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Bestimmung von Phosphatformen in Böden sowie Detektion von Uran, Thorium und Chrom (VI) in P-Düngemitteln mittels Raman und Synchrotron Infrarot Spektroskopie

Phosphor ist essentiell für alle Lebensformen. Es wird benötigt für den Stoffwechsel-Prozess und ist Bestandteil der DNA. Aus diesem Grund wird Phosphor in Form von Phosphaten in der Düngemittelindustrie eingesetzt. Früher würden dafür Düngemittel auf der Basis von Rohphosphaten verwendet. Heutzutage, mit schwindenden Rohphosphat-Ressourcen, gewinnen Recycling-Phosphatdüngemittel aus Abwasserströmen an Bedeutung. In diesem Forschungsprojekt sollen die Phosphat-Formen im Boden mittels Mikro-Raman und Synchrotron-Strahlung Infrarot Mikrospektroskopie für eine ressourcenschonende Düngung in der Zukunft bestimmt werden. Des Weiteren sollen ebenfalls Dünger-Boden Reaktionen der Recycling-Phosphate analysiert werden um die Eigenschaften der zukünftigen Düngemittel zu verbessern. Die Resultate dieser Forschung sind wichtig, da neben den Phosphatformen im Düngemittel auch die des Bodens für ein gutes Wachstum der Pflanzen von Bedeutung ist. Dadurch leistet dieses Forschungsvorhaben einen Beitrag dazu, dass die Düngemittelindustrie nicht mehr von Rohphosphat exportierenden Ländern abhängig ist da Recycling-Phosphate aus den lokalen Kläranlagen gewonnen werden können. Im Gegensatz zu den neuen Recycling-Phosphaten enthalten Dünger auf der Basis von Rohphosphaten Uran, Thorium und Chrom (VI) welche über die Nahrungskette in den menschlichen Körper gelangen können. Um Verbindungen dieser Elemente zu bestimmen sind schnelle Analysenmethoden nötig die in diesem Projekt auf der Basis von Schwingungsspektroskopie entwickelt werden.

BonaRes (Modul A, Phase 2): InnoSoilPhos - Innovative Lösungen für ein nachhaltiges Management von Phosphor im Boden, Teilprojekt E

Die zukünftige Phosphor (P)-Düngung landwirtschaftlicher Kulturen muss im Wesentlichen auf sekundäre Rohstoffe zurückgreifen und Stoffkreisläufe schließen. Daher sollen in WP 2.2 die Düngungseffekte von Tierknochenkohlen und anderen sekundären Ressourcen geprüft werden. Das Ziel ist die Entwicklung innovativer rückstandsfreier P-Dünger aus sekundären Rohstoffen.

Teilprojekt H, Teilprojekt G

1. Vorhabensziel: Herstellung eines schadstoffarmen und gut pflanzenverfügbaren Düngers aus den Reststoffen der Zuckerrohrverarbeitung. Verwertung der Verbrennungs- und Vergasungsrückstände der Bagasse und der sonstigen auf Zuckerrohrbasis anfallenden Biomassen (Stroh, Vinasse, Melasse). 2. Arbeitsplanung: Verbrennungs- und Vergasungsrückstände aus WP0, WP1 und WP2 sowie mechanisch und nasschemisch erzeugte Zwischenprodukte aus WP5 werden thermochemisch nachbehandelt mit dem Ziel Schmermetalle zu entfernen und Nährstoffe in eine pflanzenverfügbare Form z u überführen. Hierfür werden Batchversuche durchgeführt (Screening) sowie Versuche in kleintechnischen Drehrohröfen. Von erfolgversprechenden Zwischenprodukten werden größere Chargen hergestellt (50 kg). Aus den Zwischenprodukten (WP1, WP2, WP5) werden Düngemittel durch Granulation mit geeigneten weiteren Nährstoffträgern und Bindemitteln hergestellt. Für die Granulation kommen Eirich-Mischer R02 (5L) und R08 (75L) zum Einsatz. 3. Ergebnisverwertung: Die Verwertung der Rückstände aus der Zuckerrohrverarbeitung (insbesondere Bagasseaschen) ist ein wichtiges Ziel der brasilianischen Umwelt- und Agrarpolitik. Die Untersuchungen im geplanten Projekt sollen diesen Prozess unterstützen und dazu beitragen, dass zukünftig hochwertige Sekundärrohstoffdünger auf den Markt gelangen. Mit den entsprechenden Firmen und den Akteuren der Düngemittelindustrie und der Landwirtschaft wird während der Projektlaufzeit intensiv der Kontakt gehalten.

VeNGA, Teilvorhabenstitel: Bereitstellung von Gärrückständen / Gärprodukten aus der Abfallvergärung als Bodenverbesserer

Innerhalb des Projektes sind verschiedentlich aufbereitete Gärprodukte aus der Vergärung von Bioabfällen hinsichtlich ihrer Wirkung auf Boden und Pflanzen zu untersuchen. Eine Form der Aufbereitung der Gärprodukte stellt die Agglomeration der festen Phase dar, die insbesondere auf die Bereitstellung eines Düngemittels mit verbesserter Lager- und Transportfähigkeit abzielt. Die Untersuchung der Vergärung von Bioabfällen und die Aufbereitung der Gärprodukte werden im Labormaßstab (BTU, Lehrstuhl Geopedologie und Landschaftsentwicklung in Zusammenarbeit mit Dr. habil. C. Dornack, PTS Heidenau) und in praxisrelevanten Großanlagen (GICON) durchgeführt. Die Wirkung der Gärprodukte auf Boden und Pflanzen wird unter kontrollierten Gewächshausbedingungen in Gefäßversuchen (BTU, Lehrstuhl Geopedologie und Landschaftsentwicklung) und in praxisnahen Freilandparzellenversuchen (IASP) überprüft. Hierbei kommen nur die Gärprodukte zur Verwendung, die vorherige Toxizitätstests durchlaufen haben (IASP, BTU, Lehrstuhl Geopedologie und Landschaftsentwicklung). Es soll hierbei die Versorgung der Pflanzen mit den notwendigen Nährstoffen überprüft werden, was die Untersuchungen zur Nährstofffreisetzung aus den Gärprodukten sowie die sich entwickelnde Biomassemenge (TM) und -qualität einschließt. Außerdem werden die Kohlenstoffspeicherung im Boden bzw. die Humuswirkung der unterschiedlichen Gärprodukte überprüft (IASP, BTU, Lehrstuhl Geopedologie und Landschaftsentwicklung). Darüber hinaus soll auch der Effekt von Gärproduktgaben auf Bodenstruktur und bodenphysikalische Eigenschaften betrachtet werden (BTU, Lehrstuhl Geopedologie und Landschaftsentwicklung). Zur Ausbringung unbehandelter sowie aufbereiteter Gärprodukte werden vergleichende ökonomische Betrachtungen durchgeführt (IASP).

Phosphorrecycling mittels Kombination von Nieder-Temperatur-Konvertierung und thermochemischem Aufschluss von biogenen Reststoffen

Erstellung eines schadstoffarmen und sehr gut pflanzenverfügbaren Phosphordüngers aus Klärschlamm durch Kopplung von Nieder-Temperatur-Konvertierung (NTK) und thermochemischer Nachbehandlung. Unsere Arbeitsschritte werden von Labor-, Gefäß- und Feldversuchen begleitet, um formulierte Hypothesen zu verwerfen oder zu verifizieren. Dazu werden an- und aerob stabilisierte Klärschlamme sowie ein hoch belasteter Klärschlamm in der NTK mit chemischen Zusätzen behandelt, um eine P-haltige Kohle und Öle zu gewinnen. In der darauffolgenden thermochemischen Nachbehandlung soll die P-Löslichkeit bzw. P-Verfügbarkeit der NTK-Kohlen mit chemischen Zusätzen erhöht werden. Weiterhin soll durch diese Nachbehandlung eine Entfrachtung von organischen und anorganischen Schadstoffen erreicht werden. Die Wirksamkeit der von uns synthetisierten Produkte auf die P-Verfügbarkeit wird dann in Gefäßversuchen mit Mais und Spinat untersucht. Die aus den Modell- und Gefäßversuchen gewonnen Ergebnisse sollen dann in die Synthese eines großtechnisch hergestellten P-Düngemittels münden, wobei dieses Produkt in einem Feldversuch überprüft wird.

Teilprojekt 3: Verfahrenstechnische Optimierung des Urinspeichers, Teilprojekt 2: Landwirtschaftliche und Umwelt-Aspekte einer Urinverwertung

Nutzung der Bodenfruchtbarkeit, Entwicklung neuer Strategien zur Mehrung und optimierten Nutzung der Bodenfruchtbarkeit: Anbauverfahren von Körnerleguminosen mit Direktsaat und konservierender Bodenbearbeitung

Der Bedarf an ökologisch erzeugten Körnerleguminosen (z.B. Erbsen, Ackerbohnen) steigt insbesondere vor dem Hintergrund der verpflichtenden Verwendung von 100 Prozent Biofutter und dem zunehmenden Bedarf an Eiweißträgern für die menschliche Ernährung kontinuierlich. Der Bedarf kann momentan nicht aus inländischer Produktion abgedeckt werden, d.h. hier muss auf Importware zurückgegriffen werden, die mit gewissen Risiken verbunden sein kann (z.B. GVO-Freiheit bei Sojabohnen). Hemmnisse für eine steigende inländische Produktion sind trotz der positiven Wirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit Wissens- und Erfahrungslücken beim Anbau dieser Kultur. Zudem wird dringend nach alternativen Bodenbearbeitungsverfahren gesucht, die zum einen einen geringeren Energieinput erfordern, zum anderen keine Nachteile aus herbologischer und phytopathologischer Sicht sowie bei Menge und Qualität des Erntegutes mit sich bringen. Im Rahmen des vorliegenden Vorhabens soll die systematische Erarbeitung, komplexe Abbildung und praktische Umsetzung von Anbaustrategien zur Sicherung und Erhöhung der Bodenfruchtbarkeit durch optimierte Nutzung von Körnerleguminosen (Körnererbsen, Ackerbohnen) in Fruchtfolgeausschnitten mit reduzierter Bodenbearbeitung bzw. Mulchsaatverfahren im Ökologischen Landbau erfolgen. Ziel ist dabei, z.B. durch den gezielten Einsatz von Zwischenfrüchten oder Sekundärrohstoffdüngern das Nährstoffmanagement zu optimieren, die Unkrautproblematik zu entschärften, die Sätechnik anzupassen und das Gesamtverfahren aus ökonomischer Sicht einzuordnen. Schwerpunkt dieses Teilprojektes ist Optimierung der Nährstoffversorgung zur Erhöhung der N2-Fixierung und Produktivität von Körnerleguminosen. Nach einer Untersuchung der Wurzelverteilung soll bestimmt werden, wie sich die Nährstoffversorgung der Pflanzen (insbesondere der Körnerleguminosen Ackerbohne und Körnererbse) in Früchtefolgen entwickelt und wie das Nährstoffangebot unter diesen Bedingungen optimiert werden kann. Dazu sollen im Ökologischen Landbau zugelassene Sekundärrohstoffdünger eingesetzt werden, die als unbedenklich einzustufen sind.

POEWER: Nachhaltige Steigerung der Phosphat-Effizienz von Winterweizen durch eine effektive Wurzel-Boden-Interaktion, Teilprojekt 3

POEWER: Nachhaltige Steigerung der Phosphat-Effizienz von Winterweizen durch eine effektive Wurzel-Boden-Interaktion, Teilprojekt 2

Bewertung konkreter Maßnahmen einer weitergehenden Phosphorrückgewinnung aus relevanten Stoffströmen sowie zum effizienten Phosphoreinsatz

A) Ausgangslage: Der Einsatz von Phosphor ist aufgrund seiner essentiellen Bedeutung insbesondere in der Landwirtschaft und bei industriellen Prozesse unausweichlich erforderlich. Aufgrund der weltweiten Wirtschaftsentwicklung wird der Phosphorbedarf deutlich steigen. Die derzeitig wirtschaftlich abbaubaren Phosphorvorkommen weisen zunehmende Schadstoffbelastungen auf. Der Abbau und die Verarbeitung von Phosphor zu Mineraldüngern sind mit erheblichen Umweltbelastungen und hohem Energiebedarf verbunden. B) Zielstellung: Zur weitergehenden Rückgewinnung von Nährstoffen insbesondere aus Abfällen und anderen Stoffströmen sind insbesondere folgende im Ressourceneffizienzprogramm der Bundesregierung und im Auftrag der 75. UMK genannten Maßnahmen auf zu prüfen und zu bewerten: - Beimischung für zurück gewonnenen Phosphor zu herkömmlichen Phosphat-Düngern; - Umstellung von Kläranlagen auf Verfahren, die pflanzenverfügbare Phosphorprodukte liefern; - Verstärkte Klärschlamm-Monoverbrennung; - Lagerung P-haltiger Verbrennungsaschen, die noch nicht zu Düngemitteln aufbereitet werden können; - Möglichkeit der P-Rückgewinnung aus vorhandenen Klärschlammlagern/Deponien ('urban mining'); - Ökonomische Aspekte des Nährstoffrecyclings (u.a. Klärschlammmonoverbrennung, Ascheaufbereitung); - Schaffung zusätzlicher Anreize für die Verwendung von recyceltem Phosphor (z.B. Förderinstrumente); - Rückgewinnungsverfahren im Ausland. C) Methodik des Vorhabens: (Diskussion der Ergebnisse mit externen Experten/Verbänden)

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