Im Kreis ist mehr Zukunft: Phosphor, Eisen und seltene Erden – die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) erforscht, wie wichtige Stoffe erhalten und wiederverwendet werden können

08. Juli 2021

Im Kreis ist mehr Zukunft

Phosphor, Eisen und seltene Erden – die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) erforscht, wie wichtige Stoffe erhalten und wiederverwendet werden können

Christian Adam, BAM © WISTA Management  GmbH

Christian Adam steht am kleintechnischen Lichtbogenofen. Hier werden Abfallstoffe geschmolzen und im thermochemischen Prozess Wertstoffe gewonnen. © WISTA Management GmbH

Ein Hauch von Ewigkeit ist im Gespräch mit Christian Adam zu spüren. Es geht um stetige Kreisläufe, bei denen Wertstoffe zurückgewonnen und Rohstoffe eingespart werden können. Auch das Schonen der Umwelt ist ein wichtiges Ziel der Kreislaufwirtschaft, die der Leiter des Fachbereichs „Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung“ an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) mit seinem Team erforscht und realisiert. Wird die Lebensdauer von Produkten, die im Kreislauf immer wieder neu generiert werden, verlängert, werden weniger Ressourcen benötigt und die Abfallmenge reduziert.

Das beginnt bereits beim Produktdesign. „Wir denken die Instandhaltung, Wiederverwendung und Wiederaufbereitung des Produkts und der enthaltenen Rohstoffe von Anfang an mit“, sagt Adam, der nach dem Studium des Technischen Umweltschutzes an der Technischen Universität Berlin mit einem Thema aus der Verfahrenstechnik promovierte. Seit 2004 arbeitet er an der BAM, seit 2012 als Fachbereichsleiter.

Intensiv beschäftigt sich sein Team aus Chemikerinnen, Ingenieuren, Mineraloginnen und Geowissenschaftlern mit der Rückführung von Phosphor in den Stoffkreislauf. Der wichtige Nährstoff wird von Pflanzen aufgenommen und muss dem Boden immer wieder zugeführt werden, um weiteres Wachstum zu ermöglichen. Ein großer Teil des mit der Nahrung aufgenommenen Phosphors landet über die menschlichen Ausscheidungen im Abwasser und reichert sich im Klärschlamm an. Da der auch Schadstoffe enthält, wird der Klärschlamm nicht direkt auf die Felder zurückgeführt, sondern meist verbrannt.

Adams Team ist in verschiedenen, auch internationalen Forschungsvorhaben aktiv, bei denen geeignete thermochemische Verfahren untersucht werden. Ziel ist es, die in der Klärschlammasche enthaltenen Phosphate für die Pflanzen verfügbar zu machen und umweltschädliches Cadmium oder Blei zu entfernen.

Auch bei der Herstellung von Eisen und Stahl fallen Abfälle an, die für den Wirtschaftskreislauf interessant sind. Die Filterstäube und Gichtgasschlämme enthalten neben wiederverwertbaren Anteilen an Eisen und Kohlenstoff bis zu 30 Prozent produktionsschädliches Zink, so dass letztlich alles auf die Deponie kommt. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickelte die BAM nun ein Verfahren, mit dem das Zink aus den Abfallstoffen entfernt werden und Eisen sowie Kohlenstoff wieder in den Kreislauf der Stahlproduktion gelangen können.

Geringer, doch viel teurer sind die Mengen an Scandium, die weltweit gefördert werden: jährlich etwa 35 Tonnen. Das Übergangsmetall, das zu den seltenen Erden gehört, wird für Aluminium-Scandium-Legierungen verwendet, die als Leichtbauwerkstoffe für die Luftfahrt begehrt sind. Am meisten jedoch ist Scandium derzeit für Festoxid-Brennstoffzellen gefragt. In Europa gibt es keine Produktionsstätte für Scandium, das zu den teuersten Elementen auf dem Weltmarkt zählt. Zusammen mit 18 Partnern aus zehn europäischen Ländern untersucht die BAM in einem EU-Projekt, wie Scandium aus industriellen Rohstoffen gewonnen werden kann.

„Wir konzentrieren uns dabei auf Rotschlamm, der bei der Aluminiumoxid-Herstellung anfällt, sowie auf Abfälle aus der Titandioxid-Produktion“, sagt Adam. Die mineralogischen und chemischen Eigenschaften von Rotschlamm und weiterer scandiumhaltiger Reststoffe zu charakterisieren, steht ebenfalls auf dem Arbeitszettel der BAM-Forschenden. Damit ließen sich möglicherweise neue Scandium-Quellen identifizieren. Mehr Nutzung, weniger Abfall – ein weiterer Schritt zum Ausbau der Kreislaufwirtschaft.

Von Paul Janositz für Adlershof Journal

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