Nährstoffrecycling am Beispiel Phosphor

Transkript

1 Nährstoffrecycling am Beispiel Phosphor Dr. Jennifer Bilbao

2 Nährstoffmanagement Unsere Zielsetzung Entwicklung von Strategien und Technologien zur Rückgewinnung von mineralischen Nährstoffen und organischer Matrix aus Abwasser und organischen Reststoffen, um die Stoffkreisläufe in der Landwirtschaft zu schließen 2

3 Düngemittelverbrauch weltweiter Bedarf wächst Probleme bei der Produktion von Dünger: Keine P-Reserven in Europa P synth. nicht herstellbar N: Haber-Bosch- Verfahren energieintensiv N 2 -> NH 4 + => Recycling wichtig! Mio. Tonnen Düngemittelverbrauch, Quelle: IFA 3

4 Potenzielle Rückgewinnungsquellen und unsere Technologien Schlamm aus der Kläranlage Gülle Gärrest aus Biogasanlagen Organischer Abfall auf der Lebensmitteltechnologie ephos Gobi 4

5 Stand der Technik in der Landwirtschaft Gülle und Gärrest sind sehr gute organische Dünger (N, P, K) Parameter Bereich Rohgülle, Gärrest Trockensubstanz (TS) % 3-12 Gesamt N (N total ) 5-15 N-NH Gesamt P % DM Gelöst P (PO 4 -P) Kalium (K) Nachteile: Nährstoffverhältnis (N:P:K) nicht im gleichen Verhätnis wie der Pflanzenbedarf Mehr als 90% Wasseranteil Source: BioEcoSIM-Project

6 Grenzen der Gülleapplikation Boden: überschüssige Nährstoffe und Metalle im Boden Wasser: Eutrophierung, Nitrat im Grundwasser, Krankheitserreger Luft: Emissionen, Treibhausgase, Gerüche 6 Source: Burton, C.H. and C. Turner Manure management :Treatment strategies for sustainable agriculture (modified)

7 Verteilungsproblem Livestock density, Source: Eurostat Gülleproduktion pro Jahr 134 Millionen Viehbestand Rind 47% Schweine 27% Geflügel 15% Höchste Viehbestände: Niederlande, Flandern und Nordwestdeutschland ~ 1800 Millionen Tonnen Gülle P 2 O 5 Rückgewinnungspotenzial: 18 Millionen Tonnen P 2 O 5 Verbrauch in Europa: 3,1 Millionen Tonnen 7

8 Stand der Technik Gülle/ Gärrest Mikrofiltration Ultrafiltration Umkehr- Osmose Feste Fraktion Trocknung Flüssige Fraktion Bodenverbesserer Konzentrat Konzentrat Konzentrat Wasser 8

9 Herausforderung von Stand der Technik Schwerpunkt: minimalisierte Gärrest- und Güllebehandlung, kein Fokus auf Gewinnung von Produkten Fest-Flüssig-Trennung mit Hilfe von Additiven und/oder Flockungsmitteln Organischer Substanz im Feststoff wird normalerweise zu anderen Regionen transportiert. Boden wird immer Kohlenstoffarm. Konzentrate sind nicht lagerfähig und können nur bedingt transportiert werden. Zusammensetzung der Konzentrate ist nicht definiert. Verfahren sind kosten- und energieintensiv 9

10 Gülle- und Gärrestverwertung Ziele und Aufgabenstellungen Entwicklung einer Technologie für die Herstellung von Design- Düngern aus Gärrest und Gülle Robuste und modulare Technologie für die Landwirtschaft Produkte -> Leicht zu handhaben, gut lagerfähig, mit der gängigen landwirtschaftlichen Technik ausbringbar und als Produkt an den Endkunden vermarktbar 10 Organische Bodenverbesserer P-Salze Ammoniumsulfat Bilder. Fraunhofer IGB.

11 Innovation Gülle/ Gärrest Säure Lauge Säure Konditionieren Feste Fraktion Flüssige Fraktion Trocknung mit überhitzem Dampf Mikrofiltration NH 3 Phosphor- Rückgewinnung N-Rückgewinnung Bodenverbesserer N-Dünger Bewässerungswasser P-Dünger 11

12 Innovation Organischer Bodenverbesserer P-Dünger Gülle Partikelfreie Lösung Dünger-Produkte Leicht zu handhaben, gut lagerfähig Können compoundiert werden, um Design-Dünger herzustellen Mit der gängigen landwirtschaftlichen Technik ausbringbar Dünger an die Endkunden vermarktbar N-Dünger 12 Bilder: Fraunhofer IGB

13 Pilotanlage in Kupferzell Kontinuerliche Pilotanlage für kg/h Gülle/Gärrest 13

14 Zusammenfassung Modulare Technologie: je nach Rahmenbedingungen können konfiguriert und auch in bestehende Anlagen integriert werden. Robuste Technologiekomponenten für die Landwirtschaft. Technologie ist kosteneffizient. N-Emissionen bei der Lagerung werden vermieden. Prozess ist patentiert. Produkte sind hochwertige Dünger. 14

15 Ausblick Prototyp mit 1 m 3 /h wird derzeit ausgelegt Module: Fest-Flüssigtrennung und P-Rückgewinnung) 15 8

16 Danksagung Das diesem Bericht zugrundeliegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 03EK3525 und 02WQ1360 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor. Project BioEcoSIM received funding from the European Union's Seventh Framework Programme (FP7/ ) under grant agreement n Kontakt Dr. Jennifer Bilbao Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB Abteilung Physikalische Prozesstechnik Gruppenleiterin Nährstoffmanagement Nobelstraße 12, Stuttgart, Germany Telefon Fax jennifer.bilbao@igb.fraunhofer.de 16 Project Fertinnowa received funding from the European Union's Horizon 2020 Research and Innovation Programm under grant agreement n o