Nachhaltige Phosphorversorgung

Phosphor ist ein natürlicher Rohstoff, der als Nährstoff essenziell für alles Leben auf der Erde ist. Phosphor wird zu 95 % in der Düngemittelproduktion für die Landwirtschaft verwendet und ist damit entscheidend für die Welternährung. Die auf der Erde natürlich vorkommenden Phosphorreserven sind jedoch begrenzt. Phosphor lässt sich weder synthetisch herstellen noch ersetzen. Wie lange die Reserven reichen, wird unterschiedlich bewertet: Schätzungen gehen von 150 bis 300 Jahren aus. Vor dem Hintergrund einer wachsenden Erdbevölkerung und dem damit verbundenen Mehrbedarf an Phosphor wird in Zukunft die nachhaltige Phosphornutzung eine immer größerer Rolle spielen. Doch nicht nur die langfristige Verfügbarkeit, sondern auch die kurzfristige Versorgung ist mit Herausforderungen verbunden. So befinden sich die natürlichen Vorkommen und Reserven nur in einigen wenigen Regionen der Welt. Die größten Lagerstätten liegen in Marokko, gefolgt von China und den USA. Rund 95 % der Lagerstätten sind unter der Kontrolle von nur zehn Staaten, und fast 80 % der weltweiten Phosphatmineralproduktion werden allein von China, Marokko und Westsahara, den USA und Russland geleistet. Deutschland und die anderen Staaten der Europäischen Union (EU) sind nahezu vollständig von Phosphorimporten abhängig. Die Phosphorverfügbarkeit hängt neben den vorhandenen Reserven von zahlreichen weiteren Faktoren ab, die kurzfristig Engpässe in der Lieferkette verursachen könnten, wie die hohe Abhängigkeit von wenigen Produzentenländern und deren geopolitische (In-)Stabilität, schwankende Marktpreise, unterschiedliche Qualität des phosphathaltigen Gesteins und Wirtschaftlichkeit der Phosphorherstellung. Phosphor steht daher seit 2017 auf der Liste der kritischen Ressourcen. Methoden zur Rückgewinnung und Wiederverwendung von Phosphor entlang des Stoffkreislaufs, insbesondere aus Klärschlämmen, werden deshalb immer bedeutender. Deutschland ist neben der Schweiz eines der ersten Länder, das die Rückgewinnung von Phosphor aus Klärschlämmen gesetzlich verankert hat. Mit der Novellierung der Klärschlammverordnung (AbfKlärV) wird ab 2029 die Phosphorrückgewinnung in Deutschland bei Kläranlagen mit Kapazitätsauslegung für über 50.000 Einwohnerinnen und Einwohner zur Pflicht. Eine effiziente und nachhaltige Steuerung der Phosphorkreisläufe (Phosphorgovernance) berührt eine Vielzahl europäischer und nationaler Gesetze und Verordnungen im Bereich des Umweltschutzes und der Landwirtschaft. Wenngleich es vielversprechende Ansätze gibt, z. B. in Deutschland mit der Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser, findet sich bis heute noch kein ausgewiesener Schwerpunkt auf einen nachhaltigen Phosphoreinsatz in der europäischen Gesetzgebung

Working Paper

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Nature of the deposit and properties of bog iron ore at the Kalinovac – Hrastova Greda: a model for the analysis of ore exploitation and use in archaeological periods

Temeljna sirovina za proizvodnju željeza tijekom kasne antike i ranoga srednjeg vijeka na prostoru Podravine bila je močvarna željezna ruda. Analiza rudnih ležišta i svojstava ruda može doprinjeti razumijevanju prirodnih mehanizama koji uvjetuju način eksploatacije i uporabu ruda u prošlosti. Međutim, ubikacija ležišta je izazovna zbog mogućnosti degradacije, potpunoga iskorištavanja te inhibicije obnove ili razvoja ležišta, prvenstveno uzrokovanih ljudskom aktivnošću i utjecajem na okoliš. U suvremenome krajoliku Podravine najviši potencijal za razvoj ležišta i jedino, djelomično razoreno ležište, ustanovljeno je na položaju Kalinovac – Hrastova greda 1 – 3. Na osnovi njegove analize izveden je model mehanizma formiranja, fizionomije i položaja ležišta u Podravini te je povedena rasprava o metodama eksploatacije kao i potencijanim prostorima pojave ležišta u odnosu na položaje arheoloških lokaliteta s tragovima proizvodnje željeza. U svrhu analize tehnološke iskoristivosti ruda sličnih svojstava iz arheološkoga konteksta, provedeno je eksperimentalno taljenje kalinovačke rude. Na osnovi rezultata objašnjavaju se čimbenici koji su mogli onemogućiti proizvodnju spužvastoga željeza. Potonje istraživanje ukazuje i na tehnološku prilagodbu u prošlosti, preradu ruda uvjetovanu prirodnim preduvjetima, prvenstveno promjenjivim svojstvima močvarnih željeznih ruda i karakterom ležišta. Pri analizi se koriste podaci dobiveni površinskim terenskim pregledom, geoarheološkim sondiranjem, geoprostornim analizama, eksperimentalnim testiranjem i mineraloškim (XRD) te kemijskim analizama (ICP – AES) uzoraka razvojnih faza rude i zgure dobivene kroz postupak eksperimentalnoga taljenja.The fundamental raw material used for iron production in the Podravina region during late antiquity and the early Middle Ages was the bog iron ore. Analysis of ore properties and deposits can contribute to the understanding of natural mechanisms that conditioned the exploitation and use of ores in the past. However, locating the deposits is challenging, due to the possibility of full exploitation, degradation and inhibited regeneration or development caused primarily by human activities and impact on the environment. In the modern landscape of Podravina, the Kalinovac – Hrastova Greda 1 – 3 position had the highest potential for ore development and the only, partially destroyed ore deposit. Based on its analysis, a model of the formation mechanism, physiognomy and deposit positioning in Podravina is proposed and methods of exploitation and the potential area of the deposit occurrence in relation to the positions of archaeological sites with iron production remains are discussed. To analyse the technological usability of ore samples with similar properties from the archaeological context, experimental testing of the smelting process was performed with the Kalinovac ore. Based on the results, the factors that could inhibit the production of iron blooms are explained. The latter research also implies a past technological adaptation, ore dressing conditioned by natural preconditions, primarily the variable properties of bog iron ores and the nature of the deposits. Data from surface field survey, geoarchaeological probing, geospatial analysis, experimental testing and mineralogical (XRD) and chemical analysis (ICP – AES) of samples of ore development stages and slag obtained through experimental smelting are used in the analysis

Einflussfaktoren auf die Kieselgurfiltration von Bier

Die Kuchenfiltration wird in der Literatur oft als Oberflächenfiltration eingestuft, obwohl Tiefenfiltrationseffekte vorhanden sind. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Einflussfaktoren auf die Kieselgur-Kuchenfiltration von Bier im allgemeinen und auf den Tiefenfiltrationsanteil im speziellen untersucht. Zunächst wird festgestellt, dass man die schlechte Filtrierbarkeit von bestimmten Bieren auf das Vorhandensein erheblicher Mengen von Trubstoffen < 2 µm zurückführen kann. Deshalb wird die Abtrennung dieser Trubstoffe getrennt von jenen > 2 µm bewertet. Die Bierfiltration beruht zu großen Teilen auf mechanischen Vorgängen. Feine Trubstoffe werden bevorzugt in der Filterschichttiefe abgetrennt, gröbere Partikeln eher am Schichteintritt. Aufgrund der Versuchsergebnisse wird eine Modellvorstellung zum Abtrennungsverhalten und ein einfaches Rechenmodell zur Optimierung der eingesetzten Filterhilfsmittelkonzentration vorgestellt