Innovative Gülleaufbereitung: Vom Abfallprodukt zum wertvollen Rohstoff
Eine Pilotanlage, entwickelt unter der Leitung des Fraunhofer IGB, wandelt Gülle in definierte Düngerkomponenten um. Die Anlage produziert mineralische Stickstoff- und Phosphordünger sowie organische Bodenverbesserer. Am 14. Juni 2016 präsentierten die Partner des EU-Projekts BioEcoSIM die Ergebnisse mit einer Live-Demonstration der Anlage.
Dr. Jennifer Bilbao, Forscherin am Fraunhofer-Institut, stellte drei Produkte vor, die direkt in der Landwirtschaft eingesetzt werden können: reines Ammoniumsulfat, ein Gemisch verschiedener Phosphatsalze wie Calciumphosphat, Magnesiumammoniumphosphat und Magnesiumphosphat, sowie dunkelbraune Pellets als humusbildende Bodenverbesserer. Diese Produkte wurden in Kupferzell beim Projektpartner Agro Energie Hohenlohe gewonnen.
Die Pilotanlage verarbeitet beispielhaft 50 Kilogramm Schweinegülle pro Stunde. Dabei entstehen etwa 500 Gramm mineralischer Phosphatdünger, 500 Gramm mineralischer Stickstoffdünger und 900 Gramm organische Biokohle. 15 Partner aus fünf Ländern arbeiteten drei Jahre an diesem Projekt, das vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB geleitet wird und bis Dezember 2016 läuft.
Herausforderung Güllemanagement
In Europa fallen jährlich rund 1800 Millionen Kubikmeter Gülle an, davon in Deutschland 160 Millionen Kubikmeter. Ein Großteil der Gülle entsteht in Schweinemastbetrieben, insbesondere in Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen. Dort gibt es jedoch nicht ausreichend Ackerflächen für eine umweltgerechte Ausbringung.
Mehr als die Hälfte der Gülle wird über weite Strecken transportiert, obwohl sie zu 90 Prozent aus Wasser besteht. Gülle enthält wertvolle Pflanzennährstoffe wie Stickstoff und Phosphor sowie unverdauliche Futterreste. Bei Überdüngung kann Stickstoff als Nitrat das Grundwasser belasten und Phosphat Gewässer schädigen. In Deutschland gibt es im Gegensatz zu den Niederlanden oder Belgien noch keine gesetzliche Regelung zur Überdüngung mit Phosphat.
Integrierte Verfahren zur Gülleaufbereitung
Die Fraunhofer-Forscher und ihre Partner haben alle notwendigen Verfahrensschritte zur Gülleaufbereitung in einer Anlage integriert. Dies ermöglicht die Aufarbeitung der Gülle direkt am Entstehungsort. Zunächst wird die wässrige Gülle vorbehandelt, um Phosphor zu lösen, und anschließend durch grobe Filtration in eine feste und eine flüssige Phase getrennt.
Die entwässerte feste Phase wird mit einem am Fraunhofer IGB entwickelten, energieeffizienten Verfahren mittels überhitztem Wasserdampf getrocknet. Anschließend werden die getrockneten organischen Bestandteile bei über 300 °C durch Pyrolyse in einer Atmosphäre aus überhitztem Wasserdampf zu organischer Biokohle umgesetzt. Dabei werden Mikroorganismen vollständig zerstört.
Die flüssige Güllefraktion, reich an gelösten anorganischen Nährstoffen, wird in einem Fällungsreaktor behandelt. Dort wird Phosphor als Calciumphosphat, Magnesiumphosphat und Magnesiumammoniumphosphat gefällt und abfiltriert. Stickstoff wird in einem zweiten Schritt zurückgewonnen, indem die wässrige Fraktion in eine Membranzelle geleitet wird. Gelöstes Ammoniak diffundiert über die Membran, wird als Ammoniumsulfat gewonnen und kristallisiert. Das verbleibende Wasser enthält nur noch Spuren von Phosphor und Stickstoff, ist aber reich an Kalium und kann zur Bewässerung genutzt werden.
Individuell angepasste Dünger
Umfangreiche Untersuchungen und Feldstudien haben gezeigt, dass die aus Gülle aufbereiteten mineralischen Düngemittel und organischen Bodenverbesserer als gut verfügbare Dünger und humusbildende Substrate in der Landwirtschaft eingesetzt werden können.
Wir können unsere Produkte auch zu einer je nach Pflanzenart und Bodenbeschaffenheit abgestimmten Nährstoffzusammensetzung vermischen. Eine Überdüngung der Böden würde so vermieden. Zudem sparen unsere Produkte synthetische Dünger ein.
Die Herstellung synthetischer Stickstoffdünger ist energieintensiv, und synthetische Phosphordünger werden durch aufwendige Prozesse aus Rohphosphaten gewonnen. Die Masse der entwässerten und aufbereiteten Produkte beträgt nur etwa vier Prozent der ursprünglichen Güllemenge, was eine deutliche Reduzierung der Transportfahrten ermöglicht.
Demonstration und Potenziale
Das Interesse an der Gülleaufbereitung und -verwertung ist groß, wie Gespräche mit Landwirtschaftsverbänden und Landwirten zeigten. Obwohl sich eine Anlage aufgrund politischer Hürden derzeit nicht allein aus dem Erlös der Produkte amortisieren könnte, besteht ein großes Einsparpotenzial, da Mastbetriebe bis zu 25 Euro für die Entsorgung eines Kubikmeters Gülle zahlen.
Am 14. Juni 2016 präsentierte das Projektkonsortium die Pilotanlage in Kupferzell Investoren, Landmaschinenherstellern und Anwendern aus der Landwirtschaft. Die integrierten Verfahrensschritte wurden in Kurzvorträgen vorgestellt und der Betrieb der Anlage live demonstriert. Workshops boten die Möglichkeit zur Diskussion über die ökonomischen und ökologischen Auswirkungen der Technologie.
Projektförderung und Partner
Das Projekt BioEcoSIM, das die Verwertung von Gülle zu stabilisierten Bodenverbesserungsmaterialien für ökologische Nachhaltigkeit und wirtschaftlichen Nutzen in der europäischen Landwirtschaft zum Ziel hat, wird seit Oktober 2012 für gut vier Jahre im 7. Forschungsrahmenprogramm der EU gefördert (Grant Agreement No. 308637).
Projektpartner sind neben dem Fraunhofer IGB: Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek (Niederlande), Centre de Recerca i Innovació de Catalunya (Spanien), die Universität Hohenheim (Deutschland), Centro Technologico Agrario y Agroalimentario (Spanien), Acondicionamiento Tarrasense Associacion (Spanien), Gospodarstwo Rolne Jacek Śliwka (Polen), Biocompostajes Españoles S.L. (Spanien), Dofco BV (Niederlande), YFlow Sistemas y Desarrollos SL (Spanien), Initial Projects Limited (Großbritannien), Geltz Umwelttechnologie GmbH (Deutschland), Agroenergie Hohenlohe GmbH (Deutschland), ASB Grünland Helmut Aurenz GmbH (Deutschland) und Heckmann Maschinenbau und Verfahrenstechnik GmbH (Deutschland).