DE19900071A1 - Verfahren zum Herstellen eines Düngemittels aus den Endprodukten biochemischer Gärungsprozesse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Düngemittels aus den Endprodukten biochemischer Ausfaulungsprozesse.

Es sind Verfahren bekannt, aus organischem Material durch Ausfaulungsprozesse Gas herzustellen, das als Biogas bezeichnet wird. Biogas ist ein wasserdampfgesättigtes, brennbares Mischgas, das durch eine Methangärung entsteht. Als Endprodukt resultiert bei diesem Ausfaulungsprozeß eine mehr oder weniger viskose Flüssigkeit, die als Dünger, als Flüssigdünger anzusprechen ist.

Der Ausfaulungsprozeß wird auch als anaerobe Vergärung bezeichnet. Vorrangig ist bei der anaeroben Vergärung nicht die Veränderung der Gülleeigenschaften, sondern die Gewinnung des Biogases, also der Energie. Durch diesen Prozeß werden unter Sauerstoffabschluß besonders die leicht abbaubaren organischen Substanzen in Biogas umgesetzt. Unter diesem Gesichtspunkt sind die anderen Veränderungen der Gülle nur als Nebeneffekte zu werten, die aber für die Verwertung am Ende des Verfahrens zur Erzeugung von Biogas von Bedeutung sind. Schließlich werden im Prozeß des anaeroben Vergärens nur etwa 3% der eingesetzten organischer Substanz - gleich welcher Art - in Gas umgewandelt. Der verbleibende Rest an Gülle von 97% hat im Vergleich zur "Input-Gülle" (Rohgülle) veränderte Eigenschaften.

Veränderte Eigenschaften sind:

Verringerung der Geruchsintensität,
Verringerung der Trockenmasse,
Hygienisierung durch thermische Behandlung,
Veränderung der Düngewirkung.

Chemische Verbindungen in der Gülle wie Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Schwefel­ wasserstoff und Ammoniak sind die Verursacher des üblen Geruchs der Gülle: die eine Substanz mehr, die andere weniger. Durch die anaerobe Vergärung gehen die Anteile dieser Verbindungen stark zurück; gesamt gesehen um etwa 40-50%. Eine Ausnahme bildet Ammoniak: hier steigt der Gehalt, weil durch den Abbau von Eiweißstoffen Ammoniak freigesetzt wird. Allerdings beeinflußt Ammoniak die Geruchsbildung nur zu einem geringen Teil.

Der prozentuale Abbau der organischen Substanz liegt bei etwa 40%. Die organische Substanz ist zu etwa 70% an der Gesamttrockenmasse beteiligt, so daß eine Reduzierung der Trockenmasse von etwa 30-35% errechnet werden kann.

Die Hygienisierung der Gülle tritt bei normaler Lagerung unter den Bedingungen der Außentemperaturen über einen längeren Zeitraum ein. Der Vorgang wird bei der anaeroben Vergärung beschleunigt, weil dort mit höheren Temperaturen gearbeitet wird. Man unterscheidet:

Psychochrophiler Bereich: 0-20°C
Mesophiler Bereich: 20-40°C
Thermophiler Bereich: 40-60°C.

Es wird vorwiegend bei der anaeroben Vergärung im mesophilen Bereich gearbeitet, weil bei höheren Temperaturen die Gasqualität schlechter wird wegen des geringeren Gehaltes an Methan. Bei diesen Temperaturen zwischen 20-40°C kann nicht mit einer vollständigen Hygienisierung gerechnet werden.

Als letzte der veränderten Eigenschaften ist die Veränderung der Düngewirkung zu betrachten. Durch Versuche wurde bewiesen, daß die anaerob vergorene Gülle schneller wirkt als die unvergorene Gülle, aber nicht so anhallend. Es darf demnach keine gleichmäßig fließende Stickstoffquelle während der Wachstumsperiode der Feld- und Gartenfrüchte zu erwarten sein. Das ist durch die Tatsache zu erklären, daß die anaerob vergorene Gülle einen höheren Gehalt an leichtflüchtigem Ammonium- und einen kleineren an organisch gebundenen Stickstoffanteil hat, der allmählich abgegeben wird. Das ist ein Mangel.

Durch anaerobe Vergärung wird also bewirkt: eine Verminderung des üblen Geruches, eine Beschleunigung der Hygienisierung, eine Verminderung der Trockensubstanzmasse und letztlich eine Veränderung der Düngewirkung durch eine Erhöhung der Sofortwirkung des enthaltenen Stickstoffes.

Insgesamt betrachtet tritt durch die anaerobe Vergärung eine leichte Verbesserung der Gülleeigenschaften ein. Aber sie reicht nicht aus, um die Wirtschaftlichkeit der Biogas­ gewinnung entscheidend zu verbessern.

Zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit eines Verfahrens müssen die Kosten und die Erlöse gegenübergestellt werden. Zu den Kosten werden die Investitions- und die Betriebskosten gezählt. Handelt es sich um solche Biogasanlagen, die nur Gülle als Rohstoff verarbeiten, dann sind die Rohstoffkosten mit null anzusetzen. Werden zusätzlich 5-10% organische Rohstoffe eingesetzt (Kofermentation) wie z. B. Bioabfall, Mähgut der Kommunen und Schlacht­ hofabfälle, dann sind Entsorgungserlöse in unterschiedlicher Größe in die Wirtschaftlichkeit einzubringen. Weitere Erlöse werden durch die Verwertung des Biogases erwirtschaftet: Wärme für den Eigenbedarf und für die Abgabe und vor allen Dingen Strom für den Eigenbedarf und für die Abgabe ans Netz. Die erwähnten Verbesserungen der Gülle und damit der Ökologie sind ökonomisch nicht zu bewerten.

Es ist bekannt, daß eine Rentabilität bei alleiniger anaerober Vergärung von Gülle nur dann zu erreichen sein könnte, wenn der Staat die Investitionen mit 30% fördert. Bei einer Kofermentation, also bei einer Biogasanlage, die Gülle und organische Reststoffe gemeinsam verarbeitet, kann unter bestimmten Voraussetzungen eine Rentabilität erreicht werden. Als Voraussetzungen sind günstige Fälle anzunehmen: 30% geeignete organische Reststoffe mit einem Entsorgungserlös von 50-100 DM/t.

Welche Betrachtungsweise man auch anlegt: 97% Gülle werden nach wie vor als Flüssig­ dünger auszubringen sein. Der üble Geruch der Gülle ist zwar weitgehend reduziert, aber die anderen Probleme der Gülle bleiben: Die Nitratauswaschung nach der Düngung mit Gülle und der anthropogene Eintrag von Stickstoff in die Umweltmedien Boden, Wasser und Luft. Durch das Eingreifen des Menschen - in bedeutendem Umfang in der Landwirtschaft - wird das Gleichgewicht des Ökosystems gestört. Bekanntlich gibt es die folgenden schädlichen Stickstoff-Wirkungen:

Beeinträchtigung der Trink- und Grundwasserqualität,
Langfristige Klimaveränderungen,
Destabilisierung von terrestischen und aquatischen Ökosystemen durch Eutrophierung (Hyper­ trophierung) und Versauerung,
Ökotoxikologische Schädigungen von Gewässerbiozönosen (Lebensgemeinschaften von Pflanzen und Tieren),
Beschleunigung der Korrosion von Materialien.

Die vorhegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, die bei einer Biogasanlage mit dem mengenmäßig größeren Input an Gülle die anaerob entgaste Gülle ökologisch und ökonomisch zu verarbeiten und zu verwerten und die genannten Mangel zu beseitigen. Das nachfolgend beschriebene Verfahren und das daraus entstehende Produkt sind nicht nur auf Gülle und organische Reststoffe beschrankt, sondern erstrecken sich auf jede Art von organischen Ausgangsstoffen, aus denen nach bekannten und praktizierten Verfahren Biogas gewonnen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt beschrieben:
Die ausgefaulte Gülle, oder allgemein: die ausgefaulten organischen Stoffe, werden mit relativ trockenen organischen Stoffen gemischt und/oder agglomeriert und anschließend kompostiert. Relativ trockene organische Stoffe sind beispielsweise Ernterückstände wie das Stroh verschiedener Fruchtarten und Schilf. Der Feuchtigkeitsgehalt soll 12 Gew.-% nicht übersteigen. Ein aussagekräftiges Kriterium für den zulässigen Feuchtigkeitsgehalt eines trockenen organischen Stoffes ist seine Mahlbarkeit.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der trockene organische Stoff zunächst zerkleinert - je feiner, umso besser - und mit der ausgefaulten Flüssigkeit aus der Biogasanlage gemischt. Von Vorteil für die nachfolgende Kompostierung ist es, die Mischung aus dem ausgefaulten organischen Stoff und dem gemahlenen trockenem organischen Stoff zu agglomerieren. Zum Agglomerieren können verschiedene bekannte Verfahren benutzt werden. Besonders bewährt hat sich das Granulieren in einer Granuliertrommel mit einem vom Eintrag bis zum Austrag ansteigenden Winkel, weil hier ein Zusatz von etwa 15-25 Gew.-% Trockenstoffe genügen. Die Mischung wird erfindungsgemäß so eingestellt, daß das C/N-Ver­ hältnis etwa zwischen 30-40 liegt. Diese Mischung aus der ausgefaulten Flüssigkeit und dem Trockenstoff wird in der Granuliertrommel zu kugelförmigen Granulaten aufgerollt. Der Durchmesser der kugelförmigen Granulate liegt zwischen 10-50 mm. Diese Granulate werden zu Mieten zum Kompostieren aufgeschichtet. Sie haben aufgrund ihrer kugelförmigen Struktur eine gute Luftdurchlässigkeit. Sie ist von Vorteil, weil die Kompostierung - wie bekannt - aerobe Verhältnisse benötigt.

Es gehört zum Stand der Technik, das nach der Vergärung bei der Erzeugung von Biogas zurückbleibende flüssige Endprodukt zu separieren und den anfallenden Feststoff zu kompostieren. Durch das Separieren gewinnt man zwar den im flüssigen Endprodukt enthaltenen Feststoff, aber der überwiegende Teil des flüssigen Endproduktes ist nach wie vor vorhanden. Hiergegen ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch abgegrenzt, daß keine Separierung stattfindet, sondern das flüssige Endprodukt mit soviel Trockenstoff versehen wird, daß es zu Kompostmieten aufgeschichtet werden kann. Es ist allerdings technisch möglich, die durch Separierung zurückbleibende Flüssigkeit erfindungsgemäß zu verarbeiten und zu verwerten.

Im Vergleich zum Stand der Technik wird also dieser Erfindung nach die gesamte ausgefaulte flüssige Menge des organischen Stoffes kompostiert. Da bei der Kompostierung in der aufgeschichteten Miete Temperaturen zwischen 60-70°C erreicht weiden, findet eine Hygienisierung des gesamten Endproduktes statt. Dadurch wird der Mangel an Hygienisierung des aus der Biogaserzeugung anfallenden Endproduktes vermieden. Denn Temperaturen zwischen 60-70° garantieren eine nahezu vollständige Abtötung von Keimen und Unkrautsamen. Die Kompostierperiode beträgt zur Erzielung eines Reifekompostes etwa 2-3 Monate.

Die Erfindung besteht aus mehreren Teilschritten (Mehrstufenverfahren), die zwar einzeln ausgeführt einen technischen Fortschritt bedeuten, aber insgesamt ausgeführt zu einem Produkt führen, das kein Entsorgungsprodukt darstellt, sondern ein Produkt ist, das als ein völlig neues Düngemittel eingestuft werden muß.

Nach der Kompostierung, also als zweiten Schritt der Erfindung, wird der Kompost agglomeriert. Bekanntlich kennt man zwei Hauptgebiete der Agglomerationstechnik: die Rollagglomeration - auch Granulierung genannt - und die Pressagglomeration - auch als Pelletierung bezeichnet. Zur Pelletierung eignen sich Maschinen wie beispielsweise Ringmatrizenpressen, Flachmatrizenpressen und Schneckenpressen. Die Pellets sind zylindrisch und haben im allgemeinen Durchmesser zwischen 4-8 mm und die etwa zweieinhalbfache Länge. Vor der Pelletierung werden dem Kompost geringe Mengen an organischen Düngern beigegeben, wie Guano, Hornmehl und Blutmehl und/oder mineralische Dünger wie Kalkammonsalpeter, Ammoniumsulfat, Superphosphat, Hyperphos, Kalisalz und andere handelsübliche Mineraldünger. Die zugegebene Menge bewegt sich im Mittel zwischen 15-25%. Sie hängt davon ab, weiche Fruchtart mit den Pellets gedüngt werden soll.

Mit dieser Maßnahme wird nicht nur die Veränderung der Düngerwirkung der anaerob vergorenen Gülle und/oder anderer organischer Reststoffe ausgeglichen, sondern zugleich eine überraschende Wirkung des auf die landwirtschaftlichen Flächen ausgebrachten Düngers erzeugt. Die Wirkung ist mehrfach. Sie besteht zunächst darin, daß eine gleichmäßig fließende Stickstoffquelle entstanden ist. Die der anaerob vergorenen Gülle anhaftende Eigenschaft, daß durch den Abbau organischer Substanz während der Vergärung die Bindungsverhältnisse verändert wurden, führt zu einer schnelleren Freisetzung der Nährstoffe, insbesondere des Stickstoffes. Das kann als Mangel angesehen werden, weil der Pflanze während der Wachstumsperiode nicht gleichmäßig und in ausreichender Menge Nährstoffe, insbesondere Stickstoff, zugeführt werden.

Der durchschnittliche Bedarf der landwirtschaftlich an gebauten Fruchtarten an Stickstoff liegt bei etwa 112 kg Reinstickstoff pro Hektar. Anaerob vergorene Rindergülle beispielsweise enthält in einem Kubikmeter etwa 4 kg Stickstoff Theoretisch: Zur Deckung des Stickstoffbedarfs von einem Hektar Frucht müßten 28 m³ anaerob vergorene Gülle ausgebracht werden, wobei Abzüge für die atmosphärische Stickstoff-Deposition und die biologische Stickstoff-Fixierung unberücksichtigt blieben; ebenso Zuschläge für die Verluste durch Nitratauswaschung, die bei einmaliger Ausbringung bis zu 50% betragen können.

Nach der Erfindung handelnd sind nur 1000 kg Pellets pro Hektar mit einem Stickstoffgehalt von ca. 30-50 kg als Ausbringmenge nötig. Dieser - empirisch ermittelte - überraschende Effekt beruht auf der Kombination von Kompost und organischen und/oder mineralischen Dünger in der zuvor beschriebenen Pelletform. Die Vorteile dieses Effektes der vorliegenden Erfindung sind sowohl ökologisch als auch ökonomisch.

Ökologisch deshalb, weil die im Folgenden aufgeführten Nachteile der Ausbringung der anaerob vergorenen Gülle aufgehoben werden: keine vollständige Hygienisierung, keine nachhaltige Düngewirkung, kein Verhinderung der Nitratauswaschung und keine dringend notwendige Verminderung der Stickstoff-Einträge in die Umweltmedien. So kann als gesichert angesehen werden, daß die erhöhten Nitratgehalte in der Hauptsache aus landwirtschaftlich genutzten Böden stammen. Man spricht von "unangepaßten Aufwendungen an mineralischen und organischen Stickstoffdüngern". Erfindungsgemäß wird der Stickstoffeintrag dem Bedarf der Pflanzen angepaßt. Erfindungsgemäß wird nahezu vollständig hygienisiert, die Düngewirkung ist nachhaltig, die Nitratauswaschung wird verhindert und die Stickstoffeinträge in die Umwelt werden vermindert. Hinzu kommt ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß hergestellten Produktes: es kann aus der Region "exportiert" werden, aus viehstarken landwirtschaftlichen Regionen in Regionen mit vorwiegender Ackerbaustruktur.

Der ökonomische Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der aus anaerob vergorener Gülle hergestellte Dünger ein wohlfeiles Produkt ist und dadurch das Betreiben von Biogasanlagen rentabel werden kann, außerdem kann unter bestimmten Voraussetzungen auf staatliche Förderung verzichtet werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Düngers zur Düngung von Kulturpflanzen, insbesondere im landwirtschaftlichen Bereich, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Gewinnung von Biogas aus Gülle und/oder organischen Reststoffen anfallende anaerob gegorene Gülle verarbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anaerob gegorene Gülle in einem Mehrstufenverfahren zu einem Dünger verarbeitet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrstufenverfahren aus den Verfahrensschritten mischen, granulieren, kompostieren und pelletieren besteht.

4. Verfahren nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anaerob gegorene Gülle mit trockenen und zerkleinerten organischen Stoffen gemischt und anschließend granuliert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aus anaerober Gülle und Trockenstoffen bestehenden Granulate kompostiert werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompost mit organischen und/oder mineralischen Düngern gemischt und pelletiert wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Düngung von landwirtschaftlichen Kulturpflanzen nur maximal 60% der üblichen Menge an Nährstoffen in Form der Pellets ausgestreut werden.