Ressourcen.fm

Dieser Podcast bietet einen Einstieg in die Themen Nachhaltigkeit, Ressourcenstrategie und Ressourceneffizienz. Er beschreibt außerdem unterschiedliche Materialien, Rohstoffe und Ressourcen entlang ihres Lebensweges vom Bergbau bis zur Deponie. Dabei werden möglichst umfassend die Aspekte Technologie, Ökonomie, Ökologie, Soziales, Politik, Kultur usw. beleuchtet. Nach dem hören wisst ihr besser Bescheid was unsere Welt zusammenhält.

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episode 23: Phosphor


Hausmeisterei

23. Episode am 21.02.2021 (geiles Datum)

Am 13.10.2017 gegründet. 2020 3-jähriges Bestehen des Podcasts ?!?! -> Martin hats total vercheckt.

Das bedeutet bisher ungefähr alle 2 Monate eine Episode -> geplant war ja jeden Monat eine

24.000 Downloads

Martin macht einen weiteren Podcast zu Datenschutz und Digitalisierung

Was gibts neues bei Bibi? Prüfungen?

Feedback

Marcos Feedback und Literatur hinweise -> EU Kommission Study on the Electronics Ecosystem & Important Project of Common European Interest“ (IPCEI), on Microelectronics

[1] https://www.ipcei-me.eu/wp-content/uploads/2020/11/Study-on-the-Electronic-Ecosystem_Decision_Feb2020.pdf

[2] https://www.ipcei-me.eu/documents-2/

Ressorucen FM ist jetzt auf Wire! Messenger hier herunterladen:

https://wire.com/de/download/

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Weitere News:

Battery Supply Chain Principles

https://www.amnesty.org/en/documents/act30/3544/2021/en/

Ministerien einigen sich auf Lieferketten Gesetz, jetzt Abstimmung im Bundestag!

https://lagedernation.org/2021/02/18/ldn229-lieferkettengesetz-berlin-autofrei-dritte-welle-schnelltests-impfungen-lesbare-gesetze-tbc-1-jahr-hanau/

https://www.sueddeutsche.de/wirtschaft/nachhaltigkeit-unternehmen-massnahmen-1.5204816?reduced=true

AfD Antrag zum Lieferkettengesetz https://www.bundestag.de/dokumente/textarchiv/2021/kw04-de-lieferkettengesetz-817402 )

Links aus Lage der Nation:

  • Was bringt das Lieferkettengesetz? (YouTube)
  • Lieferkettengesetz belastet die Falschen, Entschärfung ist sinnvoll (ifw-kiel.de)
  • Helpdesk Wirtschaft & Menschenrechte (AWE)
  • Kommentar: Das Lieferkettengesetz wird die Erwartungen nicht erfüllen (handelsblatt.com)
  • Menschenrechte: Bundeswirtschaftsministerium übt Kritik am geplanten Lieferkettengesetz (handelsblatt.com)
  • Kommunen pro Lieferkettengesetz | Bürgerhaus Neumarkt (fairtrade-neumarkt.de)
  • Lieferkettengesetz – Gerd Müller: “Qualitätssprung zur Durchsetzung von Menschenrechten” (Deutschlandfunk)
  • Lieferkettengesetz: Gut und überfällig, doch leider viel zu wirtschaftsfreundlich (fr.de)
  • Streit über Lieferkettengesetz: Menschenrechte? Das hat Zeit (https://www.fr.de)
  • Aktivisten protestieren gegen Lieferkettengesetz (www.t-online.de)
  • Lieferkettengesetz: Standards werden Pflicht (Legal Tribune Online)
  • EU will europäisches Sorgfaltspflichtengesetz (Legal Tribune Online)
  • Regierung vereinbart Lieferkettengesetz: Menschenrechte achten (taz.de)
  • Lieferkettengesetz: Minister einigen sich auf Menschenrechte (Süddeutsche.de)
  • BAUINDUSTRIE zur politischen Einigung beim Lieferkettengesetz / Geplante Vergabesanktionen müssen Wettbewerbsrecht und Gleichheitsgrundsatz entsprechen (presseportal.de)
  • Kritik an Lieferkettengesetz: Schwindel – Greenpeace protestiert am Kanzleramt (stuttgarter-nachrichten.de)
  • Schrodi freut sich über Lieferkettengesetz (Süddeutsche.de)
  • Lieferkettengesetz: Für Menschenrechte in der Wirtschaft (Oxfam Deutschland)
  • Das Lieferkettengesetz hat vielfältige Auswirkungen (tagesschau.de)
  • Aktuelles – Initiative Lieferkettengesetz (Initiative Lieferkettengesetz)
  • KMU Kompass (kompass.wirtschaft-entwicklung.de)
  • Kritik an Lieferkettengesetz: Schwindel – Greenpeace protestiert am Kanzleramt (stuttgarter-nachrichten.de)
  • STATEMENT – Lieferkettengesetz: Kompromiss, doch wichtiger Schritt (mailings.ecchr.eu)
  • LdN206 USA auf dem Weg zur Autokratie, FinCEN, Bilanz Corona Warn-App, Lieferkettengesetz (Lage der Nation – der Politik-Podcast aus Berlin)
Shownotes

Hinweis: Teilweise werfen wir hier die Begriffe Phosphate, Phosphor, Phosphorite usw. durcheinander. Wir bitten darum, das zu entschuldigen. Leider passiert uns das im Eifer des Gefechts immer mal wieder.

Hinweis 2: Bibi spricht von Phosphorsäure Resten, das sind allerdings Phosphorsäure Ester. Wir klären das im späteren Verlauf der Episode auf, aber wir wollte das hier direkt klarstellen.

Beste Headlines bei der Recherche: 

·      Die Welt: „Am Phosphor hängt das Schicksal der Menschheit„

·      NDR: „Schmelzkäse: So gefährlich sind Phosphate“

Phosphor
  • Kommt vom altgriechischen Wort „phosphoros“  übersetzt: „lichttragend“, weil es bei Reaktion mit Sauerstoff weiß leuchtet
  • Ist eine nicht-erneuerbare Ressource
  • Chemisches Element P
  • Ordnungszahl 15 -> 15 Protonen im Kern
  • 5. Hauptgruppe
  • Verschiedene Modifikationen: der bekannteste ist der weißte Phosphor, P4-Molekülen besteht (leicht herzustellen, aber giftig und entflammbar)
  • Phosphor liegt in der Natur eigentlich in irgendeiner Phosphat Form vor. Entweder frei als Ion oder gebunden in anorganischen oder organischen Verbindungen
  • Nur ein stabiles Phosphorisotop p31 -> Reinelement (anisotop)
  • Isaac Asimov Zitat “Phosphor ist das Nadelöhr des Lebens”
 Geschichte
  • 1669 von Hennig Brand als Element entdeckt -> Trocknung von Urin weil er Stein der Weisen gesucht hat
  • 1609 Inca Garcilaso de la Vega schreibt Comentarios Reales -> Benutzung von Guano als Dünger durch die Incas
  • Wie bereits in der Stickstoff Episode erwähnt -> Import durch Alexander von Humboldt im frühen 19. Jahrhundert
  • Nachdem Guano erschöpft war, ausschließlich Gewinnung von Phosphatdünger aus Gestein wie Calciumhydrogenphosphat
Modifikationen von Phosphor

4 allotrope Modifikationen -> Verschiedene Kristallstrukturen

Grafik von wikipedia.de de:Benutzer:Van_Flamm, Eigenes Werk – File:Phosphor Modifikationen.png https://de.wikipedia.org/wiki/Phosphor#/media/Datei:Phosphor_Modifikationen.svg CC-BY 3.0 Weißer Phosphor
  • Erster Phosphor der Entdeckt wurde
  • Flüchtigste und reaktivste Modifikation
  • Teilweise auch als gelber Phosphor bezeichnet wenn verunreinigt
  • Weiße Chemilumineszenz -> Daher auch bekannt
  • Hochgiftig -> Früher als Rattengift eingesetzt
  • Früher in Streichhölzern im Einsatz -> Seit 1845 viele Arbeiter krank (Kiefernekrosen) -> Erste arbeitsmedizinische Konsequenzen in der modernen Medizin
  • Seit Berner Konvention 1906 Verbot von weißem Phosphor in der Streichholzherstellung
Roter Phosphor
  • Reihe von amorphen und kristallinen Formen
  • Ungiftig
  • Entsteht aus weißem Phosphor bei mehrstündiger Erhitzung auf circa 260C> unter Luftabschluss
  • Nicht selbstentzündlich
  • aber mit starken Oxidationsmitteln durch geringe Energiezufuhr (Reibung, Schlag) zur schlagartigen Entzündung oder Explosion bringbar
  • Am bekanntesten bei (Sicherheits) Streichhölzern im Einsatz -> Dort nicht im Kopf sondern in der roten Reibefläche
Hellroter Phosphor
  • Schencksche Phosphor
  • Eig eine Mischung aus Phosphor und Phosphor Brom Verbindungen -> Keine Modifikation von Phosphor hier eig nichts zu suchen
Schwarzer Phosphor
  • Bei Zimmertemperatur stabilste Modifikation -> Reaktionsträge & ungiftig
  • -> Halbleitereigenschaften durch das Kristallgitter (gewellte Doppelschicht, pyramidal)
  • Entsteht aus weißem Phosphor bei 12.000 Bar und 200C°
Violetter Phosphor
  • Hittorfscher Phosphor
  • Entsteht aus weißem Phosphor bei ein-zwei Wochen Erhitzen auf circa 550 C°
  • Ungiftig
  • Schwarzer und violetter Phosphor beides Polymere
Phosphor-Nanostäbchen
  • August 2004  -> Zwei weitere Modifikationen, aber eig unwichtig
Vorkommen & Geologie
  • Bedarf kann bis circa 2051 – 2092 gedeckt werden (Umweltbundesamt) durch Reserve bzw. identifizierte, abbauwürdige Lagerstätten -> War vorherrschende Meinung bis 2000 / 2010
  • ABER: Angaben sehr ungenau, da immer wieder neue Lagerstätten identifiziert werden / wurden, dazu aber später mehr
In der unbelebten Natur:
  • Kommt in Gewässern und Böden gelöst als Ion 
  • Oder in Gesteinen und Mineralien in gebundener Form in Form von Phosphat-Salzen vor
    • In der Erdkruste kommt es zu etwa 0.09% vor
    • Typische phosphor-enthaltende Mineralien sind zum Beispiel Apatite
    • Wichtiges Erz zur Gewinnung von Phosphor zur Herstellung von Düngemitteln 
    • Phosphorsäure für die chemische Industrie
    • In der Medizin in Kombination mit Kalciumphosphaten auch als Knochenersatz benutzt
  • Größte Vorkommen findet man in Afrika, China und den USA (Florida)
  • Nur 4 Länder besitzen 80% der weltweiten Phosphatgestein-Reserven, die nach heutigem Technologien Stand ökonomisch abbaubar sind: Marokko, China, Jordanien und Südafrika
  • Bis 2000 (und teilweise noch heute) wird es als knappes Gut angesehen. Es ist “endlich”, aber so unglaublich knapp ist es eigentlich nicht, aber mehr dazu später
In der belebten Natur
  • Phosphor auf der Erde von Anfang an zu finden, aber in nicht für Lebewesen verwertbaren Form, so wie das heute meist auch noch der Fall ist
  • Vermutung: In der Frühzeit der Erde (als Leben entstanden ist) andere Phosphorquellen > Meteoriten -> Andere Phosphorverbindungen auf Meteoriten, da diese einer anderen Umwelt ausgesetzt sind als Gestein z.B. auf der Erde -> Meteoriten enthalten z.B. mehr Eisen-Nickel-Phosphor Verbindungen die auf der Erde extrem selten sind -> Zusammen mit wasser können diese Verbindungen eine Verbindung mit Sauerstoff bilden und Pyrophosphate bilden, die gehören zu den Stoffen die für das Leben wichtig sind -> Asteroideneinschläge vermutlich sehr wichtig für das frühe Leben
  • Kann gelöst in Körperflüssigkeiten wie urin und Blut vorliegen oder
  • Gebunden in anorganischen Mineralien wie den Knochen und Zähnen
  • Phosphorverbindungen sind nicht nur deshalb extrem wichtig für Lebewesen. Sie sind auch Bestandteil grundlegender Strukturen in unsrem Organismus, z.B. in der DNA, bei Proteinen oder bei der zellulären Energieversorgung 
  • Wir besprechen ja heute ein wenig die Bedeutung für Phosphor unter anderem für das organische Leben auf der Erde. Dafür dachte ich mir lohnt es sich mal ein bisschen aufzudröseln, inwiefern die Phosphorverbindungen denn überhaupt so wichtig für uns sind.
  • Ohne Energie geht ja bekanntlich nix, oder? kann ich ja mal die Rolle von Phosphaten bei der Energieübertragung im menschlichen Körper etwas näher erläutern!
  • Immerhin würde ohne Energieübertragung gar nichts mehr gehen – kein Leben, d.h. auch kein Ressourcen.fm Podcast *schock* und keine Schokolade, weil es keine Kakaopflanzen gäbe
  • Zu den wichtigsten Phosphorverbindungen, die in Lebewesen zur Energieübertragung dienen, heißen ATP und ADP
  • Was genau heißt das?
  • ATP: Adenosintriphosphat und Adenosindiphosphat

o   ATP besteht aus 3 Phosphorsäurerest-ionen

o   außerdem noch Adenin (eine der vier Nukleinbasen der DNA)

o   und Ribose (ein Zucker)

  • ATP: chemischer Stoff, der in allen Zellen vorkommt,  stellt Energie für alle Arbeitsprozesse in den Zellen zur Verfügung (Muskelbewegungen, Stofftransport innerhalb der Zelle)
  • Da wir ziemlich viele Zellen haben, verbraucht der menschliche Körper zum Beispiel so viel ATP pro tag, wie man selbst wiegt. 
    • Und wie genau läuft dieser Prozess ab? 
    • Damit Energie frei wird, wird ATP in ADP umgewandelt (die Reaktion ist aber auch umkehrbar)
    • Das passiert durch Hydrolyse. D.h., dass es die Energie abgibt, sondern indem es mit Wasser reagiert. Wenn sich nämlich die Wassermoleküle an das ATP anlagern, spaltet sich einer der drei Phosphorsäureester (es heißt ja AdenosinTRIphosphat) ab und wird somit zu AdenosinDIphosphat – weil es jetzt nur noch 2 Phosphorsäureester hat.
    • Der abgespaltene Rest wird zu einem sogenannten Hydrogenphosphat-ion.
    • Und genau diese Spaltung bzw genau diese Hydrolyse setzt nämlich Energie frei.
    • Um genau zu sein setzt es pro Spaltung ungefähr 30,5 KJ Energi frei. 
    • Der menschliche Körper kann diese Energie zum Beispiel nutzen, um die Körpertemperatur zu halten
    • Übrigens hat die Evolution das recht pfiffig hingekriegt. Anstatt immer wieder neues ATP zu produzieren und das ADP auszuscheiden, können Lebewesen ADP auch wieder zu ATP umwandeln (also es quasi „recycling“) 
    • Dafür wird allerdings Energie gebraucht (genau so viel Energie, wie bei der Abspaltung freigesetzt wurde). Die Energie nehmen sich Pflanzen zum beispiel durch Photosynthese aus der Sonnenenergie und wir Menschen durch Zellatmung. Dieser Prozess wird Synthese genannt.
    • Der ganze prozess wird auch ATP-Zyklus genannt. Hydrolyse, Synthese, hydrolyse, Synthese und immer so weiter
    • So, das waren jetzt wahrscheinlich ziemlich viele neue Wörter für einige Hörer*innen. Deswegen fasse ich es nochmal kurz zusammen.
    • Die Umwandlung von Adenosintriphosphat zu Adenosindiphosphat wird Hydrolyse genannt und setzt Energie frei, die die Zellen dann für alle möglichen Prozesse nutzen kann.
    • Umgekehrt wird Adenosindiphosphat aber auch zu Adenosintriphosphat zurückgewandelt. Dies geht aber nur durch die Hinzugabe von Energie, was meistens durch Photosynthese oder Zellatmung stattfindet. 
    • Wie oft passiert das? -> Eine einzige Zelle, z.B. die Muskelzelle, verbraucht pro Sekunde circa 10 Millionen Adenosine Triphosphate. Daaaas ist schon eine ganze Menge
    • Mensch besteht zu 1% aus Phosphor 
    • 6/7 in Knochen in Form von Apatiten -> Mos Härte 5 -> Eines der härtesten natürlichen Materialien im menschlichen Körper
Der Phosphor-Kreislauf
  • Wir haben jetzt also gelernt, wie Lebewesen Phosphate nutzen können. Aber wie kommt es überhaupt dazu, dass dieser in unserer Umwelt ist?
  • Es gibt da was, das sich der Phosphat-Kreislauf nennt. Treue Hörer*innen denken sich jetzt :“Ah, Kreislauf, das hatten wir doch schonmal“ – jap, genau! In der vorletzten Folge haben wir recht intensiv über den Stickstoffkreislauf geredet, der für das Leben auf der Erde mindestens genauso wichtig ist, wie der Stickstoffkreislauf. 
  • Anders als Stickstoff, ist Phosphor nur in sehr, sehr kleinen und für uns nicht relevanten mengen in der Atmosphäre vorhanden. Deswegen konzentriert sich der Phosphorkreislauf auf den Boden, Gesteine und Gewässer.
  • Wir wissen ja jetzt, dass Phosphor in Form von Phosphaten in Mineralien wie dem Apatit vor. Aber auch aus Gesteinen mit magmatischem Ursprung sind relevante Mengen enthalten.
  • Durch Verwitterung oder Erosion gelangen sie als Phosphationen in den Boden oder in Gewässer.
  • Pflanzen nehmen diese Phosphationen aus dem Boden auf, den sie dann unter anderem in organische Verbindungen einbauen. Das passiert nicht nur auf dem Land, sondern auch im Wasser, wo Plankton die im Meer gelösten Phosphationen  aufnehmen.
  • Die jeweiligen pflanzen- oder fleischfressenden Tiere snacken dann die Lebewesen jeweils unter sich in der Nahrungskette. Diese Tiere erleichtern sich natürlich regelmäßig und scheiden dann einige der Phosphate wieder aus. Hat die Pflanze oder das Tier Glück wird sie nicht von etwas anderem gefuttert und gibt das Phosphat bei der Zersetzung des Körpers durch Mikroben wieder an den Boden ab. 

Wer sich auf Wikipedia den Eintrag zu Phosphor durchliest der erfährt außerdem noch, dass es im Boden verschiedene Fraktionen gibt:

  1. Verfügbares: 1-2 kg/ha direkt für Pflanzen verfügbar
  2. labiles: 450-900 kg/ha -> Locker gebunden durch Eisen, Aluminium-Oxide oder Tonminerale 
  3. stabiles: 300-600 kg / ha praktisch nicht verfügbar -> Apatit & Calciumphosphat

Auch nach Phosphat Typen unterteilbar:

  1. anorganisch: mineralisch (z.B. Apatit) und adsorbiert
  2. gelöst: Bodenlösung
  3. organisch: Humus, Pflanzenrückstände usw.

-> Peak Phosphorus später

Guano
  • Wer von euch in der vorletzten Folge schon eingeschaltet hat, ist jetzt schon Experte oder Expertin für Vogelmist. 
  • In der Folge über Stickstoff hat der werte Martin uns viel über Guano erzählt. Guano sind nämlich Ablagerungen von Vogelkot von Meeresvögeln und wurde vorwiegend auf einigen pazifischen Inseln und in Südamerika gefunden. 
  • Guano besteht nämlich bis zu 40% aus Phosphaten!
  • Übrigens wen interessiert, weswegen ganze Guano-kriege ausgebrochen sind, kann gerne in die vorletzte Folge über Stickstoff einschalten. Sehr interessant! Da gehen wir jetzt wohl nicht nochmal so intensiv drauf ein.
Recycling – Klärschlamm:
  • Wo wir schon bei Exkrementen sind: Auch aus Klärschlamm kann man Phosphorsäure gewinnen. 
  • Das nennt man übrigens Urban Mining: unter Urban Mining versteht man nämlich die Ausnutzung der Tatsache, dass dicht besiedelte Regionen eine ziemlich reiche Rohstofflagerstätte sind, die es sich „abzubauen“ lohnt. Es sind also anthropogene Lagerstätten.
  • Urban Mining wird sonst meist als Rohstoffquelle aus Abriss und Rückbau Projekten oder aus Müllkippen gesehen

https://de.wikipedia.org/wiki/Urban_Mining

  • Ab 2029 muss Phosphor gesetzlich in D aus Abwasser zurückgewonnen werden
  • Seit 2017 Klärschlammverordnung

https://www.gesetze-im-internet.de/abfkl_rv_2017/__3.html

  • Hamburg Wasser und REMONDIS haben im Januar 2021 dreimonatige Erprobungsphase gestartet.
  • Remondis TetraPhos Verfahren
    • Jährlich 20.000 Tonnen Klärschlamm zu 7.000 Tonnen hochreine Phosphorsäure
    • Wenn alle Kläranlagen in D damit ausgestattet würden circa 60 Import Reduktion mgl.
    • Aktuell in der EU 7 Pilotanlagen
Weltweit erste Phosphor-Recyclinganlage ist auf der Zielgeraden
  • Um Klärschlamm zu Verarbeiten TerraNova ultra Verfahren
  • 22. – 24.09.2020 Vorstellung des Verfahrens in Duisburg Kasslerfeld 
  • Seit 2009 und 2010 in der Erprobung und Anwendung in verschiedenen Anlagen in Europa
  • 2016 großtechnisch in Jining, China -> circa 14.000 Tonnen Klärschlamm pro Jahr
TerraNova®ultra Verfahren zur Rückgewinnung von Phosphor aus entwässertem Klärschlamm vorgestellt

https://www.bafu.admin.ch/bafu/de/home/themen/abfall/publikationen-studien/publikationen/rueckgewinnung-phosphor-abwasserreinigung.html

Im Weltall
  • Für jedes Phosphoratom auf der Erde gibt es 49 Mio Wasserstoff Atome -> Deutlich weniger als die universale Häufigkeit -> Im Universum 1 Atom auf 2,8 Wasserstoffatome
  • Phosphor entsteht in massereichen Sternen beim Sauerstoffbrennen aus Sauerstoff bei Temperaturen über 1,5·109 Kelvin und Dichten von mindestens 1010 kg/m3.
  • Sauerstoffbrennen ist Kernfusion in massereichen Sternen (circa 8 Sonnenmassen) -> Sauerstoff wird umgewandelt -> O16 + O16 -> P31 + H1
  • Es gibt quasi erde-eigenes Phosphor, aber das ist recht reaktionsträge und nur schwer löslich. Das führt dazu, dass Lebewesen das eigentlich nur sehr schlecht nutzen können.
  • Dann stellt sich aber die Frage: Woher kommt der reaktionsfreudige Phosphor?
  • Erst letztes Jahr haben Astronomen gezeigt, dass die heute von Lebewesen am meisten genutzten Phosphate eventuell erst durch Meteorite auf die Erde gekommen ist. 
  • Während der Entstehung des Sterns AFGL 5142 konnten sie zeigen, wie Phosphor überhaupt entsteht.
  • Zusätzlich belegen sie wie dieser dann über Kometen auf die Erde gelangt sei und dann von frühen Lebewesen verwertet wurde 
  • Vermutung: In der Frühzeit der Erde (als Leben entstanden ist) andere Phosphorquellen > Meteoriten -> Andere Phosphorverbindungen auf Meteoriten, da diese einer anderen Umwelt ausgesetzt sind als Gestein z.B. auf der Erde -> Meteoriten enthalten z.B. mehr Eisen-Nickel-Phosphor Verbindungen die auf der Erde extrem selten sind -> Zusammen mit wasser können diese Verbindungen eine Verbindung mit Sauerstoff bilden und Pyrophosphate bilden, die gehören zu den Stoffen die für das Leben wichtig sind -> Asteroideneinschläge vermutlich sehr wichtig für das frühe Leben

Liste der USGS mit identifizierten Lagerstätten:

https://pubs.usgs.gov/of/2002/0156/pdf/OF02-156A.pdf

Gewinnung & Aufbereitung 
  • Verschiedene Modifikationen bereits vorgestellt
  • Meist nur Abbau von Phosphoriten
  • Phosphorit ist ein marines Sedimentgestein meist aus Kalken -> Entsteht durch mehrere Prozesse
  • Hauptsächlich Ablagerung von  kaltes (phosphatreiches) Meerwasser durch Phytoplankton und tierische Exkremente 
  • Direktes chemisches Ausfällen
  • Metasomatischer Einbau von Phosphat in kalkreiche Sedimente

Hauptkomponente sind phosphorhaltiges Apatit in Form von Carbonat-Fluorapatit und nicht phosphorhaltiges Calcit

Vorkommen Phosphat

Nauru

  • fast erschöpft,
  • 90% reines Phosphat,
  • Inselstaat im pazifischen Ozean,
  • 10.000 Einwohner,
  • kleinste Republik der Erde,
  • seit 1900 Abbau,
  • 1888 von Deutschland annektiert,
  • nach 1.WK an Australien, GB und Neuseeland,
  • seit 19768 unabhängig,
  • früher höchstes Pro-Kopf-Einkommen weltweit,
  • seit 1990/2000 abnehmender Abbau, daher und wegen Korruption, Fehlinvestitionen und wenig vorausschauendem Handeln mittlerweile oft nah am Staatsbankrot,
  • Landschaft mittlerweile stark geprägt von einer Karstlandschaft als Relikt des Phosphatabbaus,
  • Seit September 2004 neue Vorkommen entdeckt -> Abbau bis circa 2035

https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Karst_following_phosphate_mining_on_Nauru.jpg

https://de.wikipedia.org/wiki/Nauru

https://www.prosieben.de/tv/galileo/videos/2013196-galileo-spezial-nauru-teil-1-clip

Marokko

  • Bekanntestes Land für Phosphorproduktion
  • Weltweit 75% Phosphat Produktion -> Hohe Bedeutung für Wirtschaft
  • Westsahara, seit 1975 von Marokko beansprucht und größtenteils annektiert
  • 100.000 Flüchtlinge in 4 Flüchtlingslager in der algerischen Sahara
  • Seit November 2020 Auflösen der Waffenruhe zwischen Polisario (Westsahara) und Marokko und vereinzelte Kämpfe
  • Phosphat-Tagebau bei Bou Craa -> Weltweit größte Lagerstätte
  • Fun Fact: Längste Förderband der Welt (über 100 km) zum Hafen El Aaiun
  • 1947 per Zufall entdeckt, circa 10 Mrd Tonnen Phosphat in der Region geschätzt (1962)
  • 2 bis 3 Mio Tonnen Abbau pro Jahr (seit 1972)

Jordanien

Tunesien

Algerien

Saudi Arabien (?, seit 2006 einer der größten Produzenten?)

USA (Florida)

Russland (Kola-Halbinsel)

Südafrika

Togo

China

Estland

  • Weitere Infos zu den Lagerstätten und Vorkommen:
  • Meist belastet mit Cadmium und radioaktiven Schwermetallen -> Teilweise Quelle für Uran!
  • Viele Industrieländer haben Grenzwerte eingeführt
  • Aktuell nur Lagerstätte auf Kola Halbinsel unter den Grenzwerten (was lustig ist, da dort einer der nuklear verseuchtesten Orte der Welt liegt, weil die Russische Atom U Boot Flotte dort einen Hafen hat)

https://www.mdr.de/nachrichten/osteuropa/land-leute/russische-atom-u-boote-verrotten-100.html

  • Lange Zeit Vermutung: Nutzbare Lagerstätten vermutlich vor weltweiten Erdölvorkommen erschöpft
  • Marokko (mit Westsahara), China, Jordanien und Südafrika zusammen besitzen circa 80% der weltweiten Vorkommen

https://de.wikipedia.org/wiki/Westsahara

https://de.wikipedia.org/wiki/Bou_Craa

  • Ausbau der Förderkapazitäten laut USGS vor allem in Afrika und im Mittleren Osten
  • Algeria, Egypt, Guinea Bissau, Morocco, Senegal, and Togo.
  • Hier fehlt Iraq!!! 
Thomasmehl
  • Phosphatreiches Nebenprodukt der Eisen- und Stahlerzeugung mittels des Thomas Verfahrens (phosphorreiches Eisenerz)
  • 1877 entwickelt
  • Seit Ende der 1870er Jahre Einsatz als Düngemittel
  • Heute nur noch selten im Einsatz -> Chrombelastung

https://de.wikipedia.org/wiki/Thomasmehl

Technische Verarbeitung
  • Phosphorit und Apatot im elektrische Schmelz-Reduktionsöfen mit Quarzkies bei 1.500 C° ui weißem Phosphor
  • Gasförmiges Phosphor wird kondensiert und unter Wasser gesammelt
Nutzung
  • Phosphor in Form von Phosphaten sind also extrem wichtig und kann in vielen Prozessen ökonomisch verwertbar gemacht werden.
  • 80% hergestellten weißen Phosphor zu Phosphoroxid verbrannt -> Edukt für Phosphorsäure und Phosphate
  • Das machen nur wenige Unternehmen, in Europa soweit Martin weis, kein einziges Unternehmen
  • Produzierende Unternehmen
    • Kazphosphat, Kasachstan
    • Monsanto, Idaho, USA
    • Verschiedene chinesische Unternehmen
  • Weißer Phosphor als Edukt zur Produktion der anderen Modifikationen
Dünger
  • Die meisten Phosphate dafür verwendet (Phosphoroxid aber auch als Trockenmittel)
  • 90% der Phosphate landen in Dünger, 10% in chemischer Industrier
  • Spannenderweise auch 60% der weltweiten Schwefelsäure Produktion
  • Der wichtigste Prozess dabei ist wahrscheinlich Dünger. Anders als bei der Nutzung von Stickstoff, ist die Nutzung von Phosphor als Dünger noch relativ jung. Denn, dass Phosphor sich hervorragend als Dünger eignet, wurde eigentlich erst durch einen Zufall klar. 
  • Wie eben erwähnt: Thomas-Verfahren: nämlich fiel bei der Stahlerzeugung nach dem Thomas-Verfahren das phosphatreiche sogenannte Thomasmehl an, das sich als hervorragendes Düngemittel herausstellte. 
  • Heute werden die phosphathaltigen Düngemittel jedoch in erster Linie aus Phosphathaltigen Erzen wie Apatit gewonnen
  • Hier schleicht sich der Mensch übrigens in den Phosphorkreislauf ein, indem er mehr Phosphat in den Kreislauf bringt. Das hat natürlich Auswirkungen auf das Gleichgewicht der jeweiligen Ökosysteme. 
  • Dünge Phosphate aus Calciumphosphat + Schwefelsäure -> Superphosphat (60% weltweite Schwefelsäure hierfür im Einsatz)
  • Doppelsuperphosphat und Triplesuperphosphat auch vorhanden
  • Potentielle Lösung: 
    • Gezieltes Düngen (z.B. Sensoren um Stickstoff oder Phosphor gehalt zu ermitteln und gezielter zu Düngen)
    • Nicht-pflügende Landwirtschaft
  • Phosphor Düngung deshalb so wichtig, weil das oft der “Engpass” Stoff
  • Insb in den Tropen Phosphor in Biomasse gespeichert und nicht im Boden -> Brandrodung funktioniert für ein par Jahre, danach Feierabend

-> Rote Böden -> Eisenionen -> Eisen und Aluminiumoxid -> Fast alle Nährstoffe über Flüssigkeit -> Im Grunde große Hydrokultur (Mit Kreislauf, aber wenn Früchte usw. entnommen, Kreislauf unterbrochen)

https://de.wikipedia.org/wiki/Superphosphate

Chemische Industrie
  • Vor allem: Phosphortrichlorid und Phosphorsulfid
  • Flammschutzmittel (Feuerlöscher) später nochmal,
  • Additive,
  • Pflanzenschutzmittel
  • Weichmacher in Kunststoffen
  • Phosphor Pentoxid als Trocknungsmittel, so stark, dass es teilweise Kristallwasser herausziehen kann (Kristallwasser keine Homöopathie, sondern im kristallinen Festkörper gebundenes Wasser)

https://de.wikipedia.org/wiki/Kristallwasser

Lebensmittelzusatzstoff
  • Habt ihr euch schon mal gefragt, was diese uns wenig sagenden Zahlen- und Buchstabenkombinationen auf der Zutatenbeschreibung von einigen Lebensmitteln sind? 
  • Sowas wie E 339, E 340 oder E 451? Das sind Natriumphosphate, Kaliumphosphate und Triphosphate. 
  • Diese und einige weitere Phosphate werden in der Lebensmittelindustrie als Zusatzstoffe verwendet und vor allem als Konservierungsmittel, Säuerungsmittel und -regulator oder Emulgatoren eingesetzt. Auch in Cola und ultrahocherhitzter Milch ist Phosphorsäure enthalten. 
  • Aber Achtung: Zu viel Phosphat ist schädlich für die Gefäße und schädigt die Nieren! 
  • Wenn die Nieren das Phosphat nämlich nicht mehr aus dem Blut filtern können, verbindet es sich mit Kalzium und lagert sich in den Gefäßen des gesamten Körpers ab.  Dadurch kann im allerschlimmsten Fall eine Gefäßverkalkung entstehen, die zu Herzinfarkten und Schlaganfällen führen kann.
  • Wer von euch auf die eigene Phosphat-Zufuhr achten will, sollte deswegen Fast Food, Cola und andere stark prozessierte Lebensmittel eher meiden.
  • Fun Fact: Cola kann wegen des Phosphors zum entrosten eingesetzt werden (keine Gewähr!), da der Rost, also Eisenoxid  zu Eisen-Phosphat umgewandelt wird
  • Problem beim Rosten-> Rost mehr Volumen -> Aufplatzen und weiter Rosten des Eisens -> Durch Eisenphosphat keine Veränderung und “Schutzschicht” gegen weiteres rosten wie z.B. Bei Aluminiumoxid.
Waschmittelzusatz
  • Phosphate wurden auch oft zur Enthärtung von Wasser genutzt. Für alle, die nicht wissen, was die Härte eines Wassers bedeutet, erkläre ich es kurz:
  • Die Härte von Wasser ist abhängig vom Gehalt der Calcium- und Magnesium-Verbindungen (= Calciumoxid)
  • Gemessen wird dieser in deutscher Härte, also dH in einem Bereich von 0 bis 21, wobei 0 weiches Wasser wäre und 21 hartes Wasser. 
  • Für die gesundheit stellen die Mineralstoffe Calcium und Magnesium keine Gefahr dar
  • Allerdings kann hartes Wasser für Waschmaschinen, Wasserkocher oder Kaffeemaschinen ein Problem werden. Ihr kennt ja vielleicht die Ablagerungen im Wasserkocher, die man nur mit Mühe wieder entfernen kann.
  • Also wird zum Enthärten des Wasser Phosphat benutzt. Naja, wurde es jedenfalls zumindest bis in Europa auf den Einsatz verzichtet wurde. Man hat nämlich gemerkt, dass die Phosphate, die durch Abwasser in die Gewässer gelangen, zu einer Überdüngung der Gewässer kam.
  • Heute werden so weit es geht Phosphat-freie Enthärter genutzt. Die sind mittlerweile übrigens fast so effektiv wie die Phosphate.
  • Seit 80er / 90er Jahre fast nicht mehr im Einsatz -> War damals sogar ein Marketing Instrument (Phosphatfreie Waschmittel)

https://de.wikipedia.org/wiki/Phosphate

Medizin
  • mehrere künstliche Isotope
  • alle radioaktiv -> Phosphorisotop 
  • Nur ein natürliches, stabiles Phosphorisotop P31 -> Reinelement (anisotop)
  • P33 hat mit 25,3 Tagen die längste Halbwertszeit.
  • P32 hat eine Halbwertszeit von 14,3 Tagen 
  • In der Molekularbiologie als Tracer. 
  • Gensonden radioaktiv markieren und mittels Autoradiographie nachzuweisen.
Militär
  • Weißer Phosphor -> Selbstentzündliche Brandmunition
  • Roter Phosphor -> Nebelmunition
  • Phosphor als Giftgas in Nervengiften (z.B. VX, Tabun, Sarin usw.) -> Phosphorsäure Ester
  • Aber nicht Phosgen!! Kein Phosphor enthalten
  • Phosphorbomben, giftig und brennend, oft mit Kautschuk um zu kleben, eig verboten, aber so ziemlich alle setzen sie ein
  • Nach dem 2. WK viele davon in der Ostsee versenkt -> Rosten vor sich hin -> Phosphor sieht aus wie bernstein -> Achtung beim Bernstein sammeln, könnte sonst in der Hosentasche trocknen und brennen! (WILL MAN NICHT)
Feuerlöscher
  • Wo wir schon beim Feuer sind
  • Feuerlöscher enthalten Phosphor Verbindungen -> Unter anderem Ammonium Dihydrogen Phosphat
  • Fängt Radikale (Radikalfänger) -> Dem Feuer wird “Nahrung” entzogen
  • Außerdem bildet feste, harte Schicht auf dem Material (Glasur)
Sonstige Verwendungen
  • Futtermittel
  • Korrosionsschutzmittel
  • Ein radioaktives Isotop wird in der Forschung und in der nuklearmedizinischen Therapie eingesetzt
  • Phosphor in Lithium Eisen Phosphat Akkus -> Weniger brennbar, intrinsisch sicher, aber auch weniger Energiedichte, deutlich günstiger, da weniger Aufwand um Batterie sicher zu machen -> Stationäre Storage & Günstige Autos (z.B. Tesla Model 3 – China Edition hat jetzt schon LFP Akkus, erstes Serienmodell mit diesem Akkutyp!)
  • Zusammen mit Lithium Titanat Akku Technik wahrscheinlich zukünftig häufig im Einsatz

https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator

  • Halbleiter Herstellung durch metallorganische Gasphasenepitaxie (z.B. dotiertes Silizium, GaP, GaAsP, InGaAsP)

Phosphane

  • Phosphor-Wasserstoff-Verbindungen und organische Phosphane
  • Einsatz in der höheren Chemie (Katalysator, Olefinierung Reaktionen, usw.) , 
  • insbesondere da Phosphor sehr oxophil ist
  • sehr giftig daher auch als Schädlingsgift
Phosphat-Krise
  • Peak Phosphorus -> Fördermaximum
  • Große Mengen nur aus dem Gestein Phosphorit
  • Um 2000 rum Peak Phosphor für 2030 erwartet
  • International Fertilizer Development Center schätzte 2010 Reserven ausreichend für mehrere hundert Jahre
  • Unklar, da Datenlage schlecht 
  • Vermutung: Minenbetreiber übertreiben Ihre Lagerstätten um ihre politischen Interessen zu schützen
  • 2012 USGS 71 Mrd Tonnen Reserve
  • 227 Mio Tonnen Förderung pro Jahr (USGS)
  • 184 Mio Tonnen (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoff 2010)
  • Werte variieren enorm zwischen verschiedenen Quellen! 227 Mio (USGS), 72 Mio(World Mining Data)
  • World Mining Data rechnet mit Gewicht Anteil P2O5 USGA rechnet mit Phosphat Rock so wie er gehandelt wird (was auch immer das bedeutet) > Evtl Phosphat Rock noch mit begleitElementen
  • Wenn keine neue Exploration dann in den nächsten 50 – 100 Jahren Probleme
  • Laut Global Phosphorus Research Initiative (GPRI) 75 – 200 Jahre
  • Trotzdem: Auf Liste der kritische  Rohstoffe für die EU (2017)
  • “weil bei ihnen das Risiko eines Versorgungsengpasses und dessen Folgen für die Wirtschaft größer sind als bei den meisten anderen Rohstoffen.”

*** misst das Verhältnis der Wiederverwertung von Schrott zur EU-Nachfrage nach einem bestimmten Rohstoff, , wobei letztere der primären und sekundären Rohstoffversorgung in der EU entspricht.

https://ec.europa.eu/transparency/regdoc/rep/1/2017/DE/COM-2017-490-F1-DE-MAIN-PART-1.PDF

https://www.usgs.gov/centers/nmic/phosphate-rock-statistics-and-information

https://www.nature.com/news/2009/091007/full/461716a.html

https://web.archive.org/web/20101223135324/http://www.soilassociation.org/LinkClick.aspx?fileticket=eeGPQJORrkw%3D&tabid=57

https://web.archive.org/web/20120107014214/http://www.miller-mccune.com/science-environment/the-story-of-pee-8736/

  • Anteil von Elementen im Universum bis zum menschlichen Körper

http://www.seafriends.org.nz/oceano/abund.htm 

  • Wegen neu entdeckter Vorkommen in Nordafrika und im Irak gehen die Schätzungen von Peak Phosphor erst 2400 aus -> Entwarnung
  • ABER Eutrophierung Problem bleibt wie bei Stickstoff bestehen!
Wirtschaft – Preise und Märkte
  • Import in D circa 230.000 Tonnen pro Jahr
  • Andere Quelle sagt 112000 Tonnen Phosphor Absatz als Düngemittel in 2003/2004 (Statistisches Bundesamt)
  • Ohne neue Vorkommen von hochwertigem Phosphorit Probleme in den nächsten 50-100 Jahren -> Stand 2000
Ressourcen & Reserven – Zahlen USGS 

71 Mrd Tonnen Reserven
circa 227 Mio Tonnen Abbau 2019 (USGS) oder 

World Mining Data 2020 

Berichtet für 2018 72 Mio Tonnen oder

Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoff 2010

184 Mio Tonnen

-> Starke Abweichung!

https://dipbt.bundestag.de/dip21/btd/17/114/1711486.pdf

Reserven Reichweite 

313 Jahre (USGS) ODER 986 Jahre (WMD)
BGR kommt für die Datenbasis 2010 auf 385 Jahre, 2005 waren das noch 115 Jahre -> Neubewertung der Lagerstätten in Marokko (Westsahara) und Irak!

Ressourcen Reichweite
  • Insbesondere auf den Kontinentalschelf und dem Seebett des Atlantik und Pazifil wurden enorme Ressourcenvorkommen entdeckt. 
  • Über 300 Mrd Tonnen Ressourcen
  • 1.322 Jahre (USGS) ODER 4.167 Jahre (WMD)
  • Resume eher unkritisch, was die Reichweiten angeht. Kein Engpass zu erwarten

https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2021/mcs2021-phosphate.pdf

Weitere Zahlen

Insgesamt interessante Förderdaten von World Mining Data Bericht aus 2020

World Mining Data Bericht 2020

bis 2016 steigende Zahlen, danach absinkend:
2016 83.878.266 Tonnen
2018 72.111.340 Tonnen

Davon 56.079.630 Tonnen aus Developing Countries 

Quelle: https://www.world-mining-data.info/wmd/downloads/PDF/WMD2020.pdf

  • Hier ist klar ersichtlich, dass Marokko nicht Hauptabbauland ist.
  • China mit fast 29 Mio Tonnen -> 40% weltweit
  • China hat Produktion stark gedrosselt (2016 43 Mio Tonnen)
  • Marokko mit fast 11 Mio Tonnen -> 15,2 % weltweit (cum 55 %) Zwischen 2014 und 2018 25% mehr Abbau
  • USA mit 7 Mio Tonnen, Exportiert seit 2003 nicht mehr
  • Russland mit 5 Mio Tonnen
  • Peru fast 4 Mio Tonnen
  • Jordanien, Brasilien, Ägypten, Israel, Saudi Arabien, Vietnam (zwischen 3 und 1 Mio Tonnen)
  • Einziges Abbau Produkt auf den Christmas Island (127.730 Tonnen)
  • Iran hat seine Produktion zwischen 2014 und 2018 fast verdreifacht während fast alle anderen reduziert haben
  • Iraq ver 14 facht (377 120 Tonnen) -> Neue entdeckte Vorkommen
  • Saudi Arabien ver 4 facht (1,8 Mio Tonnen)

Kleine Anfrage der Grünen im Bundestag zum Thema Phosphor:

https://dipbt.bundestag.de/dip21/btd/17/114/1711486.pdf

Risiko Analyse
  • Nutzbare Lagerstätten vermutlich vor weltweiten Erdölvorkommen erschöpft -> Einschätzung um 2000 rum
  • Habe ich so auch noch in der Uni gelernt!
  • Mittlerweile kein Engpass zu erwarten
  • Geographische Konzentration hoch (4 Länder mit 80% der Lagerstätten), aber aktuelle Produktion halbwegs verteilt
  • Politisches / Menschenrechtliches Problem mit der Westsahara
  • Problem wenige nicht verschmutzte Lagerstätten!
  • Keine Substitutionsmöglichkeit in der Landwirtschaft!
  • Aber erste Recycling Projekte erscheinen erfolgsversprechend
  • Insgesamt bis auf das weiter bestehende Problem der Überdüngung von Gewässern eher unproblematisch
  • Problem Akku-Technologie!  Lithium Eisen Phosphat Akkus -> Stationäre Storage & Günstige Autos (z.B. Tesla Model 3 – China Edition hat jetzt schon LFP Akkus)

https://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator

Weitere Informationen Veranstaltungen

32. Kassler Abfall- und Ressourcen Forum 2021 -> 05.-07.10.2021

Andere Podcasts

https://proton-podcast.de/

Sonstige Nachrichten

https://www.golem.de/news/akkuforschung-wie-an-kathoden-der-naechsten-akkugeneration-geforscht-wird-2101-153527.html

https://www.remondis-aktuell.de/012019/wasser/wasser-aus-hamburg-phosphor-fuer-die-welt/

https://www.hamburgwasser.de/privatkunden/unternehmen/presse/hamburg-wasser-und-remondis-bauen-die-weltweit-erste-recycling-anlage-fuer-phosphor/

http://www.phosphorrecycling-hh.de/index.html

Quellen

https://www.chemie.de/lexikon/Phosphor.html

https://www.bgr.bund.de/DE/Themen/Zusammenarbeit/TechnZusammenarbeit/Politikberatung_SV_MER/Downloads/phosphat.pdf?__blob=publicationFile&v=4

https://www.welt.de/dieweltbewegen/article13585089/Am-Phosphor-haengt-das-Schicksal-der-Menschheit.html

https://de.wikiversity.org/wiki/Benutzer:Ehrenstein/Phosphatkreislauf_See

https://de.wikipedia.org/wiki/Phosphate#Bedeutung_für_die_Ernährung

https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/publikation/long/3256.pdf

https://www.verbraucherzentrale.de/wissen/umwelt-haushalt/wasser/hinweise-zur-wasserhaerte-5532

http://pxch.ch/aktuelles.html

https://idw-online.de/de/news460788

https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2F978-3-211-49348-9_6.pdf

https://www.ndr.de/ratgeber/verbraucher/Schmelzkaese-So-gefaehrlich-sind-Phosphate,phosphat117.html

Sternengeschichten Folge 183: Der lebenswichtige Phosphor

https://gutezitate.com/zitat/193029


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 2021-02-22  2h40m