ResGAR
Die BIORESTEC hat im Jahr 2024 mit Unterstützung des UBA ein neues, innovatives Projekt begonnen: „ResGAR“. Das Vorhaben „ResGAR“ in Merkendorf (Bayern) zielt darauf ab, eine großtechnische AGRIFER® PLUS-Anlage zur Behandlung von jährlich 13.000 Kubikmetern Gärrest aus der nahegelegenen Biogasanlage Lachholzfeld zu errichten und zu betreiben. Derzeit wird dieser Gärrest unbehandelt landwirtschaftlich genutzt, was in der Region mit hoher Nitratbelastung des Grundwassers (rotes Gebiet) aufgrund langer Dünge-Sperrfristen die Biogasproduktion und die Flexibilität bei den eingesetzten Substraten durch begrenzte Lagerkapazitäten einschränkt. Das Hauptziel ist die Reduzierung des Gärrestvolumens durch Erhöhung des Trockensubstanzgehalts von 7 auf 25 Prozent, was die Transportkosten bei der Ausbringung deutlich senken soll. Ein zentraler Aspekt des Verfahrens ist die fraktionierte Eindampfung, die eine Stickstoffausschleusung mit geringerem Säurebedarf ermöglicht. Jährlich sollen so 22 Tonnen Stickstoff in Form von Ammoniakwasser gewonnen werden, was etwa 30 Prozent des im Gärrest enthaltenen Stickstoffs entspricht. Dieses Ammoniakwasser soll auch außerhalb der Landwirtschaft Verwendung finden und somit zur Reduzierung des Stickstoffüberschusses in der Region beitragen. Ende 2025 soll die volle Anlagenkapazität erreicht werden. Darüber hinaus werden positive Umwelteffekte erwartet:
- Reduzierung von Lachgasemissionen: Die geringeren Emissionen während der Gärrestlagerung sollen einer Minderung von 25 Tonnen CO2-Äquivalenten pro Jahr entsprechen.
- Einsparung indirekter Emissionen: Durch den geringeren Energieeinsatz bei der Ammoniakwasserproduktion im Vergleich zum Haber-Bosch-Verfahren sollen rund 180 Tonnen CO2-Äquivalente jährlich eingespart werden.
- Deutliche Reduktion des Säureeinsatzes: Im Vergleich zu einer zweistufigen Eindampfung mit Brüdenwäscher soll der Säureverbrauch um etwa 90 Prozent von 210 auf 18 Tonnen pro Jahr sinken.
- Verbesserte Energieeffizienz: Die dreistufige Wärmekaskade stellt eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz gegenüber dem aktuellen Stand der Technik dar.
Die energieeffiziente Produktion von Ammoniakwasser und die Reduktion des Chemikalieneinsatzes sind laut Projektbeschreibung auch auf andere Anlagentypen übertragbar, beispielsweise zur Aufbereitung von Gülle in Viehhaltungsbetrieben ohne Biogasanlage. Hierbei müsste jedoch die fehlende Wärmequelle berücksichtigt werden, da Biogasanlagen die Wärme aus Blockheizkraftwerken nutzen können. Grundsätzlich wird das Potential gesehen, die ResGAR-Technologie auf viele Betriebe in ähnlichen oder anderen Branchen zu übertragen. Die BIORESTEC fungiert als Betreiber der Gärrestaufbereitungsanlage und wird so stetig neue Erfahrungen aus dem laufenden Betrieb sammeln, die direkt in die Prozessoptimierung einfließen werden.
Das Vorhaben wird über das Umweltinnovationsprogramm (UIP) des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz gefördert.
STEAM
Das Prinzip der fraktionierten Eindampfung konnte bereits im Forschungsprojekt „KompaGG-N“ (FKZ 02WQ1516 A-D) in Kooperation mit der Universität Hannover, dem Karlsruher Institut für Technologie sowie der E&P Anlagenbau GmbH erfolgreich zur Behandlung von Gärresten und Gülle nachgewiesen werden. Zur Einsparung von Lagerkapazitäten stellt die Volumenreduzierung infolge der Eindampfung für landwirtschaftliche Betriebe ein weiteres wesentliches Behandlungsziel dar. Darüber hinaus existieren jedoch auch Industriezweige, in welchen der Fokus ausschließlich auf einer effektiven Stickstoffabtrennung liegt.
So führt Ammoniak bei der anaeroben Vergärung von stickstoffreichen Reststoffen z.B. aus Wirtschaftsdüngern oder Abfällen aus der Lebensmittelproduktion führt zu einer der häufigsten Prozessstörungen bei der Biogaserzeugung. Die Folge sind Einschränkungen im Einsatz der Inputstoffe, welche zumeist in einer verminderten Anlagenproduktivität resultieren.
Aus verfahrenstechnischer Sicht eignet sich die fraktionierte Eindampfung somit auch für die Aufbereitung der stickstoffreichen Reststoffe als Vorbehandlungsschritt für die Biogasgewinnung. Da in diesem Fall keine Volumenreduzierung erforderlich ist, wird eine möglichst effiziente Stickstoffabtrennung angestrebt, um den Bedarf an thermischer Energie möglichst klein zu halten.
Im Rahmen des Forschungsprojekts STEAM soll hierzu die Integration eines Dephlegmators zur Konzentrationssteigerung im Kondensat der fraktionierten Eindampfung großtechnisch erprobt werden. Neben der Geometrie werden auch unterschiedliche Typen von Füllkörpern untersucht. Darüber hinaus kann durch eine anschließende Rektifikation des Kondensats eine hochkonzentrierte Ammoniaklösung erzeugt werden, welche auch außerhalb der Landwirtschaft Anwendung findet. Für dieses Verfahren ist allerdings eine hochgradige Automatisierung erforderlich, um beispielsweise bei schwankenden Inputkonzentrationen eine gleichbleibende Produktqualität zu gewährleisten. Die Entwicklung und Integration einer entsprechenden Steuerungsstrategie ist ebenfalls Teil des Projekts.
KombiWirt
Verbundvorhaben: Kombinierte Vergärung von vorbehandelten stickstoffhaltigen Wirtschaftsdüngern; Teilvorhaben 1: Halbtechnische Versuche, Bilanzierung und Bewertung
Zum 01.11.2023 hat die BIORESTEC zusammen mit dem Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik (ISAH) der Leibniz Universität Hannover ein neues Forschungsvorhaben „KombiWirt“ gestartet. Das Projektziel ist es die Steigerung der Wirtschaftlichkeit bei der Vergärung von Wirtschaftsdüngern durch eine Vorbehandlungskette nachzuweisen.
Die Vergärung von Wirtschaftsdüngern und faserreicher Reststoffe kann einen wertvollen Beitrag zum Umweltschutz und zur Energiewende leisten. Auch in der aktuellen geopolitischen Situation neu entfachten „Tank oder Teller Diskussion“ sollte die Biogaserzeugung aus landwirtschaftlichen Koppelprodukten nicht generell in Abrede gestellt werden. Derzeit findet die Nutzung dieser Substrate deutlich unter dem Gesamtpotential statt, da eine Gesamtwirtschaftlichkeit nur selten gegeben ist. Dies liegt vor allem an den vergleichsweise niedrigen spezifischen Methanerträgen der genannten Inputstoffe und auch daran, dass technische Innovationen auf Ihre Förderung warten.
Das Ziel des neuen Ansatzes ist es die Wirtschaftlichkeit der gesamten Verfahrenskette der Vergärung von Wirtschaftsdüngern und faserreicher Reststoffe zu steigern, sodass die Verwertung von Reststoffen zur Bereitstellung an erneuerbarer Energie flächendeckend eingesetzt werden kann. Dazu wird ein neuer Ansatz der Substrataufbereitung untersucht.
Im Rahmen des beantragten Verfahrens sollen Aufbereitungsschritte für die fraktionierte Eindampfung und für die Ammoniak-Beize in Kombination mit der anschließenden Vergärung von Wirtschaftsdünger in einer neu verschalteten Verfahrenskette quantitativ untersucht werden. Die Untersuchung findet im Labor- und Technikumsmaßstab statt. Aus den gewonnenen Daten soll die praktische Umsetzbarkeit unter Berücksichtigung der Parameter Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit abgeleitet werden.
Anvisierte Vorteile des vorgeschlagenen Lösungsansatzes zur Substrataufbereitung:
- Senkung des Treibhausgaspotentials durch Minderung von Methan und Lachgas Emissionen
- Steigerung des Methanertrages von Rohgülle
- Steigerung des Methanertrages der abseparierten Feststoffphase und faserreicher Wirtschaftsdünger durch Ammoniak-Beize (aqueous ammonia soaking, AAS)
- Hygienisierung der Wirtschaftsdünger durch thermische Einwirkung
- Kontrolle der Stickstoffkonzentration beim Vergärungsprozess
- Deutliche Verbesserung der Anlagenproduktivität und der Gesamtwirtschaftlichkeit
Laufzeit: 01.11.23-31.05.25
SATELLITE
Durch die Verschärfung gesetzlicher Anforderungen in Bezug auf die landwirtschaftliche Nutzung von Klärschlämmen sehen sich insbesondere Kommunen in landwirtschaftlich geprägten Regionen mit der Aufgabe zur Umgestaltung bisheriger Klärschlammverwertungsstrategien konfrontiert. In der Folge werden zukünftig vermehrt thermische Behandlungsverfahren mit gleichzeitiger Nährstoffrückgewinnung in den Vordergrund treten, sodass eine landwirtschaftliche Nutzung des im Klärschlamm enthaltenen Phosphor und Stickstoff weiterhin sichergestellt ist.
In diesem Kontext soll im Forschungsprojekt SATELLITE (Förderkennzeichen 02WPR1546 A-J) ein interkommunaler Verbund für ein nachhaltiges Nährstoffrecycling in landwirtschaftlich geprägten Regionen entwickelt und umgesetzt werden. Das Ziel ist dabei die gemeinsame Konzeptionierung und Bewirtschaftung regionaler Zentren (Kläranlagen mit einem Anschluss von > 50.000 Einwohner) sowie derer Satelliten (Kläranlagen mit einem Anschluss < 50.000 Einwohner) bei gleichzeitiger Integration relevanter landwirtschaftlicher Nährstoffquellen (Gülle, Biogasanlagen).
Für die BIORESTEC GmbH stehen in dem Verbundprojekt Untersuchungen zur Stickstoffrückgewinnung aus den bei der Klärschlammtrocknung anfallenden Brüden in Anlehnung an das Prinzip der fraktionierten Eindampfung nach dem SEQUESTA-Verfahren im Fokus. Hierzu wird eine halbtechnische Versuchsanlage betrieben, welche im Wesentlichen aus einem Schneckentrockner mit speziell angeordneten Brüdenabzügen besteht. Durch den sequentiellen Abzug der Brüden sollen analog zur fraktionierten Eindampfung drei Kondensatströme in unterschiedlicher Qualität erzeugt werden, um diese einer jeweils bedarfsgerechten Verwertung bzw. Behandlung zuzuführen. Darüber hinaus soll mittels Rektifikation das Potential zur weiteren Aufkonzentrierung der stark stickstoffhaltigen Brüdenfraktion untersucht werden.
KompaGG-N
Landwirtschaftliche Betriebe sehen sich in Deutschland zunehmend mit verschärften Anforderungen an die Verwertung und Entsorgung ihrer produzierten Stoffströme konfrontiert. Insbesondere der Eintrag von Stickstoff in den Boden infolge der Ausbringung von Gärresten oder Gülle trägt maßgeblich zur Nitratbelastung im Grundwasser bei. Dies erzeugt in der Landwirtschaft einen hohen Flächen- und Kostendruck, sodass das Management und die Aufbereitung von Gärresten und Gülle zunehmend an Bedeutung gewinnen. Die bislang vorliegenden Technologien zur Aufbereitung von Gärresten und Gülle sind derzeit jedoch noch zu stark mit Hemmnissen behaftet und können in vielen Fällen nicht die spezifischen Anforderungen der Betreiber erfüllen.
Vor diesem Hintergrund wird im Forschungsprojekt KompaGG-N (Förderkennzeichen 02WQ1516 A-D) die Verkettung verschiedener Aufbereitungstechniken erprobt, wodurch eine Grundlage zur Identifizierung und Auswahl robuster und wirtschaftlicher Verfahren geschaffen werden soll. Im Fokus stehen dabei einerseits die Feststoffseparation durch keramische Membran sowie die Stickstoffelimination mittels Deammonifikation, welche jeweils durch die Verbundpartner der Universität Karlsruhe bzw. der Universität Hannover und E&P Anlagenbau GmbH untersucht werden.
Für die BIORESTEC GmbH liegt der Schwerpunkt auf der fraktionierten Eindampfung nach dem SEQUESTA-Verfahren, wofür eine mobile Versuchsanlage im halbtechnischen Maßstab betrieben wird. Infolge des im Vergleich zu Wasser niedrigeren Siedepunkts von Ammoniak werden beim SEQUESTA-Verfahren Kondensatfraktionen in unterschiedlicher Qualität erzeugt, welche jeweils einer bedarfsgerechten Verwertung bzw. Behandlung zugeführt werden können.
Die erste Fraktion stellt ein hochkonzentriertes Kondensat mit einem Stickstoffgehalt von 4 – 6 % N dar. In einer nachgeschalteten Rektifikationskolonne kann der Gehalt auf bis zu 25 % N aufkonzentriert werden. Diese wässrige Ammoniaklösung kann bspw. zur Herstellung von Düngemitteln genutzt oder außerhalb der Landwirtschaft als Grundchemikalie vermarktet werden. Die zweite Fraktion enthält bereits eine deutlich niedrigere Stickstoffkonzentration und kann bspw. per Umkehrosmose oder Deammonifikation gereinigt werden. Die dritte Fraktion enthält nahezu keinen Stickstoff mehr und kann je nach Qualität und lokalen Gegebenheiten eingeleitet, vernebelt oder für Betriebszwecke genutzt werden.
Projektpartner:
- ISAH, Leibniz Universität Hannover
Institut für Siedlungwasserwirtschaft und Abfalltechnik - E & P Anlagenbau GmbH, Berlin
- Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Engler-Bunte-Institut
DAUMEN 3.0
Weltweit fallen rohfaserreiche landwirtschaftliche Rückstände im Überfluss an, von denen ein Großteil - insbesondere in den Schwellenländern - direkt auf dem Feld verbrannt wird und eine erhebliche Luftverschmutzung verursacht. Auch in Europa ist ein solches Biomassepotential vorhanden, woraus durch geeignete technische Lösungen Biogas als regenerative Energie erzeugt werden könnte. Das innovative „DAUMEN“-Verfahren (Design for Separation and Augmented Methanisation) bietet durch die bionische Implementierung des Vormagensystems der Wiederkäuer und die Nutzung der effizienten Pansenmikrobiologie eine solche effektive und wirtschaftliche technische Lösung. Mit dem Verbundprojekt DAUMEN 3.0 erfolgt durch das Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik (ISAH, Projektkoordination) der Leibniz Universität Hannover und dem Institut für Physiologie und Zellbiologie (IPZ) der Stiftung Tierärztliche Hochschule die Praxisumsetzung und Integration des Verfahrens in die Biogasanlage (BGA) der Agrar-G. „Bergland“ in Clausnitz. Mit dem eingesetzten Hochlast-Reaktor für Hydrolyse und Versäuerung (HRHV) wird die hohe Raum-Zeit-Ausbeute des Pansens nachgebildet. Durch eine etablierte Pansenflora ist der Reaktor geeignet, schwer abbaubare Reststoffe effizient aufzuschließen und kurzkettige Fettsäuren zu produzieren. Diese werden der BGA als ergiebiges Substrat zugeleitet.
Die BIORESTEC GmbH liefert das Design und die Detailauslegung für die im Vorhaben vorgesehene Versuchsanlage. Des Weiteren ist die BIORESTEC GmbH für die Auswertung der Wirtschaftlichkeit und Einschätzung der Praxisfähigkeit des Konzeptes verantwortlich.
agriFer Plus
EIN INNOVATIVES VERFAHREN ZUR GÄRPRODUKTAUFBEREITUNG
Die Lagerung und Nutzung von Gülle und Gärresten führt zu einer zunehmenden finanziellen Belastung für die Betreiber von Biogasanlagen. Die meisten der derzeit auf dem Markt erhältlichen Verfahren befassen sich mit der Volumenreduzierung und der Konzentration von Nährstoffen.
EINDAMPFUNG, RÜCKGEWINNUNG UND AUSSCHLEUSUNG
Das innovative Komplettbehandlungsverfahren
bietet eine wirtschaftliche Lösung für das Nitratproblem bei gleichzeitiger Volumenreduzierung. Dabei werden stickstoffhaltige Gärprodukte durch ein Verdampfungsverfahren in Kombination mit Umkehrosmose behandelt. Der Stickstoff wird in eine marktfähige Ammoniaklösung umgewandelt, die in der chemischen Industrie eingesetzt wird (z.B. in der Rauchgasreinigung).
NACHHALTIGES RESSOURCENMANAGEMENT
Im Vergleich zu bestehenden Verfahren werden wertvolle Nährstoffe in Form von marktfähigen Produkten gewonnen. Das Konzept zeichnet sich zudem durch eine hohe Umweltverträglichkeit aus, da der Zusatz von chemischen Additiven um 90 % reduziert wurde. Dieser Aufbereitungsprozess verbessert die Rentabilität deutlich, ist aktiver Grundwasserschutz und nachhaltiges Ressourcenmanagement.
- Bislang einziges Verfahren zur Ausschleusung von Stickstoff aus der Landwirtschaft
- Höhere Erträge durch niedrige Behandlungskosten
- Stabile Marktnachfrage nach Prozessprodukten (außerhalb der Landwirtschaft)
- Anlagenbetreiber wird vom Erzeuger von Problemstoffen zum Hersteller von wichtigen Grundchemikalien
- Reduktion (ca. 90 %) von kostspieligen, umweltschädlichen Betriebsmitteln (z. B. Schwefelsäure)
- Keine zusätzliche Belastung von Böden und Grundwasser durch Sulfatzugabe
- Verzicht auf Säurewäscher (Reduktion der Investitionskosten: ca. 13 %, der Betriebskosten: ca. 10 %)
- Gezielt einstellbare N-Gehalte im NPK-Dünger
Die agriFer Plus-Behandlungsanlage kann über die agriKomp GmbH bezogen werden. Für individuelle Lösungen in Kombination mit weiteren Verfahrensschritten kontaktieren Sie uns.
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