Optimierte Nutzung von Nährstoffen aus Biogasanlagen durch Ammoniakstrippung und Gärrestaufbereitung

Einleitung 

Ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt des Geflügelhofs Möllenbeck GmbH & Co. KG mit wissenschaftlicher Begleitung durch die Fachhochschule Münster, gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV).

Projektbeschreibung 

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Insbesondere bei Biogasanlagen, die auch mit Geflügelkot betrieben werden, treten häufig hohe Konzentration an Ammoniak (NH₃) auf. Diese hohen Ammoniakgehalte wirken sich in verschiedener Weise negativ auf den Betrieb einer Biogasanlage aus.

Ammoniak stellt eine intensive Geruchsemission dar. Die erlaubten Emissionsgrenzen werden durch die Technische Anleitung Luft (TA Luft) definiert. Demnach dürfen NH₃-Konzentrati­onen von 30 mg/m³ im Abgas nicht überschritten werden. Darüber hinaus müssen bei der Lagerung von ammoniakhaltigen Reststoffen Mindestabstände eingehalten werden. Der Grenzwert der TA-Luft kann aus technischer Sicht oftmals nicht eingehalten werden, da Geflügelkot mit 0,3 - 1,1 % bereits eine vergleichsweise hohe Ammoniak­belastung besitzt.

Vor dem Hintergrund der steigenden Anzahl an Biogasanlagen in Deutschland insbesondere in Nordrhein-Westfalen, führt der Gärrestanfall besonders in den starken Viehveredelungs­regionen zu einem hohen Angebot an Nährstoffen. In reinen Ackerbauregionen hingegen fehlt dieser Wirtschaftsdünger und muss durch Mineraldünger ersetzt werden. Durch eine Strippung des Gärrestes mit nachgeschalteter Trocknung wird durch das geplante Vorhaben ein transportwürdiger Dünger erzeugt, der anschließend als Substitut für Mineraldünger z.B. in Ackerbauregionen oder Gärtnereien eingesetzt werden kann.

Verfahrensbeschreibung

Der Geflügelhof L. Möllenbeck betreibt eine Biogasanlage mit einer installierten elektrischen Leis­tung von 229 kWel. Die bestehende Anlage wird nun durch eine Gärrestaufbe­reitung, welche im Wesentlichen aus einer Ammoniakstrippung und einer Bandtrocknung besteht, erweitert. Diese neuartige Verfahrenskombination bietet besonders Vorteile hinsicht­lich der Umweltverträglichkeit durch die deutliche Reduzierung der Ammoniakemissionen und die Erhöhung der Transportfähigkeit des Gärprodukts durch eine anschließende Trock­nung.

Bei der Ammoniakstrippung wird durch ein Kreislaufgas das NH₃ aus dem Gärrest getrieben. Dieses mit Ammoniak beladene Gas durchströmt einen Vorlagebehälter mit wässriger Lösung, somit entsteht ein etwa 5 %iges Ammoniakwasser.

Der nun aufbereite Gärrest wird aus dem Strippbehälter abgezogen und einem Bandtrockner zugeführt. Der Gärrest wird auf ein gelochtes Band in einem Tunnelsystem bestehend aus 10 Etagen mit 16 Sektionen aufgebracht. Die zur Trocknung zugeführte Luft, wird durch die BHKW-Abluft über einen Wärmetauscher aufgeheizt und durchströmt die einzelnen Etagen.  

Erste Vorversuche ergaben ein viel versprechendes Ergebnis. So konnte der Ammoniakgehalt im Gärrest um etwa 80 - 90% gesenkt und das freiwerdende Ammoniak in einem weiteren Schritt in eine 5%ige Ammoniaklösung überführt werden. Diese Ergebnisse sollen nun durch das Forschungs- und Entwicklungsvorhaben wissenschaftlich untermauert und technisch optimiert werden.

Die Vorteile dieser Verfahrensweise sind:

• Reduzierung der Geruchsemissionen und Einhaltung der TA-Luft
• Entstehung eines wirtschaftlich transportfähigen Düngers
• Erhöhung des Wärmenutzungsgrads des vorhandenen BHKW's

Wissenschaftliche Begleitung

Durch die wissenschaftliche Begleitung der FH Münster sollen folgende Fragestellungen beantwortet werden:

• Wo liegen die Grenzen des Verfahrens?
• Welche Störanfälligkeit weist das Verfahren auf?
• Welche Optimierungspotentiale bestehen und wie können diese technisch und wirtschaftlich umgesetzt werden?
• Wie verhält sich die Anlage bei verschiedenen Ausgangssituationen, beispielsweise bei verschiedenen Ammoniakgehalten?
• Welche Emissionen werden von der Anlage ausgestoßen?
• Wie stark ist die Reduzierung der Geruchsemissionen?
• Welcher Wärmenutzungsgrad bezogen auf das BHKW wird durch das Verfahren erreicht?
• Kann diese Technik auf andere landwirtschaftliche Betriebe übertragen werden?
• Welche Voraussetzungen müssen für die Übertragbarkeit der Technik vorhanden sein bzw. geschaffen werden und welche Investitionen sind erforderlich? 

Die FH hat zu diesem Zweck einen mobilen Laborcontainer eingerichtet. Dadurch sind die Mitarbeiter der FH Münster in der Lage am Standort Füchtorf direkt Versuchsreihen durchzuführen, auszuwerten und als Ansprechpartner zur Verfügung zu stehen.