wassergehalt: < 50% - Partikel: < 40 mm z.b.: - Grünschnitt, Rinde, Holz, Nadeln, Laub - Schlachtabfälle, Getreideabfälle, Stroh, Miscanthus - Gärreste, Maissilage - Rapspresskuchen, Traubentrester, Biertreber, Papierfaserschlamm - Biotonne, Klärschlamm, Rechengut, - Kaffeepulver, Olivenkerne, Nussschalen 27
28 Verfahrensentwicklung - PYREG GmbH+FH Bingen 2009 PYREG GmbH 2005 PYREG Prozess 2003 Biomasse-Stirling Verstromung Holzvergaser
29 FLOX- Verbrennung Vorteile: Geringstmögliche Abgasemissionen durch hohe Turbulenz im idealen Temperaturbereich 29
30 30 0,5 MW PYREG-Anlage
31 31 Einsatzfeld Pyreg Technologie
32 CO 2 -Kreislauf der Biomasse 32 [Holweg 2010]
33 Klimabilanz Kohlenstoff Sequestrierung Biomasseaufbau aus dem atmosphärischen CO 2, welche dann in den Boden eingebracht wird - Klimawandel entgegenwirken - Bodenfruchtbarkeit steigern 33 [Glaser 2003]
34 Vorteile durch Pflanzenkohle Verbesserung des Humusaufbaus Erhöhung der Kationenaustauschkapazität Steigerung der Wasserhaltekapazität Besiedelungsmatrix für Mikroorganismen Höhere Bodendurchlüftung Bessere Aktivität der N-Bakterien Reduzierung von Lachgas- und Methanbildung 34
35 European Biochar Certificate Parameter Grenzwert Einheit C org. >50 Mas.-% Black Carbon C Mas.-% H/C 0,6 M/M O/C 0,4 M/M Nährstoffe N,P,K,Mg,Ca Deklaration Schwermetalle PB,Cd,Cu,Ni,Hg,Zn,Cr Einzelwerte PAK <12 (basic) / <4 (Premium) mg/kg TM PCB <0,2 mg/kg TM Dioxin/Furan 20 ng/kg TM 35
36 Wie kann s funktionieren? 36 [Ingenieure ohne Grenzen 2012]
37 37 Einsatzfeld Pyreg Technologie
38 CO2-Sequestrierung Speicherung von CO 2 in einer lagerstabilen Form Als Beispiel CCS (Carbon Capture and Storage) 38 Sondern: stabile C-Kohle in Boden einbringen um positive Effekte zu erzielen
39 39 Einsatzfeld Pyreg Technologie
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