Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ammoniakrückgewinnung aus Gärprodukten von Biogasanlagen in Form von Ammoniakwasser mittels Kalkeinsatz

Die Biogasanlagen leisten einen wertvollen Beitrag zum erneuerbaren Energiemix in Deutschland. Gleichzeitig stehen sie aber auch vor dem Problem der Entsorgung des nährstoffreichen Gärrückstandes. Durch Verschärfungen der europäischen und nationalen Gesetzeslage ist eine landwirtschaftliche Ausbringung ohne vorherige Entfrachtung nur eingeschränkt möglich, was zu erhöhten Kosten für die Anlagenbetreiber führt. Besonders in viehveredelungsstarken Regionen ist die Problematik, durch den bereits bestehenden Nährstoffüberschuss, stark ausgeprägt. Limitierend wirkt vor allem der hohe Stickstoffgehalt in den Gärresten. Hier setzt das vorgestellte Projekt an. Mittels einer für den Kalkmilcheinsatz umgebauten Strippanlage werden Gärreste verschiedener Zusammensetzung entstickt, und somit ein gekalkter Gärrückstand gewonnen, der wieder als flüssiger Wirtschaftsdünger eingesetzt werden kann. Das gewonnene Ammoniak wird direkt zu marktfähigem Ammoniakwasser weiterverarbeitet, welches z.B. im Bereich der analytischen Chemie oder in der Rauchgasreinigung Anwendung findet. Dadurch profitieren KMU (v.a. Kalk- und Zementhersteller, Biogasanlagenbetreiber) branchenübergreifend von einer Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit, der Erschließung neuer Absatzmärkte, den Um-/Neubau von Strippanlagen, der Ausbringung entstickten Gärrestes und dem erweiterten Einsatzspektrum von Kalkmilch. Die abschließende Technologie und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wird sowohl einen Scale-up thematisieren als auch die Verwendung des Ammoniakwassers in verschiedenen Industrien beleuchten.

Durch die vollständige Verwertung des Gärrückstandes leistet das Projekt einen wertvollen Beitrag zur Kreislaufwirtschaft. Gleichzeitig ist die Gewinnung von Ammoniak energieschonender und klimaneutraler als die herkömmliche Erzeugung mittels des Haber-Bosch-Verfahrens. Die dezentrale Gewinnung des Ammoniaks trägt zusätzlich zur Reduzierung der durch Transport verursachten Treibhausgase bei.

Ergebniszusammenfassung:

Ergebnisse:

• In der Feinseparation hat eine Aufkonzentrierung des Phosphor-Anteils von 1,6 % im Gärprodukt auf über 4 % in der festen Phase des Gärprodukts stattgefunden.

• In der flüssigen Phase des Gärprodukts wurde durch die Strippung der Anteil CaO von 1 kg/m³ auf über 11 kg/m³ angehoben -> großer Vorteil für die spätere Nutzung als Dünger -> Bodenverbesserung durch Kalk + Düngewirksamkeit

• Es konnte in der flüssigen Phase des Gärprodukts unter Zugabe von Kalkmilch (25 %) eine Ammoniumstickstoffreduktion um bis zu 96 % erreicht werden -> Die maximal mögliche Ausbringmenge des Gärprodukts auf landwirtschaftliche Flächen erhöht sich somit um ~60%

• Es wurde Ammoniumsulfatlösung mit einer Konzentration von 5,74 % NH4-N und 6,34 % S hergestellt.

• Im technischen Maßstab konnte in der Luftstrippung ein Ammoniakwasser mit einer Konzentration von 0,5 % erreicht werden -> durch die Rektifikation fand eine Aufkonzentration um den Faktor 10 auf ca. 5 % statt

Anwendungsmöglichkeiten:

Neben aktuellen Anwendungsmöglichkeiten von Ammoniak in der Landwirtschaft (Grundstoff für die Herstellung von Düngemitteln), Papierindustrie, chemischen-/pharmazeutischen Industrie oder in der Rauchgasreinigung wird Ammoniak ebenfalls als möglicher Kraftstoff oder als Carrier für Wasserstoff betrachtet, da es eine hohe Energiedichte aufweist und bereits Verteilungsinfrastrukturen entwickelt wurden. Gleichzeitig ist Ammoniak speicherbar und lässt sich in Brennstoffzellen, Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen anwenden.

KMU Relevanz:

Branchenübergreifend ergeben sich Chancen und Aussichten für kleine und mittelständische Unternehmen. Dabei werden unter Anderem neue Absatzmärkte für Kalkprodukte, Ammoniakwasser aber auch für Koppelprodukte der Landwirtschaft erschlossen (u.a. Düngeproduke), sowie die Ressourcen (Stickstoffrückgewinnung+Nitratbelastung)- und Energieeffizienz gefördert. Gleichzeitig profitieren KMU Anlagenbauer und Servicedienstleister.