Forschungsprojekt ThoPhos2

Erich Fried­rich Hüt­ten­ser­vice GmbH mit den Koope­ra­ti­ons­part­nern RETERRA Ser­vice GmbH und FEhS – Insti­tut für Bau­stoff-For­schung e.V. arbei­ten an der Her­stel­lung von „Tho­ma­sphos­phat“ im BMBF-geför­der­ten For­schungs­vor­ha­ben.

Tho­ma­sphos­phat war eine phos­phat­rei­che Schla­cke aus der Stahl­er­zeu­gung, die vie­le Jahr­zehn­te als ein geschätz­ter mine­ra­li­scher Phos­phat­dün­ger in der Land­wirt­schaft genutzt wur­de. Ände­run­gen im Ver­fah­rens­ab­lauf der Stahl­er­zeu­gung führ­ten dazu, dass die­ser mine­ra­li­sche Phos­phat­dün­ger ab Mit­te der 1990er Jah­re nicht mehr zur Ver­fü­gung stand. Phos­phor ist für Wachs­tum und Ertrag von Pflan­zen von essen­ti­el­ler Bedeu­tung und nicht ersetz­bar und wird inzwi­schen von der EU als kri­ti­scher Roh­stoff ein­ge­stuft. Deutsch­land selbst besitzt kei­ne Phos­ph­at­la­ger­stät­ten und ist zu 100 {bf19c51d2d9ed109c5a5d612fda2df1899f142276d871eefcf1d54dfdb872587} auf die Ein­fuhr von Phos­phat ange­wie­sen. Eine Ver­sor­gung von land­wirt­schaft­li­chen Flä­chen mit dem lebens­wich­ti­gen Phos­phor erfolgt zum größ­ten Teil über Phos­ph­at­mi­ne­ral­dün­ger der mit Cad­mi­um und Uran belas­tet ist, sowie über Klär­schlamm, des­sen Nut­zung nach Maß­ga­be dün­ge­recht­li­cher Vor­ga­ben sowie der Klär­schlamm­ver­ord­nung (AbfKlärV) erfolgt. Der Ein­satz von Klär­schlamm wird heu­te jedoch zuneh­mend kri­tisch hin­ter­fragt und ein Aus­stieg aus der land­wirt­schaft­li­chen Nut­zung ist geplant. Der über­wie­gen­de Teil der Klär­schläm­me wird der­zeit ver­brannt, ohne dass der in den Aschen ent­hal­te­ne Phos­phor in den Wirt­schafts­kreis­lauf zurück­ge­führt wird.

Bild 1: Kippen von angereicherter LD-Schlacke
Bild 1: Kip­pen von ange­rei­cher­ter LD-Schla­cke

In einem vom BMBF in der För­der­initia­ti­ve r2 geför­der­ten Pro­jekt wur­den die wis­sen­schaft­li­chen und tech­ni­schen Vor­aus­set­zun­gen ent­wi­ckelt, um aus der heu­te ver­füg­ba­ren schmelz­flüs­si­gen Kon­ver­ter­schla­cke, durch eine Behand­lung mit Klär­schlam­m­a­sche, ein Tho­ma­sphos­phat der 2. Gene­ra­ti­on zu erzeu­gen. Vor­tei­le des Ver­fah­rens sind, dass das nur bedingt pflan­zen­ver­füg­ba­re Phos­phat der Aschen durch Umset­zung mit der schmelz­flüs­si­gen Kon­ver­ter­schla­cke, qua­si ener­gie­aut­ark, nahe­zu voll­stän­dig pflan­zen­ver­füg­bar umge­wan­delt wird. Der neu ent­wi­ckel­te Phos­phat­dün­ger stellt  die Wirk­stof­fe Kalk zur Boden­neu­tra­li­sa­ti­on und Phos­phat zur Dün­gung in einem Pro­dukt zur Ver­fü­gung.

Bild 2: Feuerflüssige angereicherte LD-Schlacke
Bild 2: Feu­er­flüs­si­ge ange­rei­cher­te LD-Schla­cke

Ziel des im August 2016 ange­lau­fe­nen For­schungs­vor­ha­bens ThoPhos2 ist es, den Tech­no­lo­gie­trans­fer des Ver­fah­rens in die prak­ti­sche Anwen­dung zu beschleu­ni­gen und Wis­sens­lü­cken zu schlie­ßen. Das For­schungs­vor­ha­ben wird vom BMBF im Rah­men der För­de­rin­nitia­ti­ve „KMU-inno­va­tiv Res­sour­cen- und Ener­gie­ef­fi­zi­enz“ geför­dert. Im Rah­men des auf zwei Jah­re aus­ge­leg­ten Vor­ha­bens sol­len zunächst eine groß­tech­ni­sche Schla­cken­be­hand­lungs­an­la­ge eines Stahl­werks für die  Behand­lung von LD-Schla­cke mit Klär­schlam­m­a­sche und Sauer­stoff aus­ge­rüs­tet und eine grö­ße­re Men­ge im P2O5-Gehalt ange­rei­cher­te Kon­ver­ter­schla­cke pro­du­ziert wer­den. Der groß­tech­nisch her­ge­stell­te Phos­phat­dün­ger wird auf sei­ne Kon­for­mi­tät ent­spre­chend den Anfor­de­run­gen der aktu­el­len Dün­ge­mit­tel­ver­ord­nung vom 27. Mai 2015 geprüft.

Bild 3: Ausbringen von Kalkdünger mit Flächenstreuer
Bild 3:
Aus­brin­gen von Kalk­dün­ger mit Flä­chen­streu­er

Nach ent­spre­chen­der Auf­be­rei­tung des stü­ckig vor­lie­gen­den Mate­ri­als soll die­ser Phos­phat­dün­ger in ver­schie­de­nen Vege­ta­ti­ons­ver­su­chen ein­ge­setzt wer­den, um poten­ti­el­len Ver­mark­tern und Kun­den wis­sen­schaft­lich fun­diert die Wir­kung die­ses Pro­dukts auf Pflan­ze und Boden zu doku­men­tie­ren und um das Inter­es­se sei­tens des öko­lo­gi­schen Land­baus für die­sen Phos­phat­dün­ger zu bedie­nen.

Bild 4: Vegetations-Gefäßversuch mit verschiedenen Phosphatdüngern
Bild 4: Vege­ta­ti­ons-Gefäß­ver­such mit ver­schie­de­nen Phos­phat­dün­gern
Bild 5: Vegetations-Gefäßversuch mit P-angereicherter LD-Schlacke, wasserlöslichem P-Dünger (SUP) und weicherdigem Rohphosphat
Bild 5: Vege­ta­ti­ons-Gefäß­ver­such mit P-ange­rei­cher­ter LD-Schla­cke, was­ser­lös­li­chem P-Dün­ger (SUP) und wei­cher­di­gem Roh­phos­phat

Gleich­zei­tig soll die Her­stel­lung einer Gesteins­kör­nung für den Stra­ßen- und Wege­bau erprobt wer­den. Durch die Behand­lung der schmelz­flüs­si­gen Kon­ver­ter­schla­cke soll ein raum­sta­bi­ler Bau­stoff her­ge­stellt wer­den. Die­ser Bau­stoff wird auf die phy­si­ka­li­schen Anfor­de­run­gen, ins­be­son­de­re an die Raum­be­stän­dig­keit, gemäß dem tech­ni­schen Regel­werk im Ver­kehrs­we­ge­bau sowie der umwelt­re­le­van­ten Anfor­de­run­gen her­ge­stellt und geprüft.

Mit der tech­no­lo­gi­schen Umset­zung die­ses Ver­fah­rens wür­de eine res­sour­cen- und ener­gie­ef­fi­zi­en­te Tech­no­lo­gie ent­ste­hen, die Depo­nie­raum ein­spart und gleich­zei­tig ein hoch­wer­ti­ges Dün­ge­mit­tel für die Land­wirt­schaft sowie ein Bau­stoff her­stellt.

Das For­schungs­pro­jekt ThoPhos2 läuft bis Juli 2018.
Bei Inter­es­se neh­men Sie ger­ne Kon­takt auf:

siegfried.bartsch@e-friedrich.de
joachim.breuer@reterra.de
peter.drissen@fehs.de