Die IVH, Industriepark und Verwertungszentrum Harz GmbH mit Sitz in Hildesheim (Niedersachsen) hat über mehrere Jahre zusammen mit der Umweltdienste Kedenburg GmbH, beide Entsorgungs-/Recyclingunternehmen im Unternehmensverbund der Bettels-Gruppe, Hildesheim, und der Eisenmann Environmental Technologies GmbH, Holzgerlingen, deren NaRePAK-Verfahren zur großmaßstäblichen Umsetzung weiterentwickelt. Stoffkreisläufe zu schließen und somit die effiziente und nachhaltige Nutzung begrenzter Ressourcen zu verbessern ist die erklärte Philosophie der IVH, hier fügt sich das RiA-Verfahren nahtlos ein. In Deutschland fallen jährlich erhebliche Mengen teerhaltigen Straßenaufbruchs an. Dieser Abfallstrom besteht weit überwiegend aus mineralischen Komponenten (z.B. Gesteinskörnungen und Feinsand) und enthält neben Bitumen krebserregende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Letztere sind verantwortlich, dass dieser Massenstrom als gefährlicher Abfall eingestuft wird. PAK sind persistent und verbleiben ohne thermische Behandlung langfristig in der Umwelt. Die Abfallmengen sind dabei beträchtlich. Die Bundesregierung geht von einer Menge von etwa 600.000 Tonnen pro Jahr allein von Bundesautobahnen und -straßen aus, dazu kommt der Aufbruch von Landes- und Kreisstraßen, die mengenmäßig die Bundesautobahnen und -straßen weit übertreffen. Bisher wird teerhaltiger Straßenaufbruch überwiegend deponiert, wodurch die im Straßenaufbruch enthaltenen mineralischen Ressourcen dem Wertstoffkreislauf verloren gehen. Der in begrenztem Umfang alternativ mögliche Verwertungsweg: Kalteinbau in Tragschichten im Straßenbau, erfolgt ohne Entfernung der PAK und wird daher nur noch in geringem Umfang angewendet. Eine weitere Möglichkeit ist die thermische Behandlung in den Niederlanden. Dies ist nicht nur verbunden mit langen Transportwegen, auch arbeiten die niederländischen Anlagen in einem deutlich höheren Temperaturintervall – im Bereich der Kalzinierung (Kalkzersetzung) – was dazu führen kann, dass die mineralischen Bestandteile des Straßenaufbruchs nicht mehr die notwendige Festigkeit aufweisen, um für einen Einsatz als hochwertiger Baustoff für die ursprüngliche Nutzung des Primärrohstoffes in Frage zu kommen. Darüber hinaus wird beim Kalzinierungsprozess von Kalkgestein im Gestein gebundenes CO 2 freigesetzt. Mit dem Vorhaben RiA plant die IVH an ihrem Standort in Goslar / Bad Harzburg die Errichtung einer in Deutschland erstmaligen großtechnischen Anlage zur thermischen Behandlung von teerhaltigem Straßenaufbruch. Dabei soll eine möglichst vollständige Rückgewinnung der enthaltenen hochwertigen Mineralstoffe (Gesteinskörnungen)erfolgen. Gleichzeitig werden die enthaltenen organischen Bestandteile, die in Form von Teerstoffen und Bitumen vorliegen, als Energieträger genutzt. In der innovativen Anlage sollen pro Jahr bis zu 135.000 Tonnen teerhaltiger Straßenaufbruch mittels Drehrohr thermisch aufbereitet werden. Dabei werden im Teer enthaltene besonders schädliche Stoffe wie PAK bei Temperaturen zwischen 550 Grad und 630 Grad Celsius entfernt und in Kombination mit der separaten Nachverbrennung vollständig zerstört, ohne dass das Mineralstoffgemisch zu hohen thermischen Belastungen mit der Gefahr einer ungewollten Kalzinierung ausgesetzt ist. Zurück bleibt ein sauberes, naturfarbenes Gesteinsmaterial (ohne schwarze Restanhaftungen von Kohlenstoff), das für eine höherwertige Wiederverwendung in der Bauwirtschaft geeignet ist. Die mineralischen Bestandteile des Straßenaufbruchs können so nahezu vollständig hochwertig verwendet und analog Primärrohstoffen erneut bei der Asphaltherstellung oder Betonherstellung eingesetzt werden. Die organischen Anteile im Abgas werden mittels Nachverbrennung bei 850 Grad Celsius thermisch umgesetzt und vollständig zerstört. Die dabei entstehende Abwärme wird genutzt, um Thermalöl zu erhitzen, um damit Ammoniumsulfatlösungen einer benachbarten Bleibatterieaufbereitung der IVH einzudampfen, aufzukonzentrieren und so ein vermarktungsfähiges Düngemittel herzustellen. Das Thermalöl wird dazu mit 300 Grad Celsius zu der Batterierecyclinganlage geleitet. Die Wärme ersetzt dabei andere Brennstoffe wie z. B. Erdgas. Die verbleibende Abwärme aus der Nachverbrennung wird mittels drei ORC-Anlagen zur Niedertemperaturverstromung genutzt. Es werden ca. 300 Kilowatt elektrische Energie pro Stunde erzeugt. Die beim RiA-Verfahren entstehenden Abgase werden in einer mehrstufigen Rauchgasreinigung behandelt. Die Abgase der Drehrohr-Anlage werden dazu aufwendig mittels Zyklone und nachgeschaltetem Gewebefilter entstaubt. Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff werden mittels trockener Rauchgasreinigung nach Additivzugabe abgeschieden. Die Umwandlung von Stickstoffoxiden erfolgt mittels selektiver katalytischer Reduktion mit Harnstoff als Reduktionsmittel. Die bereits genannte Nachverbrennung zerstört verbliebene organische Reste. Die wesentliche Umweltentlastung des Vorhabens besteht in der stofflichen Rückgewinnung des ursprünglichen hochwertigen Gesteins im teerhaltigen Straßenaufbruch, also durch Herstellung eines wiederverwendbaren PAK-freien Mineralstoffgemisches von gleicher Qualität wie die ursprünglichen Primärrohstoffe. Das heißt die besonders umweltschädlichen PAKs werden nachhaltig aus dem Stoffkreislauf entfernt. Mit der Anlage können von eingesetzten 135.000 Tonnen Straßenaufbruch rund 126.900 Tonnen als Mineralstoffgemisch in Form von Gesteinskörnungen und Füller zurückgewonnen und für die Wiederverwendung bereit gestellt werden. Die Gesamtmenge von 126.900 Tonnen pro Jahr reduziert den jährlichen Bedarf von Gesteinsabbauflächen bei einer Abbautiefe von 30 Meter um rund 1.460 Quadratmeter. Bezogen auf den angenommenen Lebenszyklus von 30 Jahren wird eine Fläche von ca. 4,4 Hektar Abbaugebiet allein durch diese Anlage nicht in Anspruch genommen. Zusätzlich wird in gleichem Maße wertvoller Deponieraum bei knappen Deponiekapazitäten eingespart. Bei erfolgreicher Demonstration der technischen und wirtschaftlichen Realisierbarkeit im industriellen Maßstab, lässt sich diese Technik dezentral auf verschiedene Standorte in Deutschland übertragen. Damit wird dem in der Kreislaufwirtschaft propagierten Näheprinzip entsprochen, das heißt die Transportwege und die damit verbundenen Umweltauswirkungen werden weiter reduziert. Auch der nach Region unterschiedlichen Gesteinsarten wird dabei Rechnung getragen.
Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen
Umweltbereich: Ressourcen
Fördernehmer: IVH, Industriepark und Verwertungszentrum Harz GmbH
Bundesland: Niedersachsen
Laufzeit: seit 2024
Status: Laufend
Plant uptake of phosphate (P) in complex forest ecosystems relies to a great extent on microbial mineralization of P from organic and inorganic sources but the relative contributions of the microbial communities to P cycling and allocation in forest soils is not yet very well understood. Within this project we will focus on two interactions that could elucidate key processes of microbial P dynamics in forest sites. We want to clarify the importance of both fungal-fungal and bacterial-fungal interactions for P dynamics in forest soils that are transitioning from P acquiring (efficient mobilization of P from primary and secondary minerals) into P recycling systems (highly efficient cycling of P). We want to reveal furthermore the relative contributions of saprotrophic and ectomycorrhizal fungi to P cycling and allocation. Following a hierarchical approach we want to investigate: (I) the fungal-fungal interaction between saprotrophic and ectomycorrhizal fungi at the plot scale by a systematical exclusion of ectomycorrhizal fungi in the field; (II) elucidate the P dynamics in the mycosphere at the small scale (mm to cm scale) by the use of trenching experiments. (III) investigate the regulation of bacterial as well as fungal P cycling in a microcosm experiment and evaluate the particular microbial uptake, allocation and cycling of P in the mycosphere by the use of several chemical and microbiological approaches. The trenching experiments will be performed on the study sites: Bad Brückenau, Conventwald, Vessertal, Mitterfels and Lüss in close proximity to beech trees (Fagus sylvatica L.). The microcosm experiment will be performed under controlled conditions in the lab.
Soil organic matter is considered to become an increasingly important source of bioavailable phosphorus (P) with depletion of inorganic P within primary minerals. Current concepts on P cycling and mobilization of organic P largely ignore the formation of mineral-organic associations. This project aims to link processes occurring at the nanoscale on mineral surfaces with the bioavailability of organic P, with particular focus on the influence of biodiversity and establishment of functional niches by microbial communities on P recycling in soils. Along a soil P availability gradient the proportion of mineral-associated P as well as its composition (31P NMR and X-ray absorption near edge structure spectroscopy) will be determined and related to mineralogical soil properties. Based on adsorption and desorption experiments using both, monomeric and polymeric P sources, the recycling potential of mineral-bound organic P by various biotic communities (plants, mycorrhiza, bacteria) will be determined in mesocosm and field experiments. We expect to assess the relevance of mineral-associated organic P for the P recycling of forest ecosystems and to identify the major controlling abiotic and biotic variables.
Das übergeordnete Ziel dieses Projekts ist es, die interspezifische Diversität von Ektomykorrhizapilzen (EcM) für die Phosphoraufnahme und Ernährung von Bäumen in Pakquirierenden und P-rezyklierenden Ökosystemen zu untersuchen. Der Fokus wird auf der Buche als einer ektomykorrhizalen Hauptbaumart dieser Ökosysteme liegen. Folgende Punkte sollen adressiert werden:(i) Die Pilzgesellschaften P-akquirierender und -rezyklierender Ökosysteme unterscheiden sich, weil in dem ersten Fall P mit Hilfe organischer Exsudate aus Mineralien gelöst werden muss und im zweiten Fall P mit Hilfe saprophytischer Enzyme aus der organischen Materie freigesetzt werden muss, um pflanzenverfügbar zu sein. Um diese Hypothese zu prüfen, werden Pilze in verschiedenen Bodenkompartimenten und Wurzel-assoziierte Pilze mittels Hochdurchsatzsequenzierung erfasst und funktionalen Gruppen zugeordnet. Die aktive EcM Gesellschaft wird durch Kombination von Morphotyping und ITS Sequenzierung quantifiziert. Die Pilzprofile werden in Relation zu Bodenparametern, mikrobieller Aktivität und sekretierten Phosphatasen und Oxalat-produzierenden EcM Aktivitäten analysiert.(ii) Der zeitliche Verlauf des P Bedarfs und der P Aufnahme in Relation zu Phänologie und saisonalen Veränderungen der EcM Gesellschaft ist nicht bekannt. Durch Applikation von radioaktivem Phosphat zu verschiedenen wichtigen Zeitpunkten wie Blattaustrieb, früher Sommer, Spätsommer, Herbst und Winter soll die Aufnahme und pflanzeninterne Allokation von P bestimmt werden. Dabei wird auch die P-Akquisition der EcM Gesellschaft spezifisch erfasst und ihre enzymatischen Aktivitäten untersucht. Des Weiteren werden Biomasse der Pflanze und Morphologie des Wurzelsystems, Gesamt-P sowie der Einbau von P in freie Mikroben untersucht. Mit Hilfe dieser Daten soll ein Modell für die Aufnahme und Allokation von P in Relation zu ektomykorrhizaler, mikrobieller und pflanzlicher Aktivität entwickelt werden.(iii) Um die Beiträge spezifischer EcM für die P Aufnahme zu erfassen, soll eine neue Methode für zeitlich und räumlich aufgelöste Flussmessungen von radioaktivem P etabliert werden. Nach Installation und Kalibrierung der Messanlage mit Hilfe einfacher Modellpflanzen (Pappel), sollen die Beiträge unterschiedlicher EcM Arten für die P Aufnahme und Translokation an jungen Buchen untersucht werden. Dies Daten sollen zur Verbesserung des obigen Modells genutzt werden. Insgesamt werden diese Untersuchungen einen wichtigen Beitrag zur Rolle der EcM Diversität im P Zyklus unterschiedlich P versorgter Ökosysteme liefern.
Im Laufe ihrer Entwicklung gehen Waldökosysteme zur Deckung ihres Phosphorbedarfs von der Nutzung gesteinsbürtiger Mineralquellen zum Recycling organisch gebundenen Phosphors über. Da anorganischer Phosphor sehr stark durch Sekundärminerale gebunden wird, ist er kaum pflanzenverfügbar, unterliegt aber auch kaum der Auswaschung. Austräge gelösten Phosphors erfolgen überwiegend in organischer Form, egal in welcher Entwicklungsphase sich das System befindet. Allerdings ist nur wenig über die Zusammensetzung und Dynamik gelösten organischen Phosphors (DOP) bekannt. Wahrscheinlich sind insbesondere mikrobielle Produkte, wie Nukleotide und Nukleinsäuren, mobil. Hingegen scheinen pflanzliche Phosphorverbindungen, z.B. Phytate, weniger der Auswaschung zu unterliegen, weil sie vermutlich stärker gebunden werden. Die mobilen mikrobiellen Verbindungen sind potentiell enzymatisch hydrolysierbar; daher ist es möglich, dass der in ihnen enthaltene Phosphor von Pflanzen aufgenommen wird und sich so die Austräge aus Recyling-Systemen verringern. Unser Vorhaben hat zum Ziel, zu klären welche stofflichen Eigenschaften phosphorhaltiger organischer Verbindungen ihre Mobilität kontrollieren, welche Einflüsse ihre Zusammensetzung steuern, und welche Bedeutung sie als Phosphorquelle für Bäume haben. Dazu sammeln wir Auflagensickerwässer und Bodenlösungen an Standorten entlang des für der das SPP1685 vorgeschlagenen Phosphorverfügbarkeitsgradienten. Diese werden mittels spektroskopischer Methoden (v.a. NMR, an ausgewählten Proben auch XPS und XANES) auf Phosphorspezies sowie die enzymatische Umsetzbarkeit (in Kombination mit spektroskopischen Methoden) untersucht. Dadurch können mobile wie labile Substanzen identifiziert werden. Ähnliche Untersuchen werden an Lösungen aus Manipulationsexperimenten (Trockenheit, pH) andere SPP-Antragsteller zur Steuerung der Mobilisierung gelösten Phosphors vorgenommen, so dass Änderungen der Zusammensetzung und damit der chemischen und biologischen Reaktivität betrachtet werden können. Einen weiteren Schwerpunkt bilden Laborversuche zur potentiellen Mobilität bestimmter organischer Phosphorspezies (Sorptionsexperimente, in Kombination mit spektroskopischen Methoden) sowie Versuche mit 13C-, 14C- und 33P-markierten Substanzen zur potentiellen Aufnahme gelöster organischen Phosphors durch Baumsetzlinge, wobei zwischen Aufnahme nach Hydrolyse und direkter Aufnahme organischer Moleküle unterschieden werden soll.