Entwicklung neuer, effizienter Trocknersysteme zur energieoptimalen Trocknung von Biomasse-Gärresten mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation

Laufzeit	01.09.2011 - 31.08.2014
Projektträger	AiF Forschung Technik Kommunikation GmbH
Projektpartner	RIELA Karl-Heinz Knoop e. K.
	Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen
	FH Münster - Fachbereich Maschinenbau - Prof. Jantzen
Gefördert durch	Bundesministerium für Bildung und Forschung

Die Förderung erneuerbarer Energien in Deutschland hat dazu geführt, dass eine Vielzahl von Biogasanlagen entstanden sind, die ihre Einnahmen im Wesentlichen aus der Stromproduktion generieren. Bei dem dafür verwendeten Kraft-Wärme-Kopplungsprozess wird neben dem erzeugten Strom in etwa gleicher Höhe Wärme frei, die noch in vielen Fällen nicht vollständig sinnvoll verwendet wird. Vor diesem Hintergrund entstand in den letzten Jahren die Idee, die kostengünstig zur Verfügung stehende Prozesswärme zur Trocknung anfallender Produkte zu nutzen (z.B. zur Düngemittelproduktion) und so die Nutzungsgrade der Trocknungsanlagen deutlich anzuheben.

Im Bereich "Lebensmittel und Landwirtschaft" wird für Trocknungsprozesse mit Abstand die meiste Energie verbraucht. Jedoch weisen gleichzeitig die Trockner für Lebensmittel und agrartechnische Produkte im Vergleich zu Trocknern in anderen Industriebereichen eine eher niedrige Trocknungseffizienz auf. Hinzu kommt ein nicht optimierter Einsatz der vorhandenen Energie, so dass sich im Trockengut Feuchtenester bilden oder es in ihm zu Überhitzungen kommt, wodurch die Anlagen ineffizient arbeiten.

Aufgrund der Tatsache, dass in den starken Viehveredelungsregionen Deutschlands ein Nährstoffüberangebot vorliegt, ist es sinnvoll Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Kalium und Magnesium in Regionen mit Nährstoffmangel zu transportieren. Um dies zu ermöglichen muss der Feuchtegehalt beispielsweise von Gärresten aus Biogasanlagen möglichst gering sein.

In diesem Projekt soll ein maßgeschneidertes, energieoptimiertes Trocknungs- und Aufbereitungs-konzept für Gärreste aus Biogasanlagen entwickelt und anlagentechnisch umgesetzt werden, das als Vorstufe zum Nährstoffrecycling bzw. Düngemittelproduktion dienen soll. Dazu werden folgende Aspekte untersucht:

Analyse des Trocknungsverhaltens der Gärreste

Erarbeitung eines vereinfachten theoretischen Materialmodells

Einbettung in ein Anlagen-Simulationsmodell

Untersuchung der anlagentechnischen Fragen an diesem Modell und Absicherung der Ergebnisse an einer Versuchsanlage

Analyse bestehender Trocknersysteme

Energetische, strömungs- und verfahrenstechnische Optimierung des geeignetsten Verfahrens

Erhebung von Marktpotenzialen und -strukturen

Es soll ein energieeffizientes Trocknersystem entwickelt werden, das auch bei unterschiedlichen Ausgangsgehalten des Trockengutes ein transportwürdiges und vermarktungsfähiges Düngemittel als Produkt entsteht. Der Fokus liegt dabei u.a. auf folgenden Schwerpunkten:

Steigerung der Energieeffizienz und flexible Wahl der Energiequelle

Erreichung gleichmäßiger, sehr eng tolerierter TS-Gehalte

In den Trocknungsprozess integrierte Granulierung als Alternative zur Pelletierung

Verbesserte Auslastung des Trockners

Durch das flexible energetische Konzept soll ein sehr breiter Anwenderkreis erschlossen werden. Bei einem Erfolg des Projektes könnten beispielsweise "Trockner-Cluster" entwickelt werden, die in Einheiten von beispielsweise fünf Biogasanlagen mit einem entsprechenden Trockner-Pelletiersystem ausgestattet werden und gemeinsam ein regionales Düngemittel produzieren, das in Ackerbauregionen vermarktet werden kann.

Damit wird in diesen Regionen Mineraldünger substituiert und zusätzlich einen Beitrag zur Ressourcenschonung geleistet. Dieses Konzept würde insbesondere in viehveredelungsstarken Regionen die intensiv diskutierte Problematik der Flächenkonkurrenz entschärfen und eine nützliche Kooperation ermöglichen.