Technologie-Kategorien

Technologie-Kategorien: BIOLOGISCHE NÄHRSTOFFRÜCKGEWINNUNG: KOMPOSTIERUNG, ANAEROBISCHE VERDAUUNG, MIKROALGEN-TECHNOLOGIE
UNTERKATEGORIE Definition Die FP-ID-Verknüpfung für Technologien befindet sich in einer ausgereiften Phase
Anaerobe aufschluss

Der anaerobe Aufschluss ist eine Folge von Prozessen, bei denen Mikroorganismen biologisch abbaubares Material in Abwesenheit von Sauerstoff abbauen.

Die Erzeugung von Biogas aus Biomasse als erneuerbare Alternative zu Erdgas erfolgt durch anaerobe Vergärung (AV). Das AV-Verfahren erzeugt nicht nur erneuerbare Energie, die verarbeitete Biomasse kann auch die Bodenfruchtbarkeit unterstützen, z. B. Durch die Umwandlung des organischen Kohlenstoffs in eine stabile Form, die im Boden bestehen bleibt. Es hat auch andere Vorteile, wie die Erhöhung des organischen Kohlenstoffs im Boden als Kohlenstoffsenke, wie in der Bekämpfung der Klimaschutzziele durch das Pariser Übereinkommen COP-21 erwähnt. Gülle wird häufig anaerob verdaut gemischt mit anderen organischen Abfällen mit einem höheren Biomethanpotential und einem optimaleren C / N-Verhältnis: Grünabfälle, Nebenprodukte der Lebensmittelindustrie, haushaltsgetrennte organische Abfälle. Die Co-Vergärung von Gülle mit anderen Substraten ermöglicht eine bessere Biogaserzeugung und einen stabileren Reaktorbetrieb sowie eine optimalere Wirtschaftlichkeit. AV kann nun als Schlüsseltechnologie in der Wertschöpfungskette der Nährstoffrückgewinnung angesehen werden. Dies liegt an der Fähigkeit, organische Substrate zu mineralisieren, so dass die darin enthaltenen Nährstoffe (N, P und andere) leichter von Pflanzen aufgenommen werden können. Dies impliziert, dass vergärten und nachfolgende Produkte besser als Düngemittel geeignet sind als die Rohstoffe, aus denen sie stammen (wie Schlämme, Schlämme, Bioabfälle usw.). Unterschiedliche Inputquellen können jedoch zu großen Unterschieden in der Gärrestzusammensetzung führen, sowohl zwischen verschiedenen Biogasanlagen sowie bezüglich der Gärrestleistungen mit unterschiedlicher und unvorhersehbarer Zusammensetzung in jeder einzelnen Biogasanlage. Landwirte benötigen jedoch homogene und „kalkulierbare“ Mineralstoffe, wie dies üblicherweise bei synthetischen Mineraldüngern der Fall ist. Daher müssen Biogasanlagenbesitzer möglicherweise diese Einschränkung berücksichtigen. [1]

Während des anaeroben Aufschlusses wird der organische Stickstoff mineralisiert und am Ende des Prozesses kann das Verhältnis von Ammoniak am Gesamtstickstoff 70-80% erreichen. Die Erhöhung der Ammoniakstickstoffkonzentration führt auch zu einer Erhöhung des pH-Werts, üblicherweise zwischen 8 und 9. Der Aufschlussprozess verändert jedoch nicht die Gesamtmenge an Stickstoff in den Produkten. Die anaerobe Vergärung stellt eine potenziell sehr wirksame Behandlung zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen dar: Tatsächlich wird während des Prozesses der Großteil der fermentierbaren organischen Substanz zu Methan und Kohlendioxid abgebaut, wodurch ein Abfluss (Gärrest) mit einem niedrigeren Treibhausgasemissionspotential als der Eisnatzstoff erhalten wird. Einige Studien haben jedoch einen Anstieg der Methanemissionen während der Lagerung von Gärrest berichtet. Dieser Effekt kann mit der hydraulischen Verweilzeit im Fermenter zusammenhängen, die möglicherweise zu kurz ist, um den Abbau des Materials in der Biogasanlage zu vervollständigen, und somit in der Lagerung fortgesetzt wird. Darüber hinaus können selbst aus den Rohren und den Abdeckungen der Fermenter erhebliche Biogasverluste auftreten, die leicht 10% des erzeugten Biogases erreichen können. Diese Behandlung kann die Ammoniakemissionen in der nachfolgenden Speicherphase erhöhen. Der Gärrest ist in der Regel gekennzeichnet durch einen höheren Ammoniakstickstoff-Gehalt und pH-Wert als der Schlamm zu Beginn, beides Faktoren, die die Verflüchtigung des Ammoniak aus dem Prozesses erleichtern. Ein weiterer Faktor, der diese Emissionen fördert, ist der Gehalt und die Art der im Gärrest vorhandenen Feststoffe. Diese werden in der Tat aufgrund von Abbauprozessen in Menge und Größe reduziert. Diese Merkmale fördern nicht die Bildung einer Kruste, die eine wirksame Emissionsbarriere darstellen kann. [1]


Leistungen:

  • Erzeugung erneuerbarer Energie
  • Geruchsreduzierung
  • Stabilisierung von Gülle und Co-Substraten: Durch den Abbau der kohlenstoffhaltigen organischen Ladung infolge der anaeroben Vergärung erhält die Gülle in späteren Lagerzeiten eine ausreichende Stabilität. Es wird eine Verlangsamung der Abbau- und Fermentationsprozesse bewirkt.
  • Reduktion der Krankheitserreger: Die anaerobe Verdauung in mesophiler Umgebung (40 ° C) kann die pathogene Beladung im Mist teilweise reduzieren. Durch den Betrieb unter thermophilen Bedingungen (55 ° C) ist es stattdessen möglich, die vollständige Hygiene des Abwassers unter vollständiger Zerstörung der Krankheitserreger zu erreichen. [1]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

Kompostierung

Kompostierung ist der Zersetzungsprozess von organischen Abfällen durch die Einwirkung von aeroben Bakterien, Pilzen und anderen Organismen.

Die Kompostierung ist eine der ältesten Techniken, um ein stabileres und hygienischeres Produkt zu schaffen. Stabilität und Hygiene sind für das Recycling von Mineralien aus komplexen und variablen Bio-Produkten wie Bioabfällen unerlässlich. Diese organischen Produkte wirken tendenziell eher als Bodenverbesserer und enthalten einen höheren organischen Kohlenstoffgehalt sowie P, das als langsamer freisetzend angesehen werden kann. Die Produktqualität, wenn mit  Bioabfällen gearbeitet wird, ist für den Endverbraucher von großer Bedeutung. Dies bedeutet, dass Protokolle zur Bewertung der Qualität vorhanden sein müssen, die vorzugsweise von unabhängigen Prüfungs- und Zertifizierungsstellen geprüft und kontrolliert werden. Die während der Kompostierung freigesetzte natürliche Wärme führt auch zu einer „biothermischen Trocknung“, die den Wassergehalt verringert und so das Produkt transportabler macht. [1]

Eine Kompostierung (Selbsterhitzung) des Produkts bei Temperaturen über 70 ° C ist nur möglich, wenn maximal 30 Gew .-% Feststoffanteil von Schweinegülle verwendet werden. Dies kann dann mit der festen Fraktion von Rindergülle, Rinderdung mit Stroh, Pferdemist oder Geflügelmist kombiniert werden, um eine ausreichende Struktur und ein optimales C/N-Verhältnis zu erhalten. Einige Produktionsstandorte fügen auch pflanzliche Biomasse oder Gemüse-, Obst- und Gartenabfälle (OGA) oder Grünabfallkompost hinzu. Dies geschieht meist in einem geschlossenen Verschlag, der aus mehreren Tunneln besteht, die separat abgesperrt und belüftet werden können (große Kapazität). Dies kann auch mit einer belüfteten Trommel erfolgen (auf Betriebsebene möglich). Das Material kann auch in Reihen auf den Boden gelegt und manuell umgedreht werden (umfangreiche Kompostierung). Die Kompostierung auf Betriebsebene könnte zur Optimierung der Qualität der festen Güllefraktion als Dünger/Bodenverbesserer und zur Verringerung der Nährstoffverluste während der Lagerung eingesetzt werden. [2]

Wenn ein Landwirt in ein Trennsystem (Schneckenpresse) investiert hat, kann er die flüssige Fraktion als NK-Dünger auf seinem Land verwenden und die feste Fraktion hygienisieren. Auf diese Weise erhält er einen organischen Dünger, der ins Ausland exportiert oder auf dem privaten Markt verkauft werden kann (Gartenbau usw.). In den Niederlanden wird die pasteurisierte feste Fraktion auch als Einstreumaterial für Kühe verwendet. Dies garantiert zusätzlich, dass keine Infektion auftritt. In den Niederlanden gibt es zwei Unternehmen, die eine dezentrale belüftete Trommel (im landwirtschaftlichen Maßstab) anbieten, in der eine feste Fraktion der Gülle pasteurisiert werden kann. Dies ist eine belüftete rotierende Trommel, in der Gülle/Gärrest ohne äußere Hitze pasteurisiert wird. Aufgrund der Rotation und der Luft, die mit einem Ventilator in die Trommel geblasen wird, beginnt ein natürlicher Kompostierungsprozess. Die Kompostierung auf Betriebsebene ist ein umfangreicher Prozess unter freiem Himmel, bei dem keine externe Belüftung verwendet wird. Um einen guten Kompostierungsprozess zu erhalten, ist ein gutes Verhältnis von kohlenstoffreichen und N-reichen Eingangsmaterialien erforderlich. Auch die Temperatur, der CO2- und Feuchtigkeitsgehalt sind wichtige Parameter. Um das Haufwerk zu belüften und zu homogenisieren, muss es von Zeit zu Zeit umgedreht werden. Auf Betriebsebene kann dies mit einem Schwadwender erfolgen. Das Nachbearbeiten und Wenden der Miete erfordert zusätzliche Zeit und Arbeit für den Landwirt. Das Ziel einer umfassenden Kompostierung auf landwirtschaftlichen Betrieben besteht darin, ein homogenes und stabiles Produkt zu erzeugen, das auf flämischen landwirtschaftlichen Flächen angewendet werden kann, zur Erhaltung des Bodens (Zufuhr von OS). Wenn das Produkt durch den Kompostierungsprozess pasteurisiert werden kann, kann das Endprodukt exportiert werden. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

 

Anaerobe Vergärung + Kompostierung

Kombinierte Anwendung von anaerober Vergärung und Kompostierung zur Verarbeitung organischer Abfälle.

Mikroalgen/Wasserlinsen-/Insekten-/Enzymtechnologie

Die Mikroalgen-/Wasserlinsen-/Insekten-/Enzymtechnologie bezieht sich auf die Verwendung von Mikroalgen/Wasserlinsen/Insekten/Enzymen in Abfallströmen zur Rückgewinnung von Nährstoffen und zur Erzeugung von Biomasse als Tierfutter oder Dünger für Pflanzen.
Algenkultivierung: Der Prozess besteht darin, Nährstoffe aus komplexen flüssigen Abwasserströmen biologisch anzusammeln und wiederzugewinnen. Algenbiomasse kann anschließend verschiedenen Zwecken dienen - sowohl in als loses Schüttgut als auch in feinchemischen Anwendungen. Dies kann zum Beispiel für Tierfutter oder erneuerbare Energie sein, aber auch zum Beispiel für die Rückgewinnung von Farbstoffen (z. B. Fycocyanin über Spirulina). [1]
Eine mögliche Methode zur Nährstoffgewinnung aus organischen Abfällen ist die Produktion von proteinhaltiger Biomasse durch Kultivierung von Mikroalgen. Dies erhöht den Wert und die Handhabbarkeit der Nährstoffe. Das Recycling der Nährstoffe aus Gülle und deren Aufnahme in Algenbiomasse kann zu hochwertigen Düngemitteln führen, ohne das die Umwelt- und monitäten Kosten von chemischer Düngemittel anfallen, während gleichzeitig der Abwasserstrom aus diesem Prozess entfernt wird. Gülle-Gärrest ist ein besonders attraktives Ausgangsmaterial für den Anbau von Mikroalgen für die Herstellung von Biofertilisatoren, da er weniger kontaminiert als unbehandelte Abwässer und reich an Stickstoff und Phosphor ist. Mikroalgen könnten verwendet werden, um Nährstoffe aus der flüssigen Fraktion des Gärrests zurückzugewinnen. Da Mikroalgen diese Nährstoffe in ihre Biomasse einbauen, entsteht ein Dünger, der weniger anfällig für Nährstoffverluste gegenüber der Umwelt ist. Durch die Reduzierung des Volumens des flüssigen Gärrests werden die Nährstoffe besser handhabbar und etwas rückgewonnenes Wasser kann erzeugt werden. Lebende Mikroalgen können auch als Stickstofffixierer verwendet werden, um Luftstickstoff in den Boden zu bringen, und als Bodenverbesserer. Mikroalgen können auch weiterverarbeitet (z. B. hydrolysiert) werden, um ausgefeiltere Biofertilizer und Biostimulanzien zu erhalten. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

Technologie-Kategorien: PHOSPHOR-AUSFÄLLUNG AUS FLÜSSIGEN DÜNGERN, ABWASSER UND ABLASSWASSER
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Phosphorfällung aus Gülle / Gärrest

Diese Technologie bezieht sich auf die Gewinnung von löslichem Phosphat aus Gülle oder Gärrest durch Zugabe chemischer Lösungen, die mehrwertige Metallionen wie Calcium, Magnesium und Eisen usw. enthalten.

Phosphorfällung aus multiorganischen Abfällen

Diese Technologie bezieht sich auf die Rückgewinnung von löslichem Phosphat aus einer Mischung multiorganischer Abfälle durch Zugabe chemischer Lösungen, die mehrwertige Metallionen wie Calcium, Magnesium und Eisen usw. enthalten.

Phosphorausfällung aus Abwasser / Schlamm

Diese Technologie bezieht sich auf die Rückgewinnung von löslichem Phosphat aus Abwasser oder Schlamm durch Zugabe chemischer Lösungen, die mehrwertige Metallionen wie Calcium, Magnesium und Eisen usw. enthalten.

Phosphor in flüssigen Strömen (wie Abwässern oder flüssigen Fraktionen) kann durch selektive Fällungsverfahren in gereinigter Form gewonnen werden. Die bekanntesten Ziel-Aufällungen sind Struvit (MgNH4PO4) und Calciumphosphat (CaPO4). In der kartoffelverarbeitenden Industrie haben Struvitreaktoren eine progressive Marktakzeptanz gefunden, während in anderen Sektoren (wie der Gülleverarbeitung) die Entwicklung von Rückgewinnungstechniken für Calciumphosphat scheinen in den letzten Jahren an Dynamik gewonnen zu haben. [1]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

Technologie-Kategorien: THERMOCHEMISCHE NÄHRSTOFFRÜCKGEWINNUNG
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Reduktive thermochemische Phosphorrückgewinnung

Die reduktive thermochemische P-Rückgewinnung von mono eingespeistem Tierknochenschrot ist ein spezifischer Pyrolyseprozess in Abwesenheit von Luft mit emissionsfreier Leistung zur Herstellung von Bio-Phosphat. Dies ist explizit für die reduktive thermische Verarbeitung bei 850 ° C Kerntemperatur von tierischen Knochenmehl-Nebenprodukten ausgelegt, um hochkonzentrierte Phosphorprodukte im wirtschaftlichen industriellen Maßstab zu rückzugewinnen für Anwendungen von biologischen Düngern mit kontrollierter Freisetzung von und Adsorptionsmittel-Anwendungen.

Vorteile: hohe Verarbeitungseffizienz, emissionsfreie Umweltverträglichkeit und vollständige Wiederverwendung aller mono eingespeisten Eingangsmaterialströme. Speziell entwickelte/konstruierte Hochtechnologie für die Verarbeitung von Knochen, autothermal und zusätzlicher Erzeugung einer großen Menge Ökostroms. Bereitstellung einer nachhaltigen Wirtschaftlichkeit durch Umwandlung unerschlossener Biomasse in einen hohen Ausgangsproduktwert. Kontinuierlich im wirtschaftlichen industriellen Maßstab mit Just-in-Time-Versorgungssystem und geringen Betriebskosten betrieben. Herausforderungen: Kapitalinvestitionsintensive Hightech-Technologie.

Reduktiver thermochemischer mehrfachbeschickungspyrolyse

Die reduktive thermochemische Mehrfachbeschickungspyrolyse ist eine traditionelle reduktive thermische Verarbeitung bei niedriger Temperatur von 450 ° C in Abwesenheit von Luft, um Cellulose und andere Nebenprodukte/Abfallmaterialien in kleineren dezentralen Maßstäben zur Herstellung von Biokohle zu karbonisieren.

Vorteile: Mehrfach-Beschickungs-Ansatz, verschiedene Arten von Pyrolyse-Systemen können im kleinen bis mittleren Maßstab angewendet werden. Herausforderungen: Versorgung und Logistik mit Zufuhrmaterial, Umweltauswirkungen, wirtschaftliche Skalierung, hohe Betriebskosten bei kleinen bis mittleren Kapazitäten, Management der nachhaltigen Wirtschaft des produktiven Betriebs unter marktgerechten Handelsbedingungen.

Oxidative thermochemische Phosphorrückgewinnung

Die oxidative thermochemische Verarbeitung ist die Veraschung durch die Verbrennung von Materialien in einer vollständig oxidativen Umgebung oder die Vergasung (teilweises Verbrennen von Materialien in einer halboxidativen Umgebung) mit ausgebrannten festen Asche Produkten, gefolgt von einer chemischen Nachbearbeitung der P-Rückgewinnung.

Vorteile: traditionelle und bekannte Technologien.
Herausforderungen: Versorgung und Logistik mit Zufuhrmaterial, erhebliche Umwelt- und Klimaauswirkungen, komplexe und kostspielige chemische Nachbearbeitung der wasserunlöslichen Asche-Feststoffe, geringer Produktwert.

Technologie-Kategorien: PHYSIKALISCH-CHEMISCHE STICKSTOFFRÜCKGEWINNUNG AUS GÜLLE, GÄRREST UND ABWASSER: SEPARATION, STRIPPING UND MEMBRANVERFAHREN
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Stickstoffrückgewinnung aus der Luft

Diese Technologie fängt Stickstoff aus der Luft ein. Im Absorptionssystem wird der Stickstoff absorbiert, um einen stabilen N-Dünger zu bilden, der den Mineral-N-Gehalt des Eingangsprodukts erhöht.

Chemischer Zusatz

Diese Technologie bezieht sich auf die Zugabe von chemischen Lösungen in Abfallströme zur Rückgewinnung von Nährstoffen, z.B. werden saure Lösungen zum Gülle hinzugefügt, um die N-Emission während der Lagerung und Ausbringung zu reduzieren und den N-Düngerwert zu erhöhen.

Die Versauerung von Gülle und Gärgut ist keine Technik zur Nährstoffrückgewinnung als solche, wird aber in einigen EU-Mitgliedsstaaten als mildernde Maßnahme zur Reduzierung der Ammoniakemissionen im Zusammenhang mit der Düngung/Gärreste-Management gefördert. Die Befürworter der Versauerung argumentieren, dass sie die Lagerung und Stabilisierung von Gülle verbessert und eine bessere Rückführung von Stickstoff in die Pflanzen ermöglicht, wenn Gülle ausgebracht wird, wodurch die Nährstoffverwertung der Gülle verbessert wird. Ein Punkt, auf den bei der Versauerung zu achten ist, ist die Art der verwendeten Säure: Bei der Verwendung von Schwefelsäure ist es wichtig, die anaerobe mikrobielle Bildung von Schwefelwasserstoff (H2S) bei der anschließenden Lagerung zu vermeiden. Schwefelwasserstoff ist nicht nur geruchsintensiv und kann dadurch belästigend wirken, sondern dieses Produkt ist auch sehr giftig und bei niedrigen Konzentrationen beim Einatmen sogar tödlich.  Daher müssen strenge Betriebsrichtlinien befolgt werden. Der Nachteil der Versauerung von Mist ist der Verlust der Pufferkapazität, die im Rohmist und im Gärrest in Form von freien Karbonaten vorhanden ist.  Durch die Versauerung wird die Kalkkapazität solcher Produkte verringert und die Karbonate werden in CO2 umgewandelt und in die Atmosphäre freigesetzt.[1]

Tierischer Dünger ist eine reichhaltige Quelle für Stickstoff, nämlich Ammonium (NH4+), das direkt für Pflanzen verfügbar ist. Ein Teil dieses Ammoniumstickstoffs kann jedoch während der Lagerung oder Ausbringung auf dem Feld durch Verflüchtigung von Ammoniak (NH3) verloren gehen. NH3-Emissionen sind ein schwerwiegendes Umweltproblem. 80% der gesamten NH3- Emissionen aus landwirtschaftlichen Aktivitäten stammen aus Ställen und Güllelagern und mehr als 50% des ausgebrachten N können durch NH3 verloren gehen.

Die Versauerung von Gülle ist eine einfache Lösung, um NH3-Emissionen zu vermeiden, aber eine solche Technik wird heute ausschließlich in Dänemark und in einigen Ländern Nord- und Osteuropas im landwirtschaftlichen Maßstab eingesetzt. Der Hauptgrund für diese geringe Umsetzung im landwirtschaftlichen Maßstab in anderen europäischen Ländern ist wahrscheinlich die Angst der Landwirte vor dem Umgang mit konzentrierten Säuren (hauptsächlich Schwefelsäure). Tatsächlich muss ein solcher Vorgang von geschultem Personal durchgeführt werden und bedeutet in den meisten Fällen, dass man sich auf Auftragnehmer verlassen muss. Die Versauerung von Gülle kann auch zu erheblichen CO2-Emissionen während des Prozesses sowie zu H2S-Emissionen während der Lagerung führen. Die Folgen einer langfristigen Ausbringung von versauertem Schlamm auf den Boden sind noch unklar, und die Senkung des pH-Wertes des Bodens und die Erhöhung des S-Gehalts im Boden werden oft als die Hauptgefahr der Ausbringung von versauertem (H2SO4) Schlamm auf den Boden dargestellt. Schließlich fehlen noch immer Instrumente für die schnelle und genaue Messung des pH-Wertes der Gülle, was die Aufsicht der Behörden in den Betrieben, die diese Technik anwenden, erschwert. Die Versäuerung von Gülle wird gefördert, um N-Verluste zu minimieren, aber sie könnte auch die Verfügbarkeit von P-Pflanzen erhöhen, da die Menge an löslichem P deutlich zunimmt, wenn die Gülle mit Schwefelsäure versäuert wird. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

Membranfiltration

Die Membranfiltration umfasst alle technischen Ansätze für den Transport von Stoffen zwischen zwei Fraktionen mit Hilfe von durchlässigen Membranen. Je nach den Betriebsbedingungen kann diese Technologie unterteilt werden in: Mikrofiltration, Ultrafiltration, Nanofiltration, Umkehrosmose, Vorwärtsosmose und Elektrodialyse.

Die Membran- (MF) und Ultrafiltrationstechniken (UF) bestehen in der physikalischen Trennung durch forcierten Stromeintrag (d.h. flüssige Fraktion von Dung oder Gärgut nach der Zentrifugierung des Dekanter-Gärgutes, durch die Membran mittels Druck. Membranen, die zur Verarbeitung von Gärgut verwendet werden, können im Folgenden nach der Porengröße klassifiziert werden: MF- (Poren > 0,1 μm, 0,1-3 bar), UF- (Poren > nm, 2-10 bar) und RO-Membranen (keine Poren, 10-100 bar). Die verwendeten Membranen können entweder organisch-polymer oder keramisch sein. Die ersten sind kostengünstiger, aber sie sind schwer zu reinigen und unterstützen keinen hohen Druck. Keramische Membranen, die vor allem für die Ultrafiltration verwendet werden, sind leichter zu reinigen (sie sind chemikalienbeständig) und ermöglichen aufgrund des verwendeten hohen Drucks eine höhere Leistung. Dennoch, je höher die Trennleistung, desto höher der Energieverbrauch, was die Haupteinschränkung für die Umsetzung einer solchen Technik sein könnte. [1]

Membran-Kaskaden, die in einer Ultrafiltration oder Umkehrosmose enden, ermöglichen es, Schwebeteilchen herauszufiltern und Mineralstoffe in Form von gelösten Salzen (meist N und/oder K) weiter zu konzentrieren. Die Umkehrosmose als letzter Schritt in der Membrankaskade führt ebenfalls zu ultrareinem Wasser, das wiederverwendet werden kann. Diese Art von Technologie ermöglicht die Herstellung von Mineralkonzentraten, obwohl die Konzentrationen nicht so hoch sind wie bei synthetischen Mineraldüngern. Außerdem sind bei der Verwendung von Membranen in der landwirtschaftlichen Umgebung betriebliche Probleme aufgetreten, die mit (Bio-) Verschmutzungen und Verstopfung der Membranporen zusammenhängen und zu Leistungsverlusten und (in solchen Fällen) zu überhöhten Betriebskosten führen. Neue Entwicklungen sind im Gange, um diese negativen Auswirkungen zu bekämpfen, dennoch hat sich die Einführung der Membrantechnologie in der Landwirtschaft als eine Herausforderung erwiesen. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

Strippen + Waschen

Das Strippen wird durchgeführt, indem Luft durch N-reiche Abfallströme geblasen wird, während die Temperatur oder der pH-Wert (z. B. mit CaO/Ca(OH)2) erhöht werden, wodurch der mineralische Stickstoff (NH3) gasförmig wird. Dies wird als Vorbehandlung angesehen, die vor dem Wasch-N-Rückgewinnungsprozess erforderlich ist, bei dem die mit NH3 gefüllte Luft mit angesäuertem (HNO3 oder H2SO4) Wasser (Waschen) gewaschen wird, um das Ammonium in flüssiger Form (Ammoniumsulfat aus H2SO4 oder Ammoniumnitrat aus HNO3) einzufangen.
Ammoniak kann durch Luft, Dampf oder Vakuum durch die Flüssigkeitsfraktion in einem Waschturm abgestrippt werden. Das Ammoniak-Strippen kann direkt aus der Gülle oder dem Gärrest oder sogar aus ihrer jeweiligen flüssigen Fraktion durch Erhitzen auf 80 ° C erhalten werden. Ein Anheben des pH-Wertes (mit NaOH) auf 10,5 und eine Temperatur von 70 ° C ermöglicht es jedoch, 85-90% Ammoniak zu entfernen.
Ammoniakreiches gestripptes Gas wird dann durch Waschen des Luftstroms mit einer stark sauren Lösung (H2SO4) gewonnen, was Ammoniumsulfat (N = 3–8 Gew .-%) erzeugt. Neben H2SO4 als Sorptionsmittel kann auch Salpetersäure (HNO3) angewendet werden, um Ammoniumnitrat zu erhalten. Eine andere Lösung ist das "Kalt-Ammoniak-Strippen", das auf der Basis der Mineralkonzentrierung betrieben wird. In diesem Fall kann das N-Strippen bei Umgebungstemperatur betrieben werden, indem der pH-Wert mit CaO (oder ähnlichem) eingestellt wird. Für Großanlagen werden Leistungen von 80-90% an gestrippten Ammoniak berichtet. [1]

Das chemische Gleichgewicht zwischen wasserlöslichem Ammonium (NH4+) und seinem flüchtigen Gegenstück Ammoniak (NH3) wird fast ausschließlich durch Temperatur und pH-Wert bestimmt. Konkret kann durch Erhöhen des pH-Werts und der Temperatur Ammonium in Form von gasförmigem Ammoniak ausgetrieben werden. Wenn die mit Ammoniak gesättigte Luft durch ein saures Waschsystem geleitet wird, wird der Stickstoff als lösliches Ammonium zurückgewonnen. Abhängig davon, welche Gegensäure in dem Wäscher verwendet wird (z. B. Schwefelsäure, Salpetersäure), kann ein Mineraldüngerprodukt aus reinem Ammoniumsulfat (NH4SO4) oder Ammoniumnitrat (NH4NO3) erhalten werden. Die resultierenden Produkte bestehen vollständig aus mineralischem Stickstoff und haben daher eine 100% ige Stickstoffnutzungseffizienz (NUE), ähnlich wie synthetische Düngemittel. Sowohl Stickstoff als auch Schwefel (S) sind essentielle pflanzliche Nährstoffe, so dass das Waschwasser in Form von NH4SO4 dem Landwirt auch eine gute Quelle für mineralischen S bietet. Dennoch kann das in der Waschflüssigkeit gefundene Verhältnis N/S vom tatsächlichen Bedarf für die Kultur abweichen und so zu einer S-Überdüngung führen. Diese Einschränkung tritt beim Arbeiten mit NH4NO3-Wäscherwässern nicht auf. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf

Physikalische Trennung

Physikalische Trennung von Gülle/Gärrest ohne Zusatz von Chemikalien oder Membranen (Ställe, Zentrifugen, Trocknung usw.).

Die mechanische Trennung von Gülle oder Gärrest führt zur Konzentration von Stickstoff (und Kalium) in der flüssigen Fraktion und zur Konzentration von Phosphor und organischem Material in der festen Fraktion. Diese Technik wird hauptsächlich als Vorbehandlung für Nährstoffrückgewinnungstechniken angewendet. Die Trennung kann jedoch bereits eine interessante Gülleaufbereitungstechnik sein. Die flüssige N-reiche Fraktion kann auf Ackerland/Grünland auf dem landwirtschaftlichen Betrieb verwendet werden, um den Einsatz von Mineraldünger zu reduzieren. Die feste Fraktion enthält eine hohe Phosphorkonzentration und wird hauptsächlich in Regionen mit niedrigem P-Gehalten in den Böden und/oder hohem Bedarf an  organischem Kohlenstoff eingesetzt. Durch Konzentration von P in der Feststofffraktion kann eine große Menge P in einem kleinen Volumen (15-20% Feststofffraktion) transportiert werden. Die Trennung von Gülle kann durch verschiedene Techniken wie Schneckenpresse, Zentrifuge oder Bandpresse erreicht werden. Das Hauptziel der Schweinezüchter bei der Trennung von Gülle besteht darin, P aus dem Betrieb zu entsorgen (Schweinegülle hat ein niedriges N: P-Verhältnis), während für Rinder/Milchbauern auch die Verwendung der flüssigen Fraktion auf Grünland/Ackerflächen (leicht auszubringen, hohes N: P-Verhältnis) eine Hauptmotivation ist. Eine Zentrifuge ist teurer (Investitions- und Betriebskosten) als eine Schneckenpresse, und als Einzelinvestition ist eine Zentrifuge in den meisten Fällen nicht realisierbar, während eine Schneckenpresse, die besser an moderate Schlamm- oder Güllemengen angepasst ist, günstiger ist. [1]

Dies besteht in der Trennung von Gülle oder Gärrest in eine feste Fraktion mit einem höheren Gehalt an organischer Substanz und P und eine flüssigen Fraktion mit einem höheren Gehalt an mineralischem N und K. Die flüssige Fraktion hat normalerweise ein höheres Verhältnis von mineralischem N am Gesamt-N, was eine höhere direkte Pflanzenverfügbarkeit impliziert im Vergleich zu unbehandeltem, nicht getrenntem Gärrest oder tierischen Aufschlämmungen. Da P andererseits weniger löslich ist, ist es überwiegend in der festen Fraktion zu finden. Dies führt zu unterschiedlichen N/P-Verhältnissen in den beiden Fraktionen im Vergleich zu dem nicht getrennten Gärrest oder der Schlamm. In Anbetracht des Pflanzenbedarfs und des Düngungsmanagements gelten die flüssigen Fraktionen, die ein hohen Gehalt an mineralischem N am Gesamt sowie ein weites N /P-Verhältnis aufweisen, als bessere Düngerprodukte als Gülle oder Gärrest in ihrer ursprünglichen, unverarbeiteten Form. Die Trennleistung und die anschließende Aufteilung von P und N hängen jedoch von der ankommenden Rohgülle oder dem Gärrest ab, die einer Variabilität unterliegen. Dies bedeutet, dass auch hier die Produkthomogenität zu einem zentralen Thema werden kann. [2]

[1] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/fg19_minipaper_1_state_of_the_art_en.pdf

[2] https://ec.europa.eu/eip/agriculture/sites/agri-eip/files/eip-agri_fg_nutrients_recycling_final_report_2017_en.pdf