Projekt 23758/01

Entwicklung eines praxisreifen Verfahrens zur zeitgleichen Dehydrierung und Pelletierung von Biomassen aus der Landwirtschaft

Projektdurchführung

Leuphana Universität Lüneburg CSM - Centre for Sustainability Management
Scharnhorststr. 1
21335 Lüneburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Bereitstellung von Energieträgern und Rohstoffen auf Basis landwirtschaftlicher Biomassen spielt eine zunehmend wichtige Rolle. Ihre energetische Nutzung kann einen Beitrag zum Klimaschutz leisten; die stoffliche Verwertung kann u.a. dazu beitragen, die Abhängigkeit von endlichen Ressourcen als chemischen Grundstoffen zu reduzieren. Gefördert werden sozio-ökonomische Effekte wie eine Stärkung landwirtschaftlicher Gebiete und die Entwicklung konsistenter Kreislaufökonomien.
Durch den meist hohen Wassergehalt landwirtschaftlicher Biomassen treten Schwierigkeiten für technisch und wirtschaftlich sinnvolle Verwertungen auf. Dies betrifft insbesondere Transport, Lagerung und Integration in Bereitstellungsketten und Prozesse in industriellen Maßstäben.
Daher zielt das Projekt auf die technische Entwicklung eines marktreifen, energie- und kosteneffizienten Verfahrens zur Konditionierung (Entwässerung und Fraktionierung) landwirtschaftlicher Biomassen. Untersucht werden ökonomische Rahmenbedingungen, Strukturen von Beschaffungs- und Absatzmärkten, Logistik und Einbindung in bestehende oder neu zu schaffen Bereitstellungsketten und Prozesse.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeitsschritte erfolgen in den Teilbereichen technische Entwicklung, ökonomische Begleitanalysen sowie Potenzial- und Akzeptanzermittlung.
Technische Entwicklung: Konzeption, Entwicklung u. Realisierung eines Biomasse-Extruders; Realisierung eines praxisreifen Prototyps; Versuchsreihen; Sicherstellung der Praxisreife
Ökonomische Begleituntersuchung: Identifikation von Beschaffungs- u. Absatzmärkten; Konzeptionen für Bezugs- u. Absatzlogistik; Kalkulationen u. Sensitivitätsanalysen
Potenzial- und Akzeptanzermittlung: Studien zu Rohstoffpotenzial u. Qualitätsanforderungen; Ermittlung der Technologieakzeptanz; Identifikation potenzieller Produkte; Öffentlichkeitsarbeit


Ergebnisse und Diskussion

Im vorliegenden Projekt wurde hauptsächlich mit frischem Grasschnitt und Grassilage gearbeitet. Mit Blick auf die Konditionierung dieser Rohstoffe kann der entwickelte Monoschneckenextruder als praxisreif beurteilt werden. Ein weitreicheder Zellaufschluss konnte realisiert werden, wodurch z.B. eine Steigerung der Biogasausbeute bei Vergärung der Extrudate erzielt wurde. Dies könnte ein Einsatzgebiet sein, wobei Fragen des Patentschutzes bei dieser Verwendung näher zu beleuchten sind.
Nimmt man das Forschungsprojekt BioLog und die hierin veröffentlichten Extrusionsergebnisse für Grassilage als Referenz, kann die Extruderentwicklung mit Blick auf die erzielten Trockensubstanzwerte als äußerst erfolgreich beurteilt werden. Generell haben Patentrecherchen gezeigt, dass abseits der Zugabe von Additiven und/oder hohem Energieeinsatz keine Standardlösungen für den Umgang mit sehr hohen Wassergehalten vorliegen und dass der entwickelte Extruder als ein Schritt in eine neue Richtung gesehen werden kann. Patentwürdige Eigenschaften wurden festgestellt (Zusammenspiel von Vorschub und Druckaufbau, Entwässerung und Zerkleinerung).
Der entwickelte Extruder kann ohne Additive und Wärmezufuhr allein auf Grund der Zylinderkonstruktion und Schneckengeometrie sehr hohe Wassergehalte von unbehandelten langfaserigen Rohmassen reduzieren. Dabei ist das Gerät wartungsfreundlich und leicht zu handhaben, die Kosten liegen in einem überschaubaren Rahmen. Die gesamten Verarbeitungskosten werden maßgeblich vom Rohstoff determiniert. Dieser kann ohne größere Anpassungen variiert werden.
Insgesamt kann von einem sehr breiten Einsatzfeld für die entwickelte Biomasse-Extrusion ausgegangen werden. Hier wurde aufgrund der notwendigen Fokussierung der Bereich der energetischen Biomassenutzung adressiert. Die vielfältigen Expertengespräche haben jedoch auch deutlich gemacht, dass Verwertungskontexte wie die Naturfaseraufbereitung und -verarbeitung ebenfalls in Frage kommen können. Das Verfahren ist als sehr flexibel zu beurteilen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die (Fach-)Öffentlichkeit wird durch Vorstellung der Ergebnisse auf Konferenzen, Messen und Workshops sowie die Herausgabe von Infomaterial und Verfahrensbeschreibungen informiert. Begleitend werden Fachpublikationen erstellt.


Fazit

Die Extrusionsversuche dokumentieren die Geeignetheit dieses mechanischen Verfahrens zur Entwässerung landwirtschaftlicher Biomassen sehr deutlich. Insbesondere die Versuche mit dem großen Testextruder und dem Prototyp belegen eine hohe Leistungsfähigkeit. Es werden TS-Werte im Bereich von über 60 % erreicht, die sich durch einfache, kosten- und energiesparende Nachtrocknungen sowohl für die Lagerung als auch direkte Weiterverarbeitung (z.B. Pelletierung) steigern lassen.
Deutlich wurde, dass ein systemischer Verwertungsansatz mit beiden Extrudaten entscheidend für Wirtschaftlichkeit und Integrationsfähigkeit des Extrusionsverfahrens ist. Ein großer ökologischer und ökonomischer Nutzen kann nur erzielt werden, wenn beide Extrudate in ihren Eigenschaften optimiert und separat oder gemeinsam wertbringend eingesetzt werden.
Darüber hinaus ist die Betrachtung regionaler Aufwuchspotenziale ebenso Element eines systemischen Ansatzes. Wie Potenziale ermittelt werden können, wurde in der angefertigten Regionalstudie aufgezeigt. In Abhängigkeit vom fokussierten Verwertungskontext, geografischen Biomassepotenzialen und der Leistungsfähigkeit des Extruders wird sich eine optimale Marktpositionierung des Verfahrens ableiten lassen. An entsprechenden Ansätzen wird auch über das Projekt hinaus gearbeitet.