Was ist der Unterschied zwischen Harnstoffphosphat (UP) und Monoammoniumphosphat (MAP), wenn beide P und N enthalten?

1) Nährstoffgehalt

Harnstoffphosphat (CO(NH₂)₂·H₃PO₄)

• Auch bezeichnet als Harnstoffphosphatsalz / Harnstoffphosphorsäure.

• N = 17,7 %; P₂O₅ = 44,9 %.

• Schmelzpunkt: 117,3 °C.

• Sehr gut wasserlöslich; Lösung ist sauer (pH 1,6–2,4; 1%-Lösung pH 1,89).

• Löslichkeit bei 46 °C: 202 g/L.

• Stabil bei Raumtemperatur; Zersetzung beschleunigt sich bei höheren Temperaturen:

  • ≥120 °C → Ammoniumpolyphosphat

  • 220 °C → Polyphosphorsäure

  • 450 °C → weitere Zersetzung der Polyphosphorsäure

Monoammoniumphosphat (MAP, NH₄H₂PO₄; MW 115,03)

• Binärer NP-Dünger.

• Gängige Typen: 12 % N & 60 % P₂O₅ oder 12 % N & 54 % P₂O₅; einige Verfahren erreichen bis zu 73 % Gesamtgehalt.

Fazit: UP hat höheren N-Gehalt, aber niedrigeren P-Gehalt als MAP.

2) Chemische Eigenschaften

Harnstoffphosphat

• Farblos, transparente prismatische Kristalle mit Schichtstruktur.

• MW 158,06; Dichte 1,74 g/cm³; Schmelzpunkt 115–117 °C.

• 1%-Lösung pH 1,89 (stark sauer).

MAP

• Farblos, tetragonale Kristalle; MW 115,03; Dichte 1,803 g/cm³; Schmelzpunkt 190 °C.

• Wässrige Lösung schwach sauer; 0,1 mol/L pH ≈ 4,4.

• Löslichkeit in 100 g Wasser bei 10–25 °C: 9–40 g.

Wesentliche Unterschiede:

1. Säuregrad: UP deutlich saurer (1%-pH 1,89) vs. MAP (schwach sauer).

2. Löslichkeit: UP ≈ 1:1 Auflösung; MAP 9–40 %.

3. Schmelzpunkt: UP niedriger (≈117 °C) vs. MAP 190 °C.

3) Syntheseverfahren

Harnstoffphosphat

Reaktion:H₃PO₄ + CO(NH₂)₂ → CO(NH₂)₂·H₃PO₄ (exotherm; Temperaturkontrolle verhindert Ureazersetzung zu NH₃ + CO₂)

Zwei Routen je nach Phosphorsäurequelle:

(A) Thermische Phosphorsäure (TPA)

• Rohstoffe: hochreine TPA (aus gelbem Phosphor verbrannt & hydratisiert, ≥85 %) + Industrie-/Lebensmittelharnstoff.

• Säure-Base-Neutralisation → stabile UP-Kristalle.

• Vorteile: Sehr niedrige Verunreinigungen (Fe/Al/Mg ≤ 0,1 %); Reinheit ≥98 %; helles Aussehen; gute Fließfähigkeit.

• Nachteile: Verbrauch von gelbem Phosphor (hoher Energiebedarf: ~14.000 kWh/t P); hohe Kosten; gelber P = Gefahrstoff → hohe Sicherheitsanforderungen.

(B) Nassprozess-Phosphorsäure (WPA)

• WPA entsteht durch Aufschluss von Phosphatgestein mit Schwefelsäure; Rohsäure ist verunreinigt und muss aufgereinigt werden.

• Verunreinigungen (Fe³⁺, Al³⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, SO₄²⁻, F⁻) bilden Niederschläge (FePO₄, AlPO₄), verringern Reinheit und verursachen Agglomeration → Reinigung entscheidend.

• Mutterlaugenmanagement: Enthält nicht auskristallisiertes UP, Rest-H₃PO₄/Harnstoff + WPA-Verunreinigungen; Anreicherung → geringere Kristallisationsrate und Qualität. Rückgewinnung über Verdampfung/Konzentration und Stufenkristallisation. WPA-Mutterlauge oft mit Fluorid (500–1000 mg/L) und organischen Extraktionsmitteln → Tiefenreinigung nötig (Defluorierung, Abbau organischer Reststoffe) für Grenzwerte (z. B. F⁻ ≤ 10 mg/L).

• Vorteile: Niedrigere Rohstoffkosten (30–50 % niedriger als TPA); breitere Rohstoffbasis; Energieeinsparung (20–30 %/t UP).

• Nachteile: Komplexere Reinigung (Fällung + Extraktion); höhere CAPEX/OPEX; mehr Restverunreinigungen (0,3–0,8 %); leicht gelbliche Produkte; Phosphogips & fluoridhaltige Abwässer → Umweltaufwand.

TPA vs. WPA – Kernvergleich

Dimension	Thermische H₃PO₄	Nassprozess-H₃PO₄
Rohstoffe	TPA (≥85 %) + Harnstoff	Gereinigte WPA (50–60 %) + Harnstoff
Produktreinheit	98–99 %, Verunr. ≤0,1 %	95–97 %, Verunr. 0,3–0,8 %
Kosten	Hoch (gelber P)	Niedrig (Gestein → WPA)
Energie	Hoch	Niedrig
EHS	Gefahrstoff gelber P; kaum Abwasser	Phosphogips + F-haltige Abwässer
Einsatz	High-End Agrar, Futter, Pharma, Flammschutz	Mid/Low-End Agrar, Wasseraufbereitung, Betonverzögerer

Kurz gesagt: UP = Salz aus Harnstoff + H₃PO₄. TPA: hohe Reinheit, hohe Kosten. WPA: günstiger, längerer Prozess, geringere Reinheit.

Monoammoniumphosphat (MAP)

• Zwei Routen:

  1. TPA + NH₃ → hochreines, wasserlösliches MAP.

  2. WPA + NH₃ nach Reinigung (20–30 % günstiger als TPA, Reinheit vergleichbar nach Aufbereitung).

• Heute: >90 % wasserlösliches Industrie-MAP aus TPA-Prozess (ausgereift, konsistent).

4) Verhalten im Boden & Einfluss auf andere Elemente

UP – Anwendungen & Agronomie

• Einsatz: nicht-proteinhaltiger N-Futtermittelzusatz, Reinigungsmittel, Flammschutzmittel, Pulverlöscher, Hochtemperaturkleber, Zwischenprodukt für Ammoniumpolyphosphat, Dünger.

• Vorteile:

  • Säuert Rhizosphäre an → reduziert NH₃-Verlust, steigert N-Effizienz.

  • Fertigation: kaum Ablagerungen, weniger Verstopfung, längere Systemlebensdauer.

MAP – Anwendungen & Agronomie

• Einsatz: P-Quelle für Hefekulturen, Pharma, Tropfbewässerungsdünger, Flammschutz, Feuerlöscher, breite Industrieanwendungen.

• Agrarisch: hochreiner NP, schnell löslich, ideal für Tropf- und WS-NPK-Produktion.

• Im Boden: NH₄⁺ wird leicht adsorbiert; H₂PO₄⁻ ist pflanzenverfügbar; NP-Kombination effizient aufgenommen.

Agronomische Unterschiede:

1. pH-Kontrolle (UP): pH 1%-Lösung = 1,89; in Boden → Zerfall zu Harnstoff + H₃PO₄ (CO₂/NH₃ frei) → pH-Senkung → bessere Bodenstruktur & Wachstum.

2. NH₃-Verlustreduktion (UP): Senkt pH, hemmt Hydrolyse, reduziert NH₄⁺-Anreicherung & Volatilisation.

3. Mikronährstoffe (UP): In kalkhaltigen Böden Ca/Mg/Zn/Mn oft unlöslich. MAP → unlösliche Ca/Mg-Phosphate. UP → mehr H⁺, löst Hydroxidpräzipitate, bildet lösliche Komplexe → bessere Verfügbarkeit.

4. Tropfsysteme (UP): Bei hartem Wasser (pH > 7,5) → UP erhöht Ca/Mg-Löslichkeit → weniger Verkrustung/Verstopfung.

Fazit: Beide = NP-Dünger, aber UP = saurer, löslicher, systemfreundlicher.

5) Internationaler Markt – Urea Phosphat

• Marktvolumen: ca. 5 Mrd. USD (2023); Prognose >8,5 Mrd. USD (2030); CAGR ≈ 6,5 %.

• Treiber:

  • Agrar (≈70 %): Indien, Brasilien; Modernisierung & Fertigation.

  • Industrie (≈25 %): Flammschutz (Kunststoffe/Textilien), Pharma (Laxativa), Wasseraufbereitung.

  • Politik: EU-Vorgaben (>70 % P-Recycling bis 2030) → UP als Schlüsselprodukt.

• Regionen:

  • Asien (≈45 %): China & Indien Hauptmärkte; China = größter Produzent (~42 %), Export 0,8 Mio. t (2023).

  • Nordamerika & Europa: Fokus Industriequalität; USA & DE ≈60 % High-End (BASF, Mosaic).

  • Emerging Markets: Afrika/Südamerika +10 %/Jahr; hohe Importabhängigkeit (z. B. Südafrika 70 % UP aus China).

6) Fazit & Auswahlhilfe

• Urea Phosphat (UP): hoher N, niedriger P; stark sauer, sehr löslich. Vorteile: Bodenansäuerung, weniger NH₃-Verluste, bessere Ca/Mg/Zn/Mn-Verfügbarkeit, Tropfsystem-schonend. Kosten/Reinheit hängen stark von TPA vs WPA ab.

• MAP: höherer P-Gehalt, stabil, schnell wirkend, kosteneffizient. Geeignet für P-starke Kulturen, Standarddüngerproduktion, bewährte Technologie.

  
  

👉 Entscheidungskriterien: Boden-pH, Wasserhärte, Bewässerungssystem, Kultur-P-Bedarf, Spurenelementstrategie & Kosten/Nutzen.