Verfahren zur Aufbereitung von GülleKatharina Müller, Sebastian WulfKuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL)

Thementisch „Technologien zur Gülleaufbereitung und -verwertung in NRW zur Schließung von Nährstoffkreisläufen“, Münster, 31. Januar 2019

● Überblick zu möglichen Verfahren

● Massenanteile, Nährstoffverteilung und -gehalte der Produkte

● Wirtschaftlichkeit

● Beispielprojekte

● Fazit

2

Übersicht

Warum Gülle aufbereiten?

● Überschüsse in vielen Betrieben mit intensiver Tierhaltung

● Herstellung Transport- und lagerungsfähiger Dünger

● „Export“ von Nährstoffen

● Einsparung von Lagerungs- und Ausbringungskosten

● Minderung von Umweltbelastungen

3

Verfahrensprinzipien der Aufbereitung

Faulung

Flüssigphase

Feststoffabtrennung

Festphase

Gülle

Gärrest

4

Eliminierung von Nährstoffen

Verfahrensprinzipien der Aufbereitung

Gülle

Gärrest

5

Faulung

Flüssigphase

Feststoffabtrennung

TrocknungEindampfung

Strippung

Flockung

Fällung

Nitrifikation / Denitrifikation

Membranverfahren

Festphase

Kompostierung

Pelletierung

Verbrennung

Separierung/Trocknung

Feststoff-separation

Feststoffe (ca. 30% TM)

flüssige Phase

Gülle, Gärrest

6

Separierung/Trocknung

Feststoff-separation

Feststoffe (ca. 30% TM)

Abluft

Trocknung

Abluftwäscher

flüssige Phase

Gülle, Gärrest

getrocknete Feststoffe

(ca. 80% TM)

ASL

Wärme

7

Strippung

Feststoff-separation

Strippung

flüssige Phase

Gülle, Gärrest

ASLflüssige Phase

Flockungsmittel

Feststoffe (ca. 30% TM)

Trocknung getrocknete Feststoffe

(ca. 80% TM)

WärmeWärme

8

Abluft

Abluftwäscher ASL

Eindampftechnik

Feststoff-separation

Brüdenwäscher

Eindampf-anlage

flüssige Phase

Gülle, Gärrest

ASLKondensat

Wärme

Konzentrat

Flockungsmittel

Feststoffe (ca. 30% TM)

Trocknung getrocknete Feststoffe

(ca. 80% TM)

Wärme

9

Abluft

Abluftwäscher ASL

Membrantechnik

Feststoff-separation

Umkehrosmose

Ultrafiltration

flüssige Phase

Gülle, Gärrest

Flockungsmittel

Konzentrat

PermeatKonzentrat

Feststoffe (ca. 30% TM)

Abluft

Trocknung

Abluftwäscher

getrocknete Feststoffe

(ca. 80% TM)

ASL

Wärme

10

Massenverteilung

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Separation Bandtrockner Strippung Verdampfung Membran

Dampf/(Ab-)Wasser

ASL

Konz UO

flüssig

fest

Roth und Wulf 2017 11

Massenverteilung

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Separation Bandtrockner Strippung Verdampfung Membran

Dampf/(Ab-)Wasser

ASL

Konz UO

flüssig

fest

Roth und Wulf 2017 12

Massenverteilung

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Separation Bandtrockner Strippung Verdampfung Membran

Dampf/(Ab-)Wasser

ASL

Konz UO

flüssig

fest

Roth und Wulf 2017 13

Massenverteilung

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Separation Bandtrockner Strippung Verdampfung Membran

Dampf/(Ab-)Wasser

ASL

Konz UO

flüssig

fest

Roth und Wulf 2017 14

Nährstoffgehalte

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Kilo

gram

m je

Tonn

e

Norg

NH4-N

P2O5

Gärrest PSS Trocknung Strippung Verdampfung MembranRoth und Wulf 2017 15

Nährstoffgehalte

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Kilo

gram

m je

Tonn

e

Norg

NH4-N

P2O5

Gärrest PSS Trocknung Strippung Verdampfung MembranRoth und Wulf 2017 16

Nährstoffgehalte

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Kilo

gram

m je

Tonn

e

Norg

NH4-N

P2O5

Gärrest PSS Trocknung Strippung Verdampfung MembranRoth und Wulf 2017 17

Nährstoffgehalte

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Kilo

gram

m je

Tonn

e

Norg

NH4-N

P2O5

Gärrest PSS Trocknung Strippung Verdampfung MembranRoth und Wulf 2017 18

Nährstoffströme

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Tonn

en p

ro Ja

hr

Norg

NH4-N

P2O5

#REF!

Gärrest PSS Trocknung Strippung Verdampfung MembranRoth und Wulf 2017 19

20

Wirtschaftlichkeit

Entfrachtung: 100%Entfernung: 300 km

Roth und Wulf 2018

● Separierung ist ohne technische Risiken− keine Reduzierung der auszubringenden Mengen− Art des Verfahrens abhängig von weiteren Aufbereitungsschritten− für hohe Abscheideleistung (Aufbereitung Flüssigphase) häufig

Zugabe von Flockungsmitteln

● Stabilisieren der Feststoffe: Trocknung oder Kompostierung− in anderen Anwendungsbereichen etabliert − Verbrennung und Pelletierung: gewinnbringende Verwertungspfade

notwendig

Fazit

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● flüssige Phase: häufig Kombination von Verfahren um handelsfähige Dünger zu erhalten− größte Volumenreduktion bei Verdampfung und Membranverfahren − Strippung und Verdampfung benötigen Wärmequelle− Großteil der Nährstoffe verbleibt in flüssiger Phase− Vermarktung schwierig, am ehesten für ASL möglich− Verwertungs-/Entsorgungsmöglichkeiten: Verregnung,

Bewässerung, Direkteinleitung

● Wichtig für Verfahrensauswahl: systemische Herangehensweise, d. h. Gesamtkonzept betrachten− Spezifikationen der Anlage (Größe, Wärmeverfügbarkeit)− Besonderheiten des Umfelds (Vermarktungs-/Entsorgungswege,

erzielbare Erlöse)− Transport-, Verwertungskosten

Fazit

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Kumac / Weltec Biopower Kapazität: 25.000-200.000 t/a

Projekte zur Vollaufbereitung

Ansäuerung Siebbandpresse

Umkehrosmose

Flotation+Feinfilter

Wasser Feststoffe

flüssigePhase

Gülle

Schlamm

Ionenaus-tauscher

Konzentrat

Flerlage 2018 23

BioEcoSIM / Suez Kapazität: 100.000 t/a

Projekte zur Vollaufbereitung

Ansäuerung Mikrofiltration

Strippung

P-Fällung

ASL

Feststoffe

Biokohle

Trocknung

Pyrolyse

flüssigePhase

Gülle

Struvit (MAP) Wasser

Bilbao 2017 24

MemFis / BD Blue Systems Kapazität: 15.000-25.000 t/a(je Modul)

Projekte zur Vollaufbereitung

Schnecken-presse

Umkehrosmose

Ultrafiltration

Permeat Feststoffe

flüssigePhase

Gülle

Konzentrat UF

Konzentrat UO

Flockungsmittel

Rabener 2018 25

● NDM GmbH: in Bau, s. Beitrag D. Nienhaus

● Kaskum GmbH: 1 Mio. t Gülle/a, Friesoythe, geplante Fertigstellung 2020

● Weitere Konzepte: A3 Water Solutions, Vapora, Biogastechnik Süd, Bluetector, GNS, …

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Projekte zur Vollaufbereitung

● Verwertungskonzepte für alle Aufbereitungsprodukte notwendig− insbesondere für K-reiches Abwasser (für alle Verfahren nicht

abschließend gelöst)

● Unsicherheiten für Wirtschaftlichkeit− Erlöse für Aufbereitungsprodukte− Zusatzkosten für Verwertung/Entsorgung von Produkten

● Standortspezifische Umsetzbarkeit− Verwertungsmöglichkeiten ohne Aufbereitung− Vermarktungsstrukturen für Aufbereitungsprodukte− bei Aufbereitung der Flüssigphase: Verwertungsmöglichkeit für

„Abwasser“− evtl. Verfügbarkeit von Wärme

● Verschiedenste Konzepte möglich, bisher kein Standardschema

Fazit

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● Bilbao, Jennifer (2017): BioEcoSIM. Fraunhofer IGB. Online verfügbar unter https://cordis.europa.eu/docs/results/308/308637/final1-bioecosim-final-publishable-summary-report.pdf, letzter Zugriff am 29.01.2019.

● Flerlage, J. (2018): Vorstellung Kumac Gülle- und Gärrestaufbereitung. Wirtschaftsdünger 2.0, Veranstaltung des Kreisland-Volkverbands Vechta, 22.2.2018. http://www.klv-vechta.de/images/stories/18-02-22-M-AB-KLV-Vechta_Kumac_22.2.pdf, letzter Zugriff am 06.12.2018

● Rabener, M. (2018): Gülleaufbereitung mit dem Membran-Filtrationssystem MemFis. Wirtschaftsdünger 2.0, Veranstaltung des Kreisland-Volkverbands Vechta, 22.2.2018. http://www.klv-vechta.de/images/stories/MemFis-DE-kurz-180222.pdf, letzter Zugriff am 06.12.2018

● Roth, U.; Wulf, S. (2017): GÄRWERT - GÄRprodukte ökologisch optimiert und WERTorientiertaufbereiten und vermarkten. Teilvorhaben 4: Energie- und Treibhausgasbilanzen. Förderkennzeichen: 13EKF022, 22402213. Online verfügbar unter https://www.fnr.de/index.php?id=11150&fkz=22402213, letzter Zugriff am 29.01.2019.

Literatur

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Verfahren zur Aufbereitung von GülleKatharina Müller, Sebastian WulfKuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL)

Thementisch „Technologien zur Gülleaufbereitung und -verwertung in NRW zur Schließung von Nährstoffkreisläufen“, Münster, 31. Januar 2019

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Wirtschaftlichkeit

Entfrachtung: 50% PEntfernung: 300 km

Roth und Wulf 2018

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Wirtschaftlichkeit

Entfrachtung: 50% NEntfernung: 300 km

Roth und Wulf 2018

32

Kosten – Effekt der Wärmeverfügbarkeit

33

Kosten – Effekt der Wärmeverfügbarkeit

Kosten für Lagerung, Transport und Verwertung

des unaufbereitetenGärrests

16 €/m³ Gärrest