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Egidio Vallino, Andreas PodlichIngenieurhydrologie I
Prof. Manfred KochSS 2013
Phosphor – Grundlage für Industrie und Natur
Gliederung (1)Eigenschaften von PhosphorNotwendigkeit von PhosphorNatürlicher PhosphorkreislaufNutzen für den MenschenProblematik des anthropogenen
PhosphorkreislaufZeithorizont
Politische Konflikte
Gliederung (2)Lösungsansätze
Effizienz der PflanzenKlärschlamm
Fazit
Eigenschaften von PhosphorPhosphor kommt in der Natur nur in der
Form von Phosphat oder Phosphatmineralien vor
Phosphate sind die Salze und Ester der ortho-Phosphorsäure H3PO4
Es existieren drei allotrope Hauptmodifikationen: weißer, roter und schwarzer Phosphor
Für alle Organismen ist Phosphor Lebensnotwendig
Notwendigkeit von PhosphorDNA (desoxy-Ribonuclein-Acid)
Besitzt PhosphatresteFungieren als VerbindungsgliederPhosphatrest und Zucker bilden das Rückgrat
der DNA
Notwendigkeit von Phosphor (2)Knochenaufbau
Phosphor sorgt für starke Knochen und gesunde Zähne
Osteoblasten sind in der Lage, Hydroxylapatit (Ca5[OH(PO4)3]) aus Phosphat- und Calcium-Ionen zu erzeugen
Die Knochen des Körperskeletts bestehen aus 50%, Dentin aus 70% und der Zahnschmelz aus 97% Hydroxylapatit
Notwendigkeit von Phosphor (3)ATP (Adenosintriphosphat)
Die aus Stoffwechselvorgängen freigesetzte Energie wird in ATP gebunden
Wechselspiel von ADP und ATP ± Energie
ADP + Phosphat → ATP ΔH = ca. 45 kJ/molATP → ADP + Phosphat ΔH = ca. - 45 kJ/mol
Notwendigkeit von Phosphor (4)Pflanzennährstoff
Phosphor ist ein limitierender NährstoffGebundenes Phosphat nicht
pflanzenverfügbarGelöstes Phosphat (H2PO4
- oder HPO42-) ist
direkt verfügbar
Natürlicher Phosphorkreislauf
Nutzen für den MenschenPhosphat ist ein wichtiger Bestandteil von
Pflanzendünger140 Mio. t/a gefördert (80-90% für
Landwirtschaft)Der Rest für andere Verwendungszwecke,
wie…Treibmittel in BackwarenGeschmacksverstärker in LimonadenWasserbinder in Fleischware…
Problematik des anthropogenen Phosphorkreislaufs
Phosphor Lagerstätte84% der Phosphorreserven in nur 5
LändernWest Sahara 36%China 23%Südafrika 9%Jordanien 9%USA 7%
ZeithorizontPhosphorreserven basierend auf heutigem
Verbrauch:
Förderwürdig: 80 JahreNicht förderwürdig: 250 Jahre
Zeithorizont (2)
Zeithorizont (3)
Politische Konflikte – China (1)Juni 2008 erhängt China einen Ausfuhrzoll
von 135% auf PhosphorPreise stiegen von 80 auf 430 $/tLebensmittelpreise stiegen in die HöheEtwicklungsländer/Schwellenländer
besonders stark betroffen
Politische Konflikte – China (2)
Politische Konflikte - Westsahara (1)Westsahara bis 1975 Kolonie von SpanienNach Abzug Spaniens erhebt Marokko und
Mauritanien Landansprüche und besetzten Westsahara
Bewaffnete Widerstandsbewegung „Frente Polisario“ ruft eigenen Staat aus, die Demokratische Arabische Republik Sahara (DASR)
„Frente Polisario“ erkämpft Teile der Westsahara zurück
Waffenstillstand seit 1991
Politische Konflikte – Westsahara (2)UNO fordert eine Volksabstimmung, die
über die Zukunft der Westsahara entscheiden soll
Bis heute gab es keine AbstimmungNoch unklar wer wahlberechtigt ist
Politische Konflikte – Westsahara (3)
Lösungsansätze
Steigerung der Phosphataufnahme von PflanzenSymbiose Pilz PflanzeMykorrhizapilze bilden ein umhüllendes
Pilzgeflecht und verbessern so die Nährstoffversorgung
Bsp. Kartoffelpflanzen:Der Mineraldüngereinsatz kann so um 50% gesenkt werden
Verbleib des Phosphors auf der Kläranlage
Klärschlamm – Potential
Einsatzart Menge pro Jahr [t/a]
Wirtschaftsdünger (Gülle, Mist) 290.000
Mineralischer Dünger 100.000
Klärschlamm 25.000
415.000
Phosphoreinsatz in der deutschen Landwirtschaft
Aus Abwasser ließen sich in Deutschland ca. 70.000 t Phosphor pro Jahr zurückgewinnen
Air-prex MAP-VerfahrenHerstellung von
Magnesiumammoniumphosphat (MAP / Struvit)
Guter Dünger hohe Pflanzenverfügbarkeit
Geringe Schwermetallgehalte (DüMV)
Air-prex MAP-Verfahren
FazitDer Bedarf an Phosphor nimmt kontinuierlich
zuZiel ist, den Phosphorkreislauf zu schließenTechnologien entwickeln/optimieren für die
Rückgewinnung von PhosphatEffizienz in der Landwirtschaft steigern – z.B.
durch Nutzpflanzen die effizienter mit Phosphat umgehen können
Vegetarische alternativen – für 1 kg Fleisch müssen ca. 10-20 kg Getreide angebaut werden
Weniger Nahrung wegwerfen
Quellen www.census.gov www.phosphorusfutures.net/uploads/images/Peak_P_website.jpg Arte, Dokumentation: Die Phosphorkrise – Ende der Menschheit? www.stonegateagricom.com www.de.wikipedia.org/wiki/Westsahara Prof. Dr. Ing. Johannes Müller-Schaber: Siedlungswasserwirtschaft 04,
Klärschlammbehandlung SS2013: Vorlesungsskript: Stand der Phosphorrückgewinnung www.pcs-consult.de/html/airprex3.html www.lwg.bayern.de/gartentipps/2007/28522/ http://www.uniterra.de/rutherford/ele015.htm Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen. Grundlagen Siedlungswasserwirtschaft Teil 1.
Vorlesungsskript 2012: Wasserparameter. Universität Kassel. Fachgebiet 14 Siedlungswasserwirtschaft
Horst Bayrhuber und Ulrich Kull. Titel: Linder Biologie. Verlag: Schroedel. S.67 http://de.wikipedia.org/wiki/Phosphor http://de.wikipedia.org/wiki/Phosphorfraktion Prof. Dr. Wilfried Probst und Petra Schuchardt. Titel: Duden Abiturwissen Biologie.
Verlag: Paetec http://de.wikipedia.org/wiki/Apatit http://www.geweb.de/OWS/Programm/lerneinheit?lp=2191&s=16 http://www.guidobauersachs.de/oc/nukleo.html
Vielen Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
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