DE202014009749U1 - Energie - Nahrungsmittel - Dünger - Anlagensystem - Google Patents

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Abstract

Energie-Nahrungsmittel-Dünger-Anlagensystem, bestehend aus einer Biogasanlage, vorwiegend befüllt mit separierter Gülle (Fermenterraum, Nachgärraum, Biogasraum, Eintragevorrichtung, Austragevorrichtung, Vorrichtung zum Austragen des Biogases, Vorrichtung zum Heizen), einer Trocknungsanlage (Vorlagebehälter, Trocknungskammern) und einer Fischzuchtanlage (Fischzuchtbecken).

Description

  • Kurzbeschreibung
  • Die Innovation beinhaltet eine Biogasanlage auf 80–100% Güllebasis, deren Abwärme für eine Fischzucht genutzt wird. Der Inputstoff Gülle wird separiert und später in einem weiteren Verfahren zu Dünger verarbeitet. Es entstehen in diesem System 2 Produkte, die vermarktet werden, und 100% der Energie (Wärme und Strom) werden genutzt. Zudem entsteht kein Abfall. Die Umwelt und das Grundwasser werden von Nitrat entlastet und CO2 wird reduziert. Hier gilt das Prinzip: ”Die Natur kennt keinen Abfall”.
  • Stand der Technik
  • CN20131311900 20130723 beschreibt die Nutzung von separierter Schweinegülle in einer Biogasanlage und nachfolgend als Dünger oder Futtermittel. Jedoch wird die Flüssigphase ebenfalls in der Biogasanlage eingeführt, und es kommt ausschließlich Schweinegülle zum Einsatz.
  • CN20121100057 20120409 beschreibt zwei Kreislaufanlagen, um Schweinegülle mithilfe von Pflanzenkläranlagen, einer Biogasanlage, einer Düngerproduktion sowie Fischteichen nutzbar zu machen. Der dort beschriebene Prozess unterscheidet sich wesentlich, da hier zunächst ein Auffangen in Teichen bzw. Wasserbecken vorgesehen ist, wobei die festen Bestandteile als Fischfutter genutzt werden und die Flüssigphase als Dünger für Wasserpflanzen (Pflanzenkläranlage). Lediglich die danach verbleibenden Reste werden in eine Biogasanlage eingebracht. Auch hier wird lediglich Schweinegülle genutzt. Zudem werden die Fische in Teichanlagen gezüchtet, was sich deutlich von einer Aquakultur in geschlossenen Tanksystemen unterscheidet. Von Wärmenutzung bzw. dem Kaskadieren der Energie und ähnlichen Prozessen ist keine Rede.
  • CN20131126581 20130412 beschreibt die Separation von Schweinegülle, um hiernach aus der festen Phase Dünger und Fischfutter herzustellen, während die Flüssigphase einerseits zu Biogas gewandelt wird, andererseits – nach Aufreinigung – als Putzwasser Verwendung findet. Erneut wird hier lediglich Schweinegülle verwendet, und gerade die feste Phase nicht zu Biogas gewandelt.
  • Grundproblematik
  • Mit dem Begriff Bioökonomie verbindet sich die Vision, eine »am natürlichen Stoffkreislauf orientierte, nachhaltige bio-basierte Wirtschaft« zu entwickeln und auf dieser Basis sowohl die globale Ernährung als auch die Versorgung mit Energieträgern und nachwachsenden Rohstoffen für vielfältige Industriezweige und Anwendungen sicherzustellen. Die zuvor beschriebenen Patente sind bereits die Verfahren, die bislang am meisten in Richtung einer solchen Kreislaufwirtschaft konzipiert sind.
  • Mit der 2013 verabschiedeten »Politikstrategie Bioökonomie« hat die Bundesregierung dem Ziel einer nachhaltigen »bio-basierten« Wirtschaft eine hohe Priorität eingeräumt. Dies gilt insbesondere, weil die Perspektive der Bioökonomie nicht bloß eine Sammlung neuer Technologien, sondern ein neues Verständnis und eine ganzheitliche Betrachtung von Stoff- und Energiekreisläufen umfasst. Die erforderliche Phantasie für die noch unabsehbaren Möglichkeiten setzt auch die Beteiligung ökonomischer sowie politik- und sozialwissenschaftlicher Ansätze als konstitutiven Bestandteil der bioökonomischen Innovationsprozesses voraus.
  • Das hier beschriebene Anlagensystem erfüllt sämtliche dieser Voraussetzungen und ermöglicht damit neben erheblichen Umweltentlastungen die Einbindung lokaler politischer wie auch wirtschaftlicher Akteure. Mit Gülle und Festmist steht in Deutschland ein Biogaspotenzial von etwa 96 PJ zur Verfügung. Das entspricht dem durchschnittlichen Stromverbrauch von ca. 3 Millionen Haushalten, würde man aus der gesamten Menge Strom produzieren. Bisher sind erst etwa 15% dieses Potenzials erschlossen (BMU 2008) – denn mit den konventionellen Ansätzen ist die Gülle aus kleinen Tierbeständen wirtschaftlich nicht in Biogasanlagen nutzbar. Dabei weist die Güllevergärung viele ökologische Vorteile auf – auch und insbesondere gegenüber der Nutzung von Energiepflanzen. Insofern kommt der Erschließung noch ungenutzter Güllepotenziale eine besonders wichtige Rolle zu. Das hier beschriebene Anlagensystem ermöglicht es, durch die Nutzung eines neuen Aufbereitungsverfahrens für Rohgülle und die anschließende Verwertung in einem optimierten Fermentationsverfahren, bisher ungenutzte Güllepotenziale zu erschließen.
  • Durch die Abscheidung des Wasseranteils (3) und die Aufkonzentration der wertgebenden organischen Bestandteile der Gülle kann die Transportwürdigkeit des Substrates deutlich gesteigert werden. Durch die Abscheidung des Wasseranteils kann die Wärmeeffizienz der Biogasanlage gegenüber der Vergärung von Rohgülle erheblich gesteigert werden. Durch eine Optimierung des Fermentationsverfahrens soll die Wärmeeffizienz weiter verbessert werden. Somit kann ohne Anbau von Energiepflanzen ein Ausbau der Energieproduktion erreicht und die Emissionen klimarelevanter Gase aus der Tierhaltung deutlich gesenkt werden.
  • Um schädliche Klimaeinflüsse aus dem Transport und der Lagerung des eingedickten Gülleschlamms zu vermeiden, soll mit Just in Time Logistik ein emissionsarme Transport- und Lagertechnik genutzt werden (4).
  • Nach dem Austragen der nun fermentierten Gülle aus der Biogasanlage erfolgt erneut eine Separierung (5), um den Wassergehalt vor der Trocknung so gering wie möglich zu machen. Ein Teil des Wassers aus der separierten Gülle wird in der Systemanlage abgeschieden und durch ein Drei-Stufen-System aufgereinigt, so dass die darin gelösten Nährstoffe in der festen Phase verbleiben (6). Dadurch ist es möglich, einen Teil des für die Fischzucht benötigten Wassers selber herzustellen und somit einen höheren Grad an Autarkie zu erzielen. Je mehr Wasser auf diese Weise in die Fischzucht eingebracht wird (7), desto höher ist gleichzeitig die Umweltentlastung des Anlagensystems.
  • Ziel des Anlagensystems ist es, die benötigte Energie in Form von Wärme und Elektrizität – zumindest in weiten Teilen – selber zu erzeugen (8). In der Regel ist es für Biogasanlagenbetreiber schwierig, die vorhandene Wärme vollumfänglich zu nutzen. Vielmehr erzielen die Anlagenbetreiber ihre Rendite aus der Stromerzeugung und Vermarktung. In dem beschriebenen Anlagensystem sollen alle Energien vollständig genutzt und vermarktet werden (9). Daher wird die Wertschöpfung aus der Wärme aus kaskadieren Elementen vollständig genutzt und verschiedene Temperaturniveaus in unterschiedlichen Modulen eingesetzt (Trocknung und Fischzucht). Sofern die Abwärme aus der Biogasanlage nicht vollständig ausreicht, um die gewünschte Trocknungsleistung zu erbringen, kann neben einem Teil des Biogases auch ein Teil der im System vorhandenen Festmasse thermisch verwertet werden, um weitere Wärme zu erzeugen (10).
  • Grundprinzip der verwendeten Trocknungstechnologie ist, im Gegensatz zu allen anderen marktbekannten Techniken, eine Auflockerung und Verwirbelung des hochnassen Trocknungsgutes zur Herstellung einer extrem großen Oberfläche und gleichzeitige Beaufschlagung dieser großen Oberfläche mit einem heißen Luftstrom. Durch dieses Verfahren ist ein geringer Energiebedarf pro Liter Wasserverdunstung nötig. Die Energiequelle für die Trocknungswärme ist in diesem Fall die Abgas und Restwärme der Biogas BHKWs sowie ggf. aus der Verbrennungswärme aus Biogas und/oder Festmasse (11). Die geschlossene Trocknungsmaschine wird mit leichtem Unterdruck betrieben, so dass keine unkontrollierten Emissionen entstehen.
  • Die Abwärme des Anlagensystems ist ideal, um Aquakulturanlagen zu betreiben. Die nach der Trocknung verbleibende Restwärme wird als Heizung für die angeschlossenen Fischzuchtanlagen verwendet (12). Dadurch können die Meere entlastet werden – und gleichzeitig der steigende Konsum an gesunden Proteinen, vornehmlich Fisch, bedient werden.
  • Unmittelbar vor oder nach der Trocknung können die Güllefeststoffe mit weiteren Stoffen wie z. B. Kohlenstoff angereichert werden, um einen hochwertigeren Dünger zu erzeugen (13). Nach der Trocknung werden die Feststoffe dann zu handelsüblichem Dünger pelletiert (14) um hiernach abgepackt und für den Verkauf gelagert zu werden.
  • Vorteile & Umweltentlastungen
  • Die landwirtschaftliche Bodennutzung ist die größte potenzielle Belastungsquelle für das Grundwasser. Dabei sind vor allem die diffusen Stickstoffeinträge durch den Einsatz mineralischer und organischer Stickstoffdünger zu nennen, die sich in der Nitratkonzentration im Grundwasser widerspiegeln (NLWKN 2007). Die Nitratgehalte in den Gewässern sind in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts durch die intensive landwirtschaftliche Düngung stark angestiegen. Hauptsächlich Regionen mit Intensivtierhaltung und Gemüseanbau in Kombination mit sehr leicht durchlässigen Böden sind hiervon besonders stark betroffen. Auch die CO2-Bilanz der Gülle aus intensiver Tierhaltung ist beträchtlich. Hier schafft das beschriebene Anlagensystem für die Umwelt einen starken Ausgleich da die eingebrachte Gülle nicht auf den Äckern als landwirtschaftliche Düngung ausgetragen wird sondern die Region als getrockneten Dünger verlässt und dort wirken kann, wo Nährstoffknappheit im Boden herrscht.
  • Auch der steigende intensive Maisanbau infolge zahlreicher neuer Biogasanlagen führt bereits seit Jahren zu einer starken Belastung des Trinkwassers durch Nitrat. In Deutschland wurde in der Vergangenheit zudem eine teilweise hitzige „Teller-Tank”-Diskussion geführt. Der Naturschutzbund Deutschland (NABU) und der Deutsche Verband für Landschaftspflege (DVL) kritisieren die Veränderung des Landschaftsbildes durch mehr Maisanbau und landschaftliche sowie ökologische Folgen von Grünlandumbruch als Vermaisung. Die steigende Nachfrage nach Mais, um die zahlreichen neuen Biogasanlagen ausreichend zu bestücken, hat zudem in manchen Regionen einen massiven Anstieg der Pachten wie auch der Futtermittelpreise verursacht. Zudem leidet unter der einseitigen „Vermaisung” die Biodiversität. Auch hier schafft das beschriebene Anlagensystem eine sinnvolle Alternative.
  • Mit dem Anlagensystem wird die Wirtschaftlichkeit und Quantität der Güllevergärung und deren Umweltverträglichkeit verbessert, die Abhängigkeit von nicht erneuerbaren Energieträgern verringert und ein Beitrag zur Reduktion der energiebedingten CO2-Emission geleistet werden. Durch die neuen und optimierten Verfahren der Vorbehandlung durch Separation und Trocknung im Nachgang werden neue biogene Rest- und Abfallstoffe erschlossen und energetisch wie wirtschaftlich als Dünger effizient nutzbar gemacht. Hierbei wird großen Wert auf eine bedarfsgerechte Erzeugung und Bereitstellung von Strom und Wärme und Dünger und Fisch aus dem Ausgangsstoff Biomasse gelegt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 20131311900 [0002]
    • CN 20121100057 [0003]
    • CN 20131126581 [0004]

Claims (14)

  1. Energie-Nahrungsmittel-Dünger-Anlagensystem, bestehend aus einer Biogasanlage, vorwiegend befüllt mit separierter Gülle (Fermenterraum, Nachgärraum, Biogasraum, Eintragevorrichtung, Austragevorrichtung, Vorrichtung zum Austragen des Biogases, Vorrichtung zum Heizen), einer Trocknungsanlage (Vorlagebehälter, Trocknungskammern) und einer Fischzuchtanlage (Fischzuchtbecken).
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur Rindergülle zum Einsatz kommt.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Separation der Gülle lokal, d. h. in einem Umkreis von 30 km um die Anlage herum, erfolgt.
  4. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Biogastechnologie eingesetzt wird, die Pausen bei der Beschickung erlaubt und daher eine umwelteffiziente Logistik bei der Güllebeschaffung ermöglicht.
  5. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fermentierte Gülle nach Austragen aus der Biogasanlage vor der Trocknung noch einmal separiert wird.
  6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Wassers aus der separierten Gülle abgeschieden und aufgereinigt wird, wobei die Nährstoffe in der festen Phase verbleiben.
  7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Wasser in die Fischzucht eingebracht wird.
  8. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 70% der benötigten Energie (Wärme und Elektrizität) zum Betrieb des Systems durch die Anlage selber erzeugt werden.
  9. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen 80% und 100% der erzeugten Restwärme und Energie kaskadierend genutzt und/oder vermarktet werden.
  10. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der fermentierten, ggf. erneut separierten Güllemasse zur Erzeugung von Wärme thermisch verwertet wird.
  11. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung der Güllereste zu Dünger mittels Abwärme aus der Biogasanlage und/oder mittels Wärme aus der Verbrennung eines Teils des Biogases und/oder mittels Wärme aus der Verbrennung eines Teils der Feststoffe erfolgt.
  12. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nach der Trocknung verbleibende Restwärme als Heizung in der Fischzucht Verwendung findet.
  13. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Güllereste vor oder nach der Trocknung mit weiteren Stoffen angereichert werden, um einen hochwertigen Dünger zu erhalten.
  14. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Güllereste nach der Trocknung zu handelsüblichem Dünger pelletiert werden.
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