Phosphorrückgewinnung durch Tone: Thermodynamik und Wiederve

Phosphor ist ein lebenswichtiger Nährstoff für alle Organismen. Seine Gewinnung und Nutzung bringen jedoch erhebliche Umweltprobleme mit sich. In der Landwirtschaft wird Phosphor für das Pflanzenwachstum gebraucht. In Flüssen und Seen können jedoch schon kleine Überschüsse zur Eutrophierung führen. Sterben diese Algen ab und werden abgebaut, sinkt der Sauerstoffgehalt im Wasser. Das gefährdet Fische und andere Wasserlebewesen. Darum muss Phosphor im Abwasser möglichst wirksam entfernt werden, damit Gewässer sauber bleiben und Ökosysteme nicht aus dem Gleichgewicht geraten. Die weltweiten Phosphorvorräte sind begrenzt, und die industrielle Herstellung verbraucht viel Energie und natürliche Ressourcen. Das macht nachhaltige Lösungen immer wichtiger: Phosphor soll daher gezielt zurückgewonnen und wieder in der Landwirtschaft genutzt werden. Dieses Projekt entwickelt dafür eine umweltfreundliche und kostengünstige Methode, die zwei Ziele gleichzeitig erreicht: Phosphor aus Wasser zu entfernen und ihn anschließend als Langzeitdünger wiederzuverwenden. Grundlage sind natürliche, eisenreiche Tone und Eisenkarbonate. Sie können Phosphor aus dem Wasser aufnehmen und später zu porösen Werkstoffen namens Geopolymeren weiterverarbeitet werden. Diese Geopolymere geben den gebundenen Phosphor nach und nach an den Boden ab, sodass Pflanzen versorgt werden, ohne dass es zu einer neuen Gewässerbelastung kommt. Zuerst wird untersucht, wie verschiedene ton- und eisenbasierte Materialien Phosphor binden und wie sich dieser Prozess optimieren lässt. Durch die genaue Analyse der Materialien und des Wassers sollen die wichtigsten Einflussfaktoren erkannt werden, die die Phosphorentfernung bestimmen. Ein zentraler Teil des Forschungsprojekts beschäftigt sich dabei mit den thermodynamischen Grundlagen, die diese Bindung steuern. Dadurch können Materialien gezielt verbessert werden, um Phosphor wirksamer aus dem Wasser zu entfernen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung einer Methode, die die thermodynamischen Grundlagen der Phosphorbindung exakt erfasst und damit den Bindungsmechanismus besser erklärbar macht. Dafür werden moderne Modellierungswerkzeuge kombiniert. Die Ergebnisse fließen in eine Datenbank ein, die künftige Studien zur Wasseraufbereitung und zur Entfernung von Schadstoffen unterstützen kann. In der letzten Phase wird getestet, wie gut die neuen Geopolymere Phosphor wieder freisetzen und ob sie in der Landwirtschaft genutzt werden können. Dabei wird genau untersucht, ob die Materialien umweltverträglich sind und keine unerwünschten Stoffe in Boden oder Wasser abgeben. Durch die Kopplung von Wasseraufbereitung und Phosphorrecycling wird ein integrierter Ansatz geschaffen, der die Gewässerbelastung senkt und die Ressourceneffizienz erhöht. Das Projekt verknüpft grundlegendes wissenschaftliches Verständnis mit praktischen Lösungen und unterstützt eine Kreislaufwirtschaft für Phosphor: ihn aus dem Wasser zurückzugewinnen und dorthin zurückzubringen, wo er am meisten gebraucht wird in den Boden.