Magazin Gülletechnik

Gülle/Gärreste :

Mit der Separation gegen knappen Lagerraum

Die Düngeverordnung und steigende Kosten für den Nährstoffexport sorgen für Innovationen bei der Gärrestaufbereitung und -vermarktung. Wir stellen neue Ideen vor.

Gülle/Gärreste: Mit der Separation gegen knappen Lagerraum

Innenansicht des Bioselects von Börger: Über den Federdruck wird der TS-Gehalt eingestellt.

Wohin mit der Gülle aus der Tierhaltung oder Gärresten aus der Biogasanlage? Diese Frage stellen sich Tierhalter und Biogaserzeuger in Veredelungsregionen schon länger. Aber spätestens seit dem Jahr 2017 hat der Zwang zum Nährstoffexport extrem zugenommen: Die in Kraft getretene Düngeverordnung sorgt für neue Herausforderungen, besonders bei Betreibern von Biogasanlagen (siehe Düngeverordnung).

„Die Verschärfungen könnten dazu führen, dass Lagerraum und Ausbringflächen knapp werden“, analysiert Bastian Lenert, Gülleexperte bei der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen. Gleichzeitig steigt der Preis für den Gärrestexport über Güllebörsen. Der Anlagenbetreiber hat verschiedene Anpassungsoptionen, wie Lenert erklärt: „Er könnte Lagerraum schaffen, was aber sehr teuer wird, oder den Substratmix verändern.“

Doch ein Substratwechsel – selbst wenn es von der Baugenehmigung her möglich wäre – ist auch mit Vor- und Nachteilen verbunden:

■ Gülle und Wasser wie Niederschlags- oder Sickerwasser erhöhen den Lagerbedarf. Zudem bringt Gülle im Vergleich zu anderen Substraten weniger Biogas. Wenig Lagerraum benötigen dagegen Getreide oder CCM.

■ Wegen des insgesamt geringeren Substratbedarfs bei Einsatz dieser Stoffe verringert sich auch die benötigte Gülle-/ Festmistmenge, die für den Güllebonus im Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) nötig ist. Damit haben diese Stoffe eine Hebelwirkung.

■ Schweine-, Rindergülle und Geflügelmist, Gras oder Getreide erhöhen die Stickstofffracht. Entlastung bringt hier die Zuckerrübe, die allerdings wegen des hohen Wassergehaltes auch wieder mehr Lagerraum benötigt. Ähnlich ist es bei der Phosphatfracht.

■ Interessant ist, dass Silomais bei Lagerraum, N- und P-Fracht sowie den Substratkosten neutral abschneidet, also in allen Fällen eine interessante Option darstellt.

Eine weitere Option ist es, das Niederschlagswasser extra aufzufangen und ggf. zu behandeln, um dafür nicht zusätzlichen Lagerraum schaffen zu müssen.

Gärrestaufbereitung reduziert Flüssigkeit

„Der nötige Lagerraum lässt sich auch dadurch reduzieren, indem man die Gärreste aufbereitet“, betont Daniel Baumkötter von der Fachhochschule Münster. „Das erste Ziel dabei ist es, wasserhaltige Gülle oder Gärreste transportwürdiger zu machen“, sagt der Wissenschaftler. Allerdings, so sein Plädoyer, dürfe es nicht nur um Wasserentzug gehen. „Gärreste müssen so aufbereitet werden, dass Abnehmer Interesse haben, sie aufzunehmen und ggf. sogar für die Nährstoffe bezahlen.“

In dem deutsch-niederländischen Projekt „Mest op Maat“ (Dünger nach Maß) haben sich 13 Partner aus verschiedenen Bereichen mit verschiedenen Aufbereitungsverfahren beschäftigt.

Der Einstieg in die Gülle- und Gärrestaufbereitung ist fast immer die Separation. Hierzu haben die Projektpartner vier Verfahren mit unterschiedlicher Technik untersucht:

■ Dekanterzentrifuge der RWG Emsland Süd

■ Pressschnecke der REW Regenis

■ Separator von Silcon (Vacuum Vibration System V2S)

■ sowie als Referenz eine klassische Pressschnecke MGR von Bauer.

Eine der beim Mest op Maat-Projekt untersuchten Anlagen war diese auf einem Lkw montierte Zentrifuge.

Eine der beim Mest op Maat-Projekt untersuchten Anlagen war diese auf einem Lkw montierte Zentrifuge.

Unterschiedliche Ergebnisse

Die Techniken schnitten wie folgt ab:

■ Die Zentrifuge hatte abhängig vom eingesetzten Substrat einen Durchsatz von 20 bis 31 m³/h. Sie zeigte gerade bei Schweinegülle gute Ergebnisse. Der spezifische Stromverbrauch gemessen in kWh/m3 war bei dieser Technik am höchsten. Allerdings schaffte sie die höchsten Phosphatabscheidungen: bis zu 80 % des Phosphats fanden sich im festen Filtrat nach der Separation.

■ Die Regenis Pressschnecke lieferte eine Durchsatz von 2,4 bis 9 m³/h. Sie lieferte die besten Ergebnisse beim Gärrest, hier war der TS-Gehalt nach der Separation am höchsten.

■ Das Silcon-Verfahren zeigte mit 56 bis 87 m³/h die höchsten Durchsätze und trennte bei Gülle viel Feststoffe ab. Wegen der hohen Durchsätze ist es laut Baumkötter gerade für den überbetrieblichen Einsatz geeignet.

■ Die Pressschnecke von Bauer lieferte eine Durchsatz bei 12 bis 18 m³/h und hatte einen niedrigen Stromverbrauch. „Sie ist universell einsetzbar“, resümiert Baumkötter.

Mehr Durchsatz beim Separator

Auch Börger bietet Separatoren an, die es jetzt in vier Baugrößen mit maximalen Durchsatzmengen zwischen 20 und 150 m³/h je Gerät gibt. Der Börger Bioselect wird in Biogasanlagen und in der Landwirtschaft zur Trennung der festen von den flüssigen Bestandteilen aus Gärresten und Flüssigmist eingesetzt. Der Separator erreicht dabei stufenlos einstellbare Trockensubstanzgehalte (TS-Gehalt) von 15 zu 38 Prozent, sodass die feste Phase als eingedickter Feststoff, stapelbare Masse oder als Einstreu für Viehbetriebe genutzt werden kann.

Im Bioselect dreht sich eine Förderschnecke in einem Spaltsieb. Die flüssige Phase fließt durch dieses ab, während die Förderschnecke die feste Phase in den Presskanal drückt. Sie hat eine Profilnut, in der sich Faserstoffe aufbauen, welche die Funktion einer abdichtenden Bürste übernehmen. Hierdurch soll eine metallische Reibbeanspruchung zwischen Schnecke und Spaltsieb vermieden werden, was für erheblich längere Standzeiten der Arbeitsgeräte sorgt, verspricht der Hersteller.

Mithilfe der Federkraft der neuen Verstelleinheit Easy Shift verschließt eine Scheibe („Multi Disc“) den Presskanal so lange, bis der gewünschte Trockengrad des Feststoffpfropfens erreicht ist. Erst dann öffnet sich ein Auswurfspalt und die feste Phase wird aufgelockert ausgetragen.

Börger liefert den Bioselect auf Wunsch auch als anschlussfertiges Komplettaggregat mit Steuerungstechnik und Drehkolbenpumpe. Die Steuerungstechnik soll den Betrieb von Pumpe und Separator aufeinander abstimmen und so für eine optimale Auslastung des Bioselect sorgen.

Trockene Phase

Nach der Separation stehen weitere Aufbereitungsschritte an. Beim Feststoff kommt vor allem die Trocknung zum Einsatz, wobei es verschiedene Trocknungskonzepte gibt wie Band-, Trommel-, Schubwende-, Solar-, oder Wannentrockner. „Man kann die Trockner auch ohne vorherige Separation einsetzen, wobei man mit der zur Verfügung stehenden Wärme entsprechend weniger Gärrest aufbereiten kann“, erklärt der Wissenschaftler.

Die Trockner nutzen aufgeheizte Luft oder direkt das Abgas aus dem Blockheizkraftwerk (BHKW). Die Verdunstungsleistung liegt bei etwa 1 kg Wasser pro kWh Wärme. „Zu beachten ist, dass bei jedem Trockner staub- und ammoniakhaltige Abluft entsteht, die entsprechend gereinigt werden muss“, ergänzt er.

Mit einer Granulierung, Pelletierung oder Brikettierung lässt sich das Volumen des getrockneten Gärrestes weiter reduzieren.

Ein neues Verfahren ist die Aufbereitung von Geflügelmist vor der Vergärung. Das von der FH Münster mitentwickelte Poultry Profit-Verfahren entzieht dem Geflügelmist das enthaltene Ammonium. Die Anlage funktioniert so: Das zuvor über einen Vertikalmischer homogenisierte Substrat wird zusammen mit Branntkalk in einem geschlossenen Behälter aufbereitet. Durch die Erhöhung des pH-Wertes sowie die Wärme freisetzende, chemische Reaktion von Branntkalk mit dem enthaltenen Wasser sollen folgende Effekte erzielt werden:

■ Das Ammonium wird dem Substrat in Form von Ammoniak ausgetrieben.

■ Pathogene Keime werden stark reduziert.

■ Der Trockensubstanzgehalt im Ausgangsmaterial steigt.

In einem geschlossenen Kreislauf gelangt das ammoniakhaltige Gasgemisch zur Waschkolonne. Hier kann in saurer Wäsche das Ammoniak in Form von Ammoniumsulfat zurückgewonnen werden. Die aufgereinigte Luft wird in den Aufbereiter zurückgeleitet.

„Mit dem Verfahren ist es auch möglich, Geflügelmist zu hygienisieren, ohne Wärme zugeben zu müssen. Denn die Temperatur steigt bei der chemischen Reaktion auf über 80 °C“, erklärt Baumkötter.

Flüssige Phase

Um die flüssige Phase nach der Separation weiter aufzubereiten, gibt es Vollaufbereitungsverfahren, die mit Membranen arbeiten (Ultrafiltration und Umkehrosmose). Andere Verfahren arbeiten mit Verdampfung und Einleitung der aufbereiteten Kondensate. „Das sind aber eher Pilotanlagen, die oftmals noch zu teuer für einen wirtschaftlichen Betrieb sind“, erklärt Baumkötter.

Um aus der Flüssigphase gezielt Stickstoff abzutrennen, ist Schwefelsäure als Betriebsmittel üblich, wobei dabei Ammoniumsulfatlösung (ASL) als Dünger entsteht. Eine Alternative ist die Zugabe von Gips (Calciumsulfat).

In naher Zukunft könnten auch Flockungsmittel helfen, Nährstoffe gezielt aus der Flüssigphase herauszufiltern. Der Einsatz von stärkehaltigen Mitteln anstatt der sonst üblichen Polymere könnte es möglich machen, die herausgefilterten Nährstoffe auch im Pflanzenbau einzusetzen. „Aber noch sind diese nicht konkurrenzfähig bezüglich der Kosten“, schränkt Baumkötter ein.

Bei dem BioEcoSim-Verfahren (hier im Prototyp) soll vor allem Phosphor zurückgewonnen werden.

Bei dem BioEcoSim-Verfahren (hier im Prototyp) soll vor allem Phosphor zurückgewonnen werden.

Die Poultry Profit-Anlage: Ein Prototyp der Firma Revis steht in Löningen.

Die Poultry Profit-Anlage: Ein Prototyp der Firma Revis steht in Löningen.

Kombinierte Verfahren

Künftig könnten auch kombinierte Verfahren interessant werden. Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) hat dazu ein neuartiges Verfahren zur Aufbereitung von Gülle entwickelt, das jetzt marktreif ist. Bei dem BioEcoSim-Verfahren wird in einem ersten Schritt die wässrige Gülle vorbehandelt, damit der Phosphor vollständig in Lösung geht. Über eine zweistufige Filtration wird sie in eine feste und eine flüssige Phase getrennt. Die entwässerte feste Phase wird mit einem ebenfalls am Fraunhofer IGB entwickelten energieeffizienten Verfahren getrocknet, das mit überhitztem Wasserdampf in einem geschlossenen System und daher energieeffizient arbeiten soll. Die getrockneten organischen Bestandteile können optional weiter bei 450 °C über einen Pyrolyse-Schritt – wie im Trocknungsschritt in einer Atmosphäre aus überhitztem Wasserdampf – zu organischer Biokohle umgesetzt werden.

Die flüssige Güllefraktion enthält die gelösten anorganischen Nährstoffe. In einem Fällungsreaktor wird zunächst Phosphor zurückgewonnen und als Calciumphosphat, Magnesiumphosphat oder Magnesiumammoniumphosphat gefällt und abfiltriert. Stickstoff wird in einem zweiten Schritt zurückgewonnen. Hierzu wird die wässrige Fraktion über eine Membranadsorption als Ammoniumsulfat abgetrennt und kristallisiert. Übrig bleibt ein Wasser, das nur noch Spuren von Phosphor und Stickstoff enthält, aber reich an Kalium ist – und optimal zur Bewässerung eingesetzt werden kann. In umfangreichen Untersuchungen und Feldstudien haben die Fraunhofer-Forscher gezeigt, dass die aus Gülle aufbereiteten mineralischen Düngemittel und organischen Bodenverbesserer direkt als gut verfügbare Dünger und humusbildende Substrate in der Landwirtschaft eingesetzt werden können. „Verfahren und Kombinationen wie diese werden künftig verstärkt kommen, wenn der Kostendruck und der technische Fortschritt weiter voranschreiten“, ist Baumkötter überzeugt.


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