"Nährstoffrückgewinnung aus Gärresten der Biogasproduktion "
Projektförderung:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF)
Projektlaufzeit: 09/2007 bis 03/2009
Projektleitung:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Londong
BUW- Projektbearbeiter:
Dipl.-Ing. Julia Alexeeva-Steiniger
Dipl.-Ing. Thomas Haupt
Dipl. Ing. Matthias Hartmann
Projektpartner:
Oberland Metallbau & Bauschlosserei GmbH
Bio-H2-Energy GmbH
Problemstellung
Mit der Neufassung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) von 2004 hat der Gesetzgeber einen lukrativen Anreiz für den Bau von Biogasanlagen geschaffen. Durch verschiedene Preisaufschläge, die über einen Zeitraum von 20 Jahren garantiert sind, wird der Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen (NaWaRo) und innovativen Technologien gefördert. Kein Wunder also, dass Biogasanlagen wie Pilze aus dem Boden sprießen. Die stetige Weiterentwicklung der Biogasverfahrenstechnologie führt zu höheren Gasausbeuten bzw. Wirkungsgraden, erschließt damit immer neue Wachstumspotentiale und beschleunigt somit insgesamt den Aus- bzw. Neubau von Biogasanlagen. Allerdings wird dieser Trend gebremst mit den zunehmenden Schwierigkeiten bei der Rohstoffbeschaffung (Konkurrenz mit Futter- und Nahrungsmittelerzeugung) sowie bei der Entsogung der beim Biogasprozess anfallenden flüssigen und festen Reststoffe (Gärreste).
Die bisherigen Programme zur Gärrestenstorgung reduzierten sich fast ausschließlich auf eine zeitlich begrenzten Verwendung der Gärreste als landwirtschaftlich zu nutzender Bodenverbesserer bzw. Dünger mit organischem Material und mineralischen Inhaltsstoffen, wie z. B. N, P und K sowie Spurenelementen. Die mit der Novellierung der Düngeverordnung (DüV) vom 10.01.2006 einhergehende Herabsetzung der Grenzwerte für die maximal aufzubringenden Nährstoffrachten (170 kg /ha für Stickstoff), aber auch die steigende Anzahl von Biogasanlagen, schränken diesen Entsorgungsweg jedoch zunehmend ein, weil immer größere landwirtschaftliche Nutzflächen zur Verfügung stehen müssen. Dies ist eine Situation, die eher als rückläufig statt entwickelbar beurteilt werden muss.
Die durch gesetzliche Reglementierungen (temporäre Ausbringungsverbote, Berenzung der jährlichen Ausbringungsmengen) und andere Zwänge (z.B. lange Transportwege bzw. hohe Transportkosten ) verursachten Entsorgungsengpässe lassen sich nur dann umgehen, indem alternative Strategien im Umgang mit Gärresten gesucht und gefunden werden. Die Lösung muss dabei in konzeptionellen, technologischen und logistischen Bereichen gliechzeitig herbeigeführt werden.
Zielsetzung
Innerhalb des Forschungsprojektes NARIBU soll das Problem der Gärrestentsorgung unter den Prämiss
- maximale Ausschöpfung der den Gärresten innewohnenden Wertstoffpotentiale bei gleichzeitig
- minimalen Kosten und Umweltbelastungen durch Gärrestentsorgung
angegangen werden. Dazu soll überprüft werden, ob und wie die Adaption von etablierten Verfahren aus dem Abwasser bzw. Klärschlammbereich bezüglich:
- Phasenseparation (Stofftrennung zwischen fester und flüssiger Phase),
- Wertstoffrückgewinnung (Aufkonzentrierung der Nährstoffe N,P, und K sowie org. Feststoffen) und
- Restwasseraufbereitung (Reinigung der Prozesswässer zur Wiederverwertung bzw. Entsorgung)
auf den Bereich der Biogasanlagen möglich ist und somit die Wirtschaftlichkeit einer Gärrestbehandlung - wie sie bislang nicht gegeben ist- unterstützen kann . Ausgangspunkt ist die Überlegung, dass sich Klärschlämme und Gärreste hinsichtlich ihren Zusammensetzung ähneln: Neben den Inhaltsstoffen N,P,K bestehen beide Substrate im wesentlichen aus Wasser (WG=92-95 %), organischem Material (oTR= 5-8 %) sowie Spurenelementen.
Bei der Adaption sind die unterschiedlichen Materialinputströme, die unterschiedlichen Qualitätsanforderungen an die Produkte und schließlich die unterschiedlichen Wirtschaftlagen der beiden Sektoren (Kläranlage/Biogasanlage) zu beachten. Die Adaption der Verfahren bedeutet also, von beiden Prozessen (Klärschlammbehandlung/Biogaserzeugung) auszugehen und innerhalb beider Prozesse die Anpassungspotentiale zu untersuchen. Hauptsächlich wird es jedoch darauf ankommen, die hochtechnischen und komplizierten Verfahren der Abwassertechnik zu vereinfachen und als low-tech-Variante für Biogasanlagenbetreiber betriebswirtschaftlich bezahlbar zu machen.
Vorgehensweise
Damit innerhalb der Entscheidungsfindung für bestimmte Verfahren bzw. deren Kombination eine Hilfestellung angeboten werden kann, müssen folgenden Aspekte berücksichtigt werd
- Analyse der Mengen – und Inhaltsstoffe der Gärreste,
- Identifikation maßgebender Wert-, Stör- und Schadstoffe,
- Systematisieren und Festlegen von Qualitätszielen (Produktanforderungen)
- Neuentwicklung bzw. Adaption geeigneter Verfahren zur
- Phasenseparation
- Rückgewinnung von Nährstoffen
- Aufbereitung (Reinigung) der Produkte
- Festlegung geeigneter Verfahrensabläufe unter Beachtung des Inneinaderwirkens einzelner Prozesse.
- Nachweis (Pilotanlage) der Funktionstüchtigkeit potentiel geeigneter Verfahrensabläufe
Die Aufteilung der FuE-Aufträge lässt sich bündig damit beschreiben, dass die Firma Oberland Metallbau & Bauschlosserei GmbH (OMB) die Entwicklung und Fertigung spezieller Geräte, Apparate und Verbindungsteile (Fragen der Dimensionierungen, Konstruktion und Materialeigenschaften, Bau der Modell- und Pilotanalagen) übernimmt, während die eigentliche Verfahrensadaption (Festlegung geeigneter Verfahren und Verfahrensabläufe; Identifikation notwendiger und sinnvoller Verfahrensmodifikationen für eine Adaption) sowie die Überprüfung einzelner Prozessschritte und des Gesamtprozesses (Durchführung und Auswertung von Versuchsreihen) von der Professur Sieldungswasserwirtschaft vorgenommen wird. Die Firma Bio-H2-Energy GmbH übernimmt als Netzwerkoordinator übergeordnete administrative Aufgaben und führt zudem chemisch/physikalische Analysen durch.