Projekt 34413/01

Hygienisierung und Stickstoffentfrachtung von Wirtschaftsdünger – Hygie(NH3)isch – Phase II

Projektdurchführung

Fachhochschule Münster Fachbereich Energie - Gebäude - Umwelt
Stegerwaldstr. 39
48565 Steinfurt

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

In diesem Projekt geht es darum, die kontinuierliche Betriebsweise einer Anlage zur Hygienisierung und Stickstoffentfrachtung von schüttfähigen und schlammartigen Biomassen zu untersuchen, mit dem Ziel, die erforderlichen Betriebshilfsmittel (Qualität und Menge) optimal einzusetzen und einen stabilen sowie kosteneffizenten Prozess zu erreichen. Für die Behandlung wird die Reaktion von zugegebenem Branntkalk mit dem Wasseranteil aus dem zu hygienisierenden Substrat ausgenutzt, wodurch sich die für die Hygienisierung benötigte externe thermische Energie reduziert. In Folge der Zugabe erhöht sich neben der Temperatur auch der pH-Wert, sodass sich eine Gleichgewichtsverschiebung in Richtung des gasförmigen Ammoniaks ergibt. Die Entfernung des Ammonium-Stickstoffs hat den großen Vorteil, dass das Substrat vermehrt in Biogasanlagen als Silomaissubstitut verwendet werden kann. Darüber hinaus wird durch Einsatz von Schwefelsäure der Ammoniak aus der Abluft gewaschen und als transportfähige Ammoniumsulfatlösung gewonnen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen dieses Projektes wird die vorhandene, großtechnische Anlage (aus Projektphase 1) weiterentwickelt, um die Effizienz bei der Ammoniakentfernung bzw. Hygienisierung von verschiedenen Stoffen zu steigern und die wirtschaftlichen Risiken zu senken. Im Zuge der wissenschaftlichen Begleitung der Anlage im Praxisbetrieb, werden dabei folgende Aspekte untersucht:
- Technische und verfahrenstechnische Optimierung der Gesamtanlage und seiner Bestandteile im kontinuierlichen Praxisbetrieb
- Steigerung der Effizienz der Hygienisierung in Abhängigkeit der Qualität und Menge der erforderlichen Betriebsmittel und der ggf. erforderlichen externen Wärmezufuhr
- Steigerung der Effizienz der Ammoniakfreisetzung in Abhängigkeit der Qualität und Menge der erforderlichen Betriebsmittel
- Übertragbarkeit der Ergebnisse in Abhängigkeit der Substratzusammensetzung


Ergebnisse und Diskussion

Die im Projekt erarbeiteten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
1. Optimierung einer vollautomatischen Versuchsanlage im großtechnischen Maßstab
2. Optimale Einstellungen für Branntkalk und Behandlungszeit wurden für eine maximale Ammoniumentfrachtung (bis zu 70 %) ermittelt
3. Bei Zugabe von 11,3 % Branntkalk erfolgt eine Erhöhung der Temperatur über 70 °C für 60 Minuten ohne Einsatz einer externen Heizquelle
4. Schwefelsäurewäscher erreicht einen Ammoniakeliminationsgrad aus der Abluft von über 99 %
5. Produktion einer 30 %igen Ammoniumsulfatlösung
6. Optimierung des Stromverbrauchs auf ca. 5,1 kWhel/t bei einem Durchsatz von 3,2 t/h
7. Die Behandlungszeit hat einen höheren Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit als die Branntkalkmenge
8. Die Kosten für die Behandlung der untersuchten Substrate liegt zwischen 11,7 €/t und 13,0 €/t
9. Durch den Einsatz von Mist in der BGA können jährlich 54.750 € eingespart werden
10. Der Biogasertrag von dem behandelten Mist entspricht in etwa dem vom Silomais
11. Der behandelte Mist kann (in einer adaptierten Biogasanlage) bis zu 50 % der täglichen Substratzugabe betragen ohne Einbußen bei Gasertrag und Methangehalt
12. Durch den Einsatz von behandeltem Mist können CO2-Emissionen von rd. 214 t/a an der Biogasanlage eingespart werden

Darüber hinaus wurden im Projekt weitere technische Optimierungen an der Anlage vorgenommen. Da in dem Prozess konzentrierte Schwefelsäure verwendet wird, wurden entsprechende Sicherheitsvorkehrungen getroffen. Die Anlage ist so konstruiert, dass auch bei Leckagen keine gefährlichen Stoffe austreten können. Die gesamte Förderung und Lagerung von Branntkalk ist als geschlossenes System ausgeführt. Das behandelte Material wird am Ende des Prozesses in einen Produktbehälter gefördert. Dieser ist geschlossen und mit einem Absaugsystem inklusive eines Schwefelsäurewäschers versehen. Dieses geschlossene System ermöglicht einen nahezu vollständig emissionsfreien Betrieb.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Projekt und die entwickelte Anlage wurden bei den nachfolgenden Veranstaltungen und Medien präsentiert:
• Präsentation des Projektes im Rahmen des Messestandes der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) auf der IFAT 2018, der Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft vom 14. bis 18. Mai 2018 in München
• Vortrag „poultry profit – Stickstoffentfrachtung und Hygienisierung von Geflügelmist“ auf dem Biogas Innovationskongress am 30. Mai 2018 in Osnabrück
• Vortrag „Stickstoffentfrachtung und Hygienisierung von Wirtschaftsdünger mit Hilfe von Branntkalk“ auf der Internationalen Konferenz zum Thema „Fortschritt Gülle und Gärrest“ am 16. Oktober 2018 in Schwäbisch Hall
• „Dem Mist den Stickstoff austreiben“, Profi Magazin 3/2019 S. 94-96
• „Traum oder Wirklichkeit?“, DGS-Magazin 4/2019 S. 46/47


Fazit

Das Ziel des Projektes, die Anlagentechnik zu optimieren und ein marktfähiges und hygienisch einwandfreies Düngemittel zu produzieren wurde erreicht. Die Effizienz bei der Ammoniakentfernung bzw. Hygienisierung von verschiedenen Stoffen konnte gesteigert und die wirtschaftlichen Risiken gesenkt werden.