Qualitätsanforderungen an recycelten Phosphor zur Nutzung in der Landwirtschaft

Transkript

1 Qualitätsanforderungen an recycelten Phosphor zur Nutzung in der Landwirtschaft Jürgen Kern Berliner Wasserwerkstatt Kompetenzzentrum Wasser Berlin

2

3 Wasser, Abwasser Phosphor-Rückführung, Pflanzenernährung Stoffströme, Ökonomie, Umsetzung expertenworkshop-phosphor-fuer-die-landwirtschaft-strategien-fuer-eine-endlicheressource.html

4 Phosphor ist eine unverzichtbare Ressource für die Landwirtschaft und daher auch für die Ernährungssicherheit. Die Freisetzung nicht rückgewinnbaren Phosphors soll bis 2050 gestoppt werden, so dass seine Kreislaufführung weltweit erreicht werden kann. Zielkatalog für nachhaltige Entwicklung Leitplanken: 1. Klimawandel 2. Ozeanversauerung 3. Verlust biologischer Vielfalt 4. Land- und Bodendegradation 5. Gefährdung durch langlebige anthropogene Schadstoffe 6. Verlust von Phosphor April 2014 ISBN

5 Weltweiter Phosphor-Einsatz in der Landwirtschaft (Ashley et al. 2011)

6 Phosphor-Quellen auf der Erde Höchste Rohphosphatgehalte = 39% P 2 O 5 Lagerstätten magmatisch sedimentär Guano Derzeit bekannte P-Reserven = t Weltweiter Abbau (2013) = t Statische Lebensdauer 314 Jahre

7 Menge und Qualität von Phosphor aus Lagerstätten Land Produktion 2009 Reserven USGS 1 Schätzung Reserven IFDC 2 Schätzung Cd-Gehalt (mg/kg P 2 O 5 ) Millionen Tonnen P Marokko China USA Jordanien Russland ,3 5 Andere Welt Reserven erschöpft in Jahren IPNI (2013) Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (2008) 1 USGS: U.S. Geographical Survey 2 IFDC: International Fertilizer Development Center

8 Landwirtschaftliche Phosphor-Quellen in Berlin-Brandenburg (Bedarf: t pro Jahr) 3% 17% 25% 50% 22% Gülle Gärreste Mineraldünger Sekundärrohstoffe

9 Düngerformen (nationale Ebene) nach Düngegesetz Wirtschaftsdünger Tierische Ausscheidungen, Gülle, Jauche, Stallmist, Stroh sowie ähnliche Nebenerzeugnisse aus der landwirtschaftlichen Produktion, auch weiterbehandelt. Sekundärrohstoffdünger Mineralische Düngemittel Abwasser, Für alle Düngemittel Fäkalien, Klärschlamm gelten künftig die sowie gleichen ähnliche Schadstoffgrenzwerte Stoffe aus Siedlungsabfällen (Übergangszeit für und Klärschlämme vergleichbare und Bioabfall Stoffe aus bis anderen 2016) Quellen, jeweils auch weiterbehandelt und in Mischungen untereinander. Bodenhilfsstoffe (z.b. Förderung der symbiontischen N 2 -Fixierung) Pflanzenhilfsmittel (> pflanzenbaulicher Nutzen) Kultursubstrate (z.b. Verwendung von Humusersatzstoffen) Abfälle

10 Düngemittel-VO (national) EG-Düngemittel-VO (2003) Düngemittel-Probenahme und -analyse-vo Düngungsbeirats-VO Dünge-VO Rechtliche Rahmenbedingungen Düngerecht Düngegesetz (2009)

11 Problembereiche beim P-Recycling Verfügbarkeit (Produkt) Löslichkeit (P-Verfügbarkeit) Schwermetalle Verunreinigungen (Cl) Partikelgröße Anteil an organischer Substanz Preise

12 Anforderungen an Phosphor-Düngemittel nach Düngemittelverordnung (2012) Nährstoffformen und Löslichkeiten Typenbezeichnung Mindestgehalt Zusammensetzung, Art der Herstellung Triple-Superphosphat Thomasphosphat 38% P 2 O 5 Neutralammoncitratlösliches P 2 O 5, > 93% davon wasserlöslich 10% P 2 O 5 In 2%iger Zitronensäure lösliches P 2 O 5 Monocalciumphosphat; Aufschluss gemahlenen Rohphosphats mit Phosphorsäure Calciumsilicophosphate; Bearbeiten phosphathaltiger Schlacke aus der Stahlgewinnung Teilaufgeschlossenes Rohphosphat mit Mg 16% P 2 O 5 6% MgO Mineralsäurelösliches P 2 O 5, > 40% davon wasserlöslich; Mg als Gesamt-MgO Mono-, Tricalciumphosphat, Calciumsulfat; Teilaufschluss gemahlenen Rohphosphats mit Schwefel- bzw. Phosphorsäure

13 Anforderungen an Phosphor-Düngemittel nach Düngemittelverordnung (2012) Nährstoffformen und Löslichkeiten Typenbezeichnung Mindestgehalt Zusammensetzung, Art der Herstellung Triple-Superphosphat Thomasphosphat 38% P 2 O 5 Neutralammoncitratlösliches P 2 O 5, > 93% davon wasserlöslich 10% P 2 O 5 In 2%iger Zitronensäure lösliches P 2 O 5 Monocalciumphosphat; Aufschluss gemahlenen Rohphosphats mit Phosphorsäure Calciumsilicophosphate; Bearbeiten phosphathaltiger Schlacke aus der Stahlgewinnung Teilaufgeschlossenes Rohphosphat mit Mg 16% P 2 O 5 6% MgO Mineralsäurelösliches P 2 O 5, > 40% davon wasserlöslich; Mg als Gesamt-MgO Mono-, Tricalciumphosphat, Calciumsulfat; Teilaufschluss gemahlenen Rohphosphats mit Schwefel- bzw. Phosphorsäure

14 Klärschlammaschen mit hohen Al- und Fe-Salzgehalten aus Fällungsprozessen sind unbrauchbar (G. Ebert, ) Löslichkeit und Pflanzenverfügbarkeit von Phosphordüngemitteln Extraktionsmittel Neutrales Ammoncitrat Wirkung / Anwendung Super-PO 4 u.a. Dünger in den USA Wasser schnelle Anfangswirkung (Super-PO 4 ) Zitronensäure verzögerte Folgewirkung (Thomas-PO 4 ) Ameisensäure konz. Mineralsäure Differenzierung der Rohphosphate sehr langsame Nachwirkung Bestimmung des P-Gesamtgehalts Schwerlösliche Formen wie Hydroxylapatit aus Aschen sind problematisch, weiterer Aufschluss erforderlich.

15 Rohstoffe aus Rückgewinnung Anforderungen Schwermetalle/Verunreinigungen (Dr. G. Ebert, ) Cd: Grenzwert 50 mg Cd / kg P 2 O 5 Pb: Grenzwert 150 mg / kg Cr VI : Grenzwert 2 mg / kg Ni: Grenzwert 80 mg / kg > 20 Deklarationspflicht > 100 Deklarationspflicht > 1,2 Deklarationspflicht > 40 Deklarationspflicht Al: kein Grenzwert, aber unerwünscht Cl: Kein Problem, wenn P wasserlöslich und nicht aufgeschlossen werden muss (Ausnahme: chloridempfindliche Kulturen) Beim Säureaufschluss sonst starke Korrosion (Königswasserbildung) sowie Cl- und NO x -Emissionen Gehalt < 2 % wenn als chloridarm deklariert 15

16 MAP (Struvit) NH 4 MgPO 4 6 H 2O MAP (Struvit) Grenzwert AbfKlärV DüMV Schwermetalle As mg/kg < Pb mg/kg 44 < 2, Cd mg/kg < 0,6 < 0,5 10 1,5 " " 115 * Cr mg/kg 42 2,5 900 Cu mg/kg 160 8,6 800 Ni mg/kg 19 < 2, Hg mg/kg < 1 < 0,1 8 1 Tl mg/kg < 0,4 1 Zn mg/kg * für Düngemittel ab 5% P 2 O 5

17 Partikelgröße und Fremdbestandteile in Düngemitteln Voraussetzungen lt. Düngemittel-Verordnung (2012) Mindestanteile für teilaufgeschlossenes Rohphosphat mit Magnesium: - Siebdurchgang Feste Düngemittel dürfen 98% nur bei zerkleinert 0,63 mm und und streufähig in Verkehr gebracht werden. Siebdurchgang: 90% bei 0,16 mindestens mm 90% < 20 mm - Fremdbestandteile: Steine > 10 mm Durchmesser < 5% TM Altpapier, Glas, Kunststoffe < 0,5% TM

18 Anforderungen an Recyclingprodukte zum Einsatz als Düngemittel Kontinuierliche Verfügbarkeit Verarbeitungsfähigkeit (Granulierung) Ausreichende Gehalte an Gesamt-P und löslichem P (Bodenumsetzungen) Geringe Gehalte an unerwünschten Nebenbestandteilen (organische Substanzen, Schwermetalle, Chlorid) Registration at the European Chemicals Agency (REACH) for a production/trade rate of >100 t / year Hygienische Unbedenklichkeit Standardisierte Produkteigenschaften Kein negatives Image Wirtschaftlichkeit

19 Düngemitteldeklaration 1. Produktdeklaration durch den Hersteller mit Angabe des Typs und der Wirksamkeit des gewonnenen MAP einschließlich entsprechender Analysen 2. Landesamt für ländliche Entwicklung, Landwirtschaft und Flurneuordnung (LELF) Brandenburg stellt Antrag zur amtlichen Düngemittelverkehrskontrolle 3. Prüfung des Produkts durch das LELF 4. Nach positiver Überprüfung der deklarierten Daten folgt Antrag an das Bundesministerium (BMEL) zur Genehmigung des Produkts als Düngemittel 5. Wissenschaftlicher Beirat des Ministeriums entscheidet über die Zulassung als Düngemittel

20 Weitergehende Nutzbarmachung von P-Ressourcen Gute Pflanzenverfügbarkeiten (P, N, Mg) Sehr niedrige bzw. nicht nachweisbare Gehalte an toxischen Verbindungen Partikelgröße