Phosphor-Recyclingdünger und deren Phosphor-Düngewirkung

Phosphor-Recyclingdünger und deren Phosphor-Düngewirkung Martin Rex FEhS-Institut für Baustoff-Forschung e.v. Abteilung Düngemittel Bliersheimer Straße 62 47229 Duisburg www.fehs.de 1

Phosphor-Düngewirkung von Recyclingprodukten Statistik: Anfall von phosphorhaltigen Abfällen Prozesse des Phosphor-Recyclings Verfahren zur Aufbereitung Wirkung verschiedener P-Aufbereitungen im Versuch Ergebnisse eigener Versuche Ackerbauliche Maßnahmen zur Verbesserung der P- Mobilität Zusammenfassung 2

Jährlicher Anfall P-haltiger Abfälle in Deutschland [Römer 2013, Stat. Bundesamt] P-haltiger Abfall TM / Jahr P-Gehalt P-Menge in Tonnen in Prozent in Tonnen Klärschlamm 2,4 Mio 2 48.000 Tiermehle 400.000 ca. 3 12.000 Fleischknochenmehl 160.000 ca. 6 9.600 Summe ca. 70.000 Aufwand an Mineraldünger-P: 2009/2010 103.000 2011/2012 108.000 2013/2014 124.000 2015/2016 126.000 Seit 1954 Dauergrünland 3

Mineraldüngeraufwand (Tsd. t/jahr) Aufwand an mineralischen P-Düngemitteln in Deutschland [Römer 2013, Stat. Bundesamt] 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Seit 1954 Dauergrünland 4

Prozesse des Phosphor-Recyclings Direktverwertung Klärschlamm Kompost Gärresten Fleischknochenmehl Thermische Verfahren Aerobe Verbrennung Klärschlammasche (KSA) Tiermehlasche Pflanzenasche Chemische Verfahren Abwasser/Klärschlämme P-Ausfällungen Aschen Säureaufschluss Soda-Aufschluss (Alkalisinter-P) Kristallisation Anaerobe Verbrennung (Pyrolyse) Klärschlamm Pflanzen Klärschlamm-Briketts (Mephrec-Prozess) Aufschluss in flüssiger Konverterschlacke Seit 1954 Dauergrünland 5

P-Recyclingprodukte und Verfahren zur Aufbereitung [Hoffmann und Leicht, 2014] Ausgangsstoff Technik Verfahren/Prozess Produkte Schlammwasser im CaP, Kristallisation DHV Crystalactor Haupt- und Nebenstrom MAP Schlammhydrolyse bei 140 C und Klärschlamm 400 kpa, Zentrifugation, Fällung KREPRO FePO 4 von FePO4 Klärschlamm Bio-P im Nebenstrom, P-Fällung in Fällungsreaktor mit Kalkmilch Phostrip CaP Klärschlamm Überkritische Wasseroxidation bei 375 C und 22MPa, basische Lösung als Ca-Phosphat Aqua Eeci/SCWO CaP Filtrat aus der Klärschlammentwässerung Ionenaustausch und elektrochemische Separation (Elektrodeionisation) Phosiedi H 3 PO 4 Seit 1954 Dauergrünland 6

P-Recyclingprodukte und Verfahren zur Aufbereitung [Hoffmann und Leicht, 2014] Ausgangsstoff Technik Verfahren/Prozess Produkte Prozesswasser Magnesium-Ammonium-Phosphat- Kristallisationsreaktor PEARL/Ostara MAP Entratwasser/ Magnesium-Ammonium-Phosphat- Überstandwasser Fällung PRISA MAP Ausgefaulter Schlamm/Faulwasser Fällung Berliner/AirPrex MAP /Filtrat Klärschlamm Säurelösung + Schlammentwässerung, Flüssige Stuttgarter MAP Phase in Fällingsreaktor Klärschlamm Ansäuerung von gefaultem Klärschlamm Schwermetall- /Nährstofffällung Seaborne MAP Seit 1954 Dauergrünland 7

P-Recyclingprodukte und Verfahren zur Aufbereitung [Hoffmann und Leicht, 2014; Rex 2014] Ausgangsstoff Technik Verfahren/Prozess Produkte Klärschlammasche Metallabreicherung/ Säureaufschluss, Feststoffabtrennung/ Solventextraktion/ P-Fällung PASCH/Rüpa AlPO 4 Klärschlammasche Ansäuerung mit H 2 SO 4, Fällung AlPO von AlPO 4, Alkalisierung, Fällung Sephos 4, CaP von CaPO 4 Klärschlammasche Aufschluss mit H 2 SO 4, Aufreinigung über BioCon H 3 PO 4 Ionenaustauschstufen Klärschlammasche Thermochemische Behandlung im Drehrohrohrofen bei 850-1000 C, Austrag Schwermetallchloride über Gasphase, Mineralneubildung im Rückstand ASH DEC/BAM CaP/MAP Klärschlammasche Zufuhr von Klärschlammasche zu schmelzflüssiger Konverterschlacke bei 1500 C, Austrag flüchtiger Schwermetalle über Gasphase THOPHOS CaSiP Seit 1954 Dauergrünland 8

Zusammenfassende Gruppierung der P-Recyclingprodukte in vier P-Effizienzgruppen bezogen auf die P-Aufnahmeeffizienz von Superphosphat (SSP bzw. TSP) = 100 [Römer, 2013] Sandböden Lehmböden Thermische Produkte 0-25 % 26-50 % 51-75 % 76-100 % 0-25 % 26-50 % 51-75 % 76-100 % 8 Therm. Prod. 6 2 4 Therm. Prod. 2 1 1 (Mg-P) Ash Dec 1 1 3 1 Ash 08 1 1 Ash-09 1 BAM 1 BAM 1 Seit 1954 Dauergrünland 9

Zusammenfassende Gruppierung der P-Recyclingprodukte in vier P-Effizienzgruppen bezogen auf die P-Aufnahmeeffizienz von Superphosphat (SSP bzw. TSP) = 100 [Römer, 2013] Ca-Phosphate (Fällungen, Kristallisation) Sandböden Lehmböden 0-25 % 26-50 % 51-75 % 76-100 % 0-25 % 26-50 % 51-75 % 76-100 % Ca-Phosphate 1 2 P-Roc 08 1 P-Roc 09 1 Fix-Phos 1 SESAL 1 Pasch I 1 Pasch II 1 1 Pasch III 1 Seaborne 1 Ca-Phosphate 1 Ca 2 (PO 4 ) 2 H 2 O 1 Seit 1954 Dauergrünland 10

Zusammenfassende Gruppierung der P-Recyclingprodukte in vier P-Effizienzgruppen bezogen auf die P-Aufnahmeeffizienz von Superphosphat (SSP bzw. TSP) = 100 [Römer, 2013] Sandböden Lehmböden Mg-Phosphate 0-25 % 26-50 % 51-75 % 76-100 % 0-25 % 26-50 % 51-75 % 76-100 % Seaborne Mg-Phosphat 1 Mg 2 (PO 4 ) 2 H 2 O 1 Seaborne Mg-Phosphat 1 MAP. 9 Tests 1 2 1 1 4 MAP. 2 Tests 1 1 Fe-Phosphate 0-25 % 26-50 % 51-75 % 76-100 % 0-25 % 26-50 % 51-75 % 76-100 % Seaborne Fe-Phosphat 1 Budenheim FePO 4 1 Seit 1954 Dauergrünland 11

Phosphor-Düngewirkung von Recyclingprodukten nach Römer (2013) TSP = MAP > Mg-P = Sinter-P > Ca-P, (Kupol-Schlacke) > Klärschlammaschen (KSA) > Tiermehlasche, Eisen-Phosphate (Fe-P) 12

Relativertrag (%) 250 200 Phosphatwirkung von Sekundärrohstoff- und Mineraldüngern (nach Suntheim und Dittrich, 1998) Bioabfallkompost Grüngutkompost Stallmist Superphosphat 150 100 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 g P 2 O 5 /Gefäß 13

Relativertrag (%) Phosphatwirkung von Klärschlämmen unterschiedlicher Phosphatfällung (nach Suntheim und Dittrich, 1998) 350 300 250 Fe-Schlamm Al-Schlamm Bio-Schlamm Superphosphat 200 150 100 50 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 g P 2 O 5 /Gefäß 14

Phosphatwirkung von Fleischknochenmehl im Vergleich zu mineralischen P-Düngemitteln Seit 1954 Dauergrünland 15

% P 2 O 5 in Fleischknochenmehl Löslichkeit des Phosphats in Fleischknochenmehl 7 100 % 100 % 6 5 88 % 86 % 4 3 2 14,4 % Ca 0,29 % Mg 0,32 % K 25 % 1 0 Mineralsäure 6,0 % CaO basisch wirksam Ameisensäure Zitronensäure Neutral-Ammoncitrat Alkali-Ammoncitrat Wasser 2 % 16

Phosphatgehalte (%) der eingesetzten P-Dünger minerals.lösl. P 2 O 5 citrsl. P 2 O 5 ammoncitrls. P 2 O 5 ameisensl. P 2 O 5 Fleischknochenmehl 15,1 * 9,6 3,8 1) * 15,1 Naturphosphat 26,5 * 16,4 Dicalciumphosphat [DCP] 44,5 39,6 40,4 1) * Thomaskali 11,5 10,8 11,0 2) * Triplesuperphosphat [TSP] 45,3 43,4 3) * * zur Berechnung der P-Düngermengen berücksichtigte P 2 O 5 -Gehalte 1) alkalisch-ammoncitrls. P 2 O 5 2) citrsl. und alk.-ammoncitrls. P 2 O 5 3) neutralammoncitrls. P 2 O 5 17

Gesamtertrag (g TM/Gefäß) Gesamtertrag von Sommerweizen und Mais in Abhängigkeit von der Phosphatform und -menge 120 100 Sommerweizen + Mais 80 60 40 20 0 TSP Thomaskali 12+18+3 DCP Naturphosphat Fleischknochenmehl 0 20 40 60 80 100 P-Düngung (mg P/kg Boden) 18

CAL-P-Gehalt (mg P/100 g Boden) CAL-Phosphatgehalte im Versuchsboden in Abhängigkeit von der Phosphatform und -menge 6 5 4 TSP Thomaskali DCP Naturphosphat Fleischknochenmehl 3 2 1 0 0 20 40 60 80 100 P-Düngung (mg P/kg Boden) 19

P-Aufnahme (mg P/Gefäß) Gesamt-Phosphataufnahme von Sommerweizen und Mais in Abhängigkeit von den CAL-Phosphatgehalten im Boden 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 y = 46,2 Ln(x) + 53,9 R 2 = 0,47 TSP Thomaskali DCP Naturphosphat Fleischknochenmehl ohne Phosphat 0 2 4 6 8 10 CAL-P (mg P/100 g Boden) 20

P-Wasser-Gehalt (mg P/l Boden) 6 5 4 Wasserlösliche Phosphatgehalte im Versuchsboden in Abhängigkeit von der Phosphatform und -menge TSP Thomaskali DCP Naturphosphat Fleischknochenmehl 3 2 1 0 0 20 40 60 80 100 P-Düngung (mg P/kg Boden) 21

P-Aufnahme (mg P/Gefäß) Gesamt-Phosphataufnahme in zwei Vegetationsperioden in Abhängigkeit von den P-Wasser Gehalten im Boden 300 250 Sommerweizen + Mais + Sommerweizen II 200 150 100 50 0 Fleischknochenmehl R 2 = 0,86 ohne Phosphat y = -3,97 x2 + 68,5 x + 0,57 TSP Thomaskali DCP Naturphosphat 0 1 2 3 4 5 6 7 P-H 2 O (mg P/l Boden) 22

Sommerweizen (im Stadium EC 31) nach Düngung mit Fleischknochenmehl und anderen Phosphatformen * P-Gehalte in der Pflanze 0,16 % P * 0,15 % P 0,15 % P 0,35 % P 0,41 % P 23

Phosphatwirkung von gefälltem Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP) im Vergleich zu Monoammoniumphosphat 12/25 Seit 1954 Dauergrünland 24

P-Düngungs-Gefäßversuch mit Struvit und Monoammoniumphosphat Var. D.-J.Nr. % N % P 2 O 5 P 2 O 5 - Einwaage (g) Düngemittel- Einwaage (g) N-Menge über Versuchsdünger N-Ausgleich über Ammoniumsulfat 1 Kontrolle [(NH 4 ) 2 SO 4 ] 21,10 0,00 0,0 0,00 7,11 2 MAP (Struvit) 11496 2,55 14,30 0,6 4,20 0,11 6,60 3 MAP (Struvit) 11496 2,55 14,30 1,2 8,39 0,21 6,09 4 MAP (Struvit) 11496 2,55 14,30 1,8 12,59 0,32 5,59 5 MAP 12/52 11498 11,43 51,70 0,6 1,16 0,13 6,48 6 MAP 12/52 11498 11,43 51,70 1,2 2,32 0,27 5,85 7 MAP 12/52 11498 11,43 51,70 1,8 3,48 0,40 5,22 25

P-Düngewirkung von gefälltem MAP aus der Kläranlage im Vergleich zu Monoammoniumphosphat TSP = MAP > Mg-P = Sinter-P > Ca-P, (Kupol-Schlacke) > Klärschlammaschen (KSA) > Tiermehlasche, Eisen-Phosphate (Fe-P) Recycling-MAP (Struvit) Monoammoniumphosphat 26

Maisertrag in Abhängigkeit von der P-Düngung mit Struvit und Monoammoniumphosphat 27

P-Aufnahme in Abhängigkeit von der P-Düngung mit Struvit und Monoammoniumphosphat 28

N-Aufnahme in Abhängigkeit von der P-Düngung mit Struvit und Monoammoniumphosphat 29

P Wasser im Boden in Abhängigkeit von der P-Düngung mit Struvit und Monoammoniumphosphat 30

P Wasser im Boden in Abhängigkeit von der P-Düngung mit Struvit und Monoammoniumphosphat 31

Phosphatwirkung von Klärschlamm- und Fleischknochenmehl-Aschen vor und nach deren Aufschluss in schmelzflüssiger Konverterschlacke Seit 1954 Dauergrünland 32

Rapsertrag (g Tr.S./Gefäß) Ertrag von Raps im Gefäßversuch in Abhängigkeit von P-Form und Menge auf dem Lehmboden Vörden 38 36 34 P-Stufe 2 P-Stufe 1 32 30 28 26 24 22 20 ohne Phosphat TSP ROP Thomasphosphat KSA Bonn LDS/KSA 02/2012 LDS/KSA 03/2011 LDS/KSA 03/2010 V4 Tiermehlasche (Wien) LDS/TMA 11/2010 Rohphosphat 33

Gesamt-P-Aufnahme (mg P/kg Boden) Gesamt-P-Aufnahme von Raps, Roggen und Weidelgras im Gefäßversuch in Abhängigkeit von der P-Form P-Düngung: 87 mg P/kg Boden 250 200 150 100 Gras Roggen Raps 50 0 ohne Phosphat TSP ROP Thomasphosphat KSA Bonn LDS/KSA 02/2012 LDS/KSA 03/2011 LDS/KSA 03/2010 V4 Tiermehlasche (Wien) LDS/TMA 11/2010 Rohphosphat 34

Befüllen des Konverters Abkippen der Schlacke 35

Zufuhr von Tiermehlasche zur schmelzflüssigen Konverterschlacke im Konverter 36

Schema der P-Anreicherung von Konverterschlacke Tiermehl oder Klärschlamm Roheisen Kalk Sauerstoff Thermische Verwertung Konverter Stahl Asche LD-Schlacke (1600 C) Schlackenpfanne oder Konverter P angereicherte Schlacke Siebung Brechen - Mahlen - Granulation 37

Mineralische Zusammensetzung der Schmelzen im Laborversuch 2011 Ausgangsmaterialien LDS KSA TMA 81%LDS + 19%KSA Schmelzversuch P1 P2 P3 P4 P5 P6 67%LDS 57%LDS 89%LDS 81%LDS + + + + 33%KSA 43%KSA 11%TMA 19%TMA 75%LDS + 25%TMA Mineral: Formel: Srebrodolskit Ca 2 Fe 2 O 5 30 25 25 20 Brownmillerit Ca 2 Fe 1,3 Al 0,3 O 5 30 Spinell FeAl 2 O 4, MgFe 2 O 2 15 25 5 Wüstit FeO x 5 20 10 5 5 5 5 Larnit Ca 2 SiO 4 50 Freikalk CaO 5 5 5 Portlandit Ca(OH) 2 10 Calcit CaCO 3 < 5 Apatit Ca 5 (PO 4 ) 3 (F, Cl, OH) 65 25 Whitlockit Ca 2,86 Mg 0,14 (PO 4 ) 2 25 10 Monetit CaHPO 4 20 Wolfeit Fe 2 PO 4 (OH) 25 Calcium Phosphat Silikat Ca 5 (PO 4 ) 2 (SiO 4 ) 6 35 25 40 65 Calcium Phosphat Silikat Ca 7 (PO 4 ) 2 (SiO 4 ) 2 40 Calcium Phosphat Silikat Ca 15 (PO 4 ) 2 (SiO 4 ) 6 40 65 50 Merwinit Ca 3 Mg(SiO 4 ) 2 10 Quarz SiO 2 20 Hämatit Fe 2 O 3 25 Ferrobustamit Ca 0,8 Fe 0,2 SiO 3 10 Mengenangaben in M.-% nach Reference Intensity Ratios sind grobe Näherungswerte 38

Phosphat im Boden (mg CAL-P 2 O 5 /100 g) Veränderung der P CAL -Gehalte imboden in Abhängigkeit von der Phosphatform und menge im Sandboden Lavesum 10 9 8 7 6 5 4 3 Rohphosphat KSA Bonn Tiermehlasche (Wien) TSP ROP Thomasphosphat LDS/TMA 11/2010 LDS/KSA 02/2012 LDS/KSA 03/2011 2 LDS/KSA 03/2010 V4 1 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 P-Düngung (g P 2 O 5 /Gefäß) 39

P Wasser (mg P/L Boden) Veränderung der P Wasser -Gehalte imboden in Abhängigkeit von der Phosphatform und menge im Sandboden Lavesum 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 P-Düngung (g P 2 O 5 /Gefäß) Rohphosphat KSA Bonn Tiermehlasche (Wien) TSP ROP Thomasphosphat LDS/TMA 11/2010 LDS/KSA LDS/KSA 0-3,15 mm LDS/KSA 40

Veränderung der P CAL -Gehalte im Boden in Abhängigkeit von der Phosphatform und menge im Lehmboden Vörden Phosphat im Boden (mg CAL-P 2 O 5 /100 g) 6 5 Rohphosphat 4 3 2 1 KSA Bonn Tiermehlasche (Wien TSP ROP Thomasphosphat LDS/TMA 11/2010 LDS/KSA 02/2012 LDS/KSA 03/2011 LDS/KSA 03/2010 V4 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 P-Düngung (g P 2 O 5 /Gefäß) 41

P Wasser (mg P/L Boden) Veränderung der P Wasser -Gehalte im Boden in Abhängigkeit von der Phosphatform und menge im Lehmboden Vörden 12 10 8 6 4 TSP ROP Thomasphosphat KSA Bonn LDS/KSA 02/2012 LDS/KSA 03/2011 LDS/KSA 03/2010 V4 Tiermehlasche (Wien) LDS/TMA 11/2010 Rohphosphat 2 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 P-Düngung (g P 2 O 5 /Gefäß) 42

Gesamtertrag Raps und Roggen (g TM/Gefäß) Ertrag von Raps und Roggen im Gefäßversuch in Abhängigkeit vom P Wasser -Gehalt im Sandboden Lavesum 60 55 50 45 40 35 30 25 20 ohne Phosphat Rohphosphat KSA Bonn Tiermehlasche (Wien) TSP ROP Thomasphosphat LDS/KSA 02/2012 LDS/KSA 03/2011 LDS/KSA 03/2010 V4 LDS/TMA 11/2010 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 wasserlösliches Phosphat im Boden (mg P/1000 ml) 43

P-Aufnahme durch Raps (mg P/Gefäß) P-Aufnahme durch Raps im Gefäßversuch in Abhängigkeit vom P Wasser -Gehalt im Lehmboden Vörden 140 120 ohne Phosphat 100 Rohphosphat KSA Bonn 80 60 40 20 0 Tiermehlasche (Wien) TSP ROP Thomasphosphat LDS/KSA 02/2012 LDS/KSA 03/2011 LDS/KSA 03/2010 V4 LDS/TMA 11/2010 0 2 4 6 8 10 12 14 wasserlösliches Phosphat im Boden (mg P/1000 ml) 44

Ertrag Grün-Triticale (dt Tr.S./ha) Ertrag von Triticale im Feldversuch Vörden 2013 in Abhängigkeit von der P-Form 80 70 60 50 GD 5% 40 30 20 10 0 a a ab b ab b Kohls. Kalk Konverterkalk TSP LD/KSA TSP LD/KSA P 0 P 0 P 60 P 60 P 120 P 120 45

Phosphat-Entzug (kg P 2 O 5 /ha) Phosphat-Entzug von Triticale im Feldversuch Vörden 2013 in Abhängigkeit von der P-Form 45 40 35 30 25 GD 5% 20 15 10 5 0 a a ab bc c d Kohls. Kalk Konverterkalk TSP LD/KSA TSP LD/KSA P 0 P 0 P 60 P 60 P 120 P 120 46

Phosphatwirkung verschiedener Recycling-Dünger im Vergleich zu Triplesuperphosphat unter dem Einfluss von Bioeffektoren Seit 1954 Dauergrünland 47

Erhöhung der P-Verfügbarkeit durch Bioeffektoren Sommerweizen-Ertrag in Abhängigkeit von den P-Düngern und den Bioeffektoren Seit 1954 Dauergrünland 48

Erhöhung der P-Verfügbarkeit durch Bioeffektoren P-Aufnahme durch Weizen in Abhängigkeit von den P-Düngern und den Bioeffektoren 49 49

Erhöhung der P-Verfügbarkeit durch Bioeffektoren P Wasser -Gehalte im Boden in Abhängigkeit von den P-Düngern und den Bioeffektoren 50

Erhöhung der P-Verfügbarkeit durch Bioeffektoren Mais-Ertrag in Abhängigkeit von den P-Düngern und den Bioeffektoren 51

Erhöhung der P-Verfügbarkeit durch Bioeffektoren Mais-Wurzelmasse in Abhängigkeit von den P-Düngern 52

Erhöhung der P-Verfügbarkeit durch Bioeffektoren Mais-Wurzelmasse in Abhängigkeit von den P-Düngern und den Bioeffektoren 53

Erhöhung der P-Verfügbarkeit durch Bioeffektoren Mais-Wurzelmasse in Abhängigkeit von den P-Düngern und den Bioeffektoren 54

Erhöhung der P-Verfügbarkeit durch Bioeffektoren Mais-Wurzelmasse in Abhängigkeit von den P-Düngern und den Bioeffektoren Ohne BE Proradix Rhizovital Biological Fertiliser Kontrolle TSP Rohphosphat Granulierter Klärschlammasche Kompost Klärschlamm KSA/LDS 55

Erhöhung der P-Verfügbarkeit durch Bioeffektoren P-Aufnahme durch Mais in Abhängigkeit von den P-Düngern und den Bioeffektoren 56

Erhöhung der P-Verfügbarkeit durch Bioeffektoren Maisertrag in Abhängigkeit von den P-Düngern und den Bioeffektoren 57

Erhöhung der P-Verfügbarkeit durch Bioeffektoren P CAL -Gehalte im Boden in Abhängigkeit von den P-Düngern und den Bioeffektoren 58

Phosphor-Düngewirkung von Recyclingprodukten Versuchsplan mit Pyrolyse-Klärschlamm P-Einwaage (mg P/kg Boden) Düngemittel- Einwaage (g) NW bas. wirks. Bestandt. g CaO je Gefäß Kalkausgleich g CaO/Gef. Var. D.-J.Nr. % P 2 O 5 1 Kontrolle 0,00 0 0,00 0,00 3,00 2 TSP 12190 46,60 35 1,03 0,0 0,00 3,00 3 TSP 12190 46,60 70 2,06 0,0 0,00 3,00 4 TSP 12190 46,60 105 3,09 0,0 0,00 3,00 5 Pyrolyse-Klärschlamm12389 9,23 35 5,20 0,0 0,00 3,00 6 Pyrolyse-Klärschlamm12389 9,23 70 10,40 0,0 0,00 3,00 7 Pyrolyse-Klärschlamm12389 9,23 105 15,60 0,0 0,00 3,00 8 Rohphosphat 12243 26,40 35 1,82 13,0 0,24 2,76 9 Rohphosphat 12243 26,40 70 3,64 13,0 0,47 2,53 10 Rohphosphat 12243 26,40 105 5,45 13,0 0,71 2,29 11 LDS-KSA 11787 3,30 35 14,55 46,8 6,81-3,81 12 LDS-KSA 11787 3,30 70 29,09 46,8 13,61-10,61 13 LDS-KSA 11787 3,30 105 43,64 46,8 20,42-17,42 14 Gärrest 12365 2,56 35 18,75 0,00 3,00 15 Gärrest 12365 2,56 70 37,50 0,00 3,00 16 Gärrest 12365 2,56 105 56,25 0,00 3,00 59

Raps-Entwicklung bei P-Düngung mit verschiedenen Phosphor-Recyclingprodukten 60

Phosphor-Düngewirkung von Pyrolyse-Klärschlamm im Vergleich zu weiteren P-Recyclingprodukten und TSP 61

Phosphor-Düngewirkung von Pyrolyse-Klärschlamm im Vergleich zu weiteren P-Recyclingprodukten 62

ph-veränderungen im Versuchsverlauf 63

Ertragswirkung von Kompost im Phosphat-Düngungsversuch Bergen-Katensen, Kr. Celle Seit 1954 Dauergrünland 64

Versuchsplan des Phosphat- und Kompost-Düngungsversuchs Bergen-Katensen, Kr. Celle Var. kg P ha -1 a -1 Versuchsdüngung 1 0 + 26 ohne P, mit Kompost 2 22 + 26 Dicalciumphosphat, mit Kompost 3 44 + 26 Dicalciumphosphat, mit Kompost 4 0 ohne P 5 22 Dicalciumphosphat 6 44 Dicalciumphosphat Jährliche Kompostdüngung: ca. 12 dt Kompost FM ha -1 ~ 15 kg N ha -1-26 kg P ha -1 Einheitliche jährliche mineralische Düngung: Ø 90 kg N ha -1 - Ø 115 kg K ha -1 - Ø 15 kg Mg ha -1 - Ø 450 kg CaO ha -1 65

Erträge (dt GE ha -1 a -1 ) Durchschnittserträge (2001-2005) im Feldversuch Bergen, Kr. Celle in Abhängigkeit von der Phosphat- und Kompostdüngung 95 jährlich zusätzlich 26 kg P ha -1 mit Kompost 93 91 89 87 85 83 81 79 77 mit Kompost ohne Kompost 75 0 22 44 Phosphatdüngung (kg P ha -1 a -1 ) 66

Erträge (dt ha -1 a -1 ) Durchschnittserträge der Sommergerste im Feldversuch Bergen, Kr. Celle in Abhängigkeit von der Phosphat- und Kompostdüngung 65 zusätzlich 26 kg P ha -1 mit Kompost 60 55 50 45 mit Kompost ohne Kompost 40 0 22 44 Phosphatdüngung (kg P ha -1 a -1 ) 67

Relativerträge der Kulturen im Feldversuch Bergen, Kr. Celle in Abhängigkeit von der Phosphat- und Kompostdüngung (Kontrolle = 100%) 68

P-Entzüge (kg P ha -1 a -1 ) P-Entzüge durch Sommergersten-Korn mit und ohne Kompostdüngung im Feldversuch Bergen (1., 3. und 5. Versuchsjahr 2001 + 2003 + 2005) 20 19 zusätzlich 26 kg P ha -1 mit Kompost 18 17 16 15 mit Kompost ohne Kompost 14 0 22 44 Phosphatdüngung (kg P ha -1 a -1 ) 69

P-Entzüge (kg P ha -1 a -1 ) 23 23 P-Entzüge aller Kulturen mit und ohne Kompostdüngung im Feldversuch Bergen (1. - 5. Versuchsjahr 2001-2005) zusätzlich 26 kg P ha -1 mit Kompost 22 22 21 21 20 20 mit Kompost ohne Kompost 19 0 22 44 Phosphatdüngung (kg P ha -1 a -1 ) 70

Durchschnittserträge (dt GE ha -1 a -1 ) Durchschnittserträge (2001-2005) im Feldversuch Bergen, Kr. Celle in Abhängigkeit vom mittleren Phosphatgehalt im Boden 92 90 88 86 84 82 mit Kompost ohne Kompost 80 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 Phosphatgehalte im Boden (mg CAL-P 100 g -1 ) 71

Verbesserung der Phosphatdynamik im Boden durch Düngung und ackerbauliche Maßnahmen Seit 1954 Dauergrünland 72

Notwendige Nährstoffsalden zur Erzielung des wirtschaftlichen Düngungsoptimums in Abhängigkeit vom Phosphatgehalt im Boden bei Auswertung... 200... des ersten Versuchsjahres... des mehrjährigen Versuchsverlaufs 200 Phosphatsaldo im Düngungsoptimum (kg P 2 O 5 /ha/jahr) 150 100 50 0-50 -100-150 -200 0 10 20 30 40 150 100 50 0-50 -100-150 -200 0 10 20 30 40 CAL-P 2 O 5 (mg/100 g) bei Versuchsbeginn CAL-P 2 O 5 (mg/100 g) bei Versuchsbeginn 73

Nährstoffsaldo im Düngungsoptimum otwendige Nährstoffsalden zur Erzielung des wirtschaftlichen Düngungs optimums in Anhängigkeit vom Phosphatgehalt im Boden [Rex, 1998] (0,50 /kg P 2 O 5 und 17 /dt GE) 150 100 Zuckerrüben-/Getreide-Fruchtfolge Getreide-Fruchtfolge (kg P 2 O 5 /ha/jahr) 50 0-50 -100 A B C D E Versorgungsstufen 74

Krumenschicht (cm) Einfluß von Düngungszeitpunkt und Bodenbearbeitung auf die Phosphatverteilung in der Krume des Versuchs Lohmar, Rhein-Sieg-Kreis 0-10 10-20 20-30 Düngung nach dem Pflug Kreiselegge 0-10 10-20 20-30 Stoppeldüngung 2 x Grubber Pflug 0-10 10-20 Stoppeldüngung Pflug 20-30 0-10 10-20 20-30 Düngung nach der Aussaat ohne Einarbeitung 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 mg CAL-P 2 O 5 /100 g Boden 75

P-Aufnahme in kg/ha Einfluß der Bodenverdichtung auf P-Aufnahme und P-Gehalte von Wintergerste bei einem P-Gehalt von 27 mg DL-P 2 O 5 /100 g Boden (Albert 1991) 60 0,7 50 40 30 20 10 P-Gehalte ohne Bodenverdichtung mit Bodenverdichtung P-Aufnahme 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 P % in der Trockenmasse 0 15.03. 30.03. 15.04. 30.04. 15.05. 30.05. 15.06. 30.06. 15.07. Ernte 0,0 76

Bodenstruktur und Nährstoff-Aneignungsvermögen 77

P-Aufnahme (µmol P 10 Phosphataufnahme von Zuckerrüben und Raps in Abhängigkeit von der Bodentemperatur (nach Buhse, 1992) -8 je cm Wurzel und Tag) 25 20 15 10 Raps 15 C Zuckerrüben 20 C Raps 10 C Zuckerrüben 10 C 5 0 0 5 10 15 20 25 P-Konzentration der Bodenlösung (µmol/l) 78

Phosphatgehalte im Boden (mg CAL-P 2 O 5 /100 g) Phosphatmobilisierung im Boden durch Kalkdüngung auf unterschiedlichen Standorten bei einheitlich hoher Phosphatdüngung 32 30 ohne Kalk Vergleichskalk Hüttenkalk Thomas-/Konverterkalk 28 26 24 22 20 13 Sandböden 16 lehmige Böden 5 tonige Böden Bodenart Durchschnitt aller 34 Standorte 79

Schlussfolgerungen Von den eingesetzten Düngern und Reststoffen gingen unterschiedliche P-Wirkungen aus. Die Düngewirkung von Klärschlamm- und Tiermehlaschen entspricht etwa der von Rohphosphaten und ist auf Böden im optimalen ph-bereich stark eingeschränkt. Eine vergleichsweise gute P-Wirkung zeigten Gärsubstrate aus Biogasanlagen, unbehandelter Klärschlamm und Kompost, der zudem einer Festlegung von gedüngtem mineralischem Phosphat entgegenwirkte. Pyrolysierter Klärschlamm wies in unseren Versuchen eine unbefriedigende P-Verfügbarkeit auf. Eine mit TSP vergleichbare Düngewirkung zeigte sich auch in den Versuchen mit MagnesiumAmmoniumPhosphat, mit Klärschlammasche nach dem KIT-Verfahren und mit Konverterschlacke, die mit Klärschlamm- oder Tiermehlasche angereichert war. 80

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 81

Konverterschlacke auf dem Schlackenbeet 82

Konverter-Stückschlacke Konverter-Zerfallsschlacke 83

Phosphatwirkung von Schmelzvergasungsasche nach dem Mephrec-Verfahren Seit 1954 Dauergrünland 84

Mephrec-Verfahren [Scheidig et al., 2014] Seit 1954 Dauergrünland 85

Analysenergebnisse wertgebender Inhaltsstoffe Probegut: Asche aus der Schmelzvergasung Proben-Nr.: D 11015 Merkmal Gehalt Analysenmethoden % citrsl. P 2 O 5 5,80 VDLUFA Methodenbuch II. 1, 4.1.3 + 4.2.3 % Gesamt P 2 O 5 6,34 VDLUFA Methodenbuch II. 1, 4.1.1.1 + 4.2.3 % CaO 42,3 VDLUFA Methodenbuch II. 1, 6.1.1 + 6.2.4 % MgO 2,7 VDLUFA Methodenbuch II. 1, 6.1.1 + 7.2.3 % Neutralisationswert 48,8 DIN EN 12945 % Reaktivität 1) 1,1 VDLUFA Methodenbuch II. 1, 6.7 nach Aufmahlung 2) 56,4 VDLUFA Methodenbuch II. 1, 6.7 1) Umsetzungsverhalten von Ca und Mg 2) 96 % < 0,63 mm; 75 % < 0,16 mm 86

Versuchsplan zur Prüfung der Phosphat-Düngewirkung Variante Düngung Phosphatdüngung g P 2 O 5 je Gefäß mg P 2 O 5 je kg Boden Einwaage pro Gefäß 1 Ohne Phosphat 0,0 0 2 Asche aus der 0,5 83 7,9 g 3 Schmelzvergasung 1,0 167 15,8 g 4 (D 11015) 1,5 250 23,6 g 5 Thomaskali 0,5 83 4,6 g 6 12+18+3+2 S 1,0 167 9,1 g 7 (D11002) 1,5 250 13,7 g 87

Ertrag (g Frischmasse/Gefäß) Erträge von Gelbsenf in Abhängigkeit von der Phosphatform und -menge 80 70 60 50 40 30 20 10 0 SV-Asche Thomaskali 12+18+3 0,0 0,5 1,0 1,5 Phosphatdüngung (g P 2 O 5 /Gefäß) 88

Wachstum von Gelbsenf in Abhängigkeit von der Phosphatform und -menge 89

CAL-P (mg P 2 O 5 /100 g Boden) CAL-extrahierbare Phosphatgehalte im Boden 22 Tage nach Versuchsansatz in Abhängigkeit von der Phosphatform und -menge 6 5 4 3 2 1 0 SV-Asche Thomaskali 12+18+3 0,0 0,5 1,0 1,5 Phosphatdüngung (g P 2 O 5 /Gefäß) 90

P-H 2 O (mg P/l Boden) Wasserlösliche Phosphatgehalte im Boden 22 Tage nach Versuchsansatz in Abhängigkeit von der Phosphatform und -menge 1,0 0,9 SV-Asche Thomaskali 12+18+3 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 Phosphatdüngung (g P 2 O 5 /Gefäß) 91

Sommerweizen (im Stadium EC 31) nach Düngung mit Triplesuperphosphat und Fleischknochenmehl 0,16 % P * 0,27 % P 0,40 % P 0,41 % P 0,16 % P 0,15 % P 0,15 % P * P-Gehalte in der Pflanze 92