Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verfahren für eine Nährstoffverschiebung in Wirtschaftsdüngern für eine effizientere Ausbringung, Phase 1: Labortechnische Untersuchungen - Akronym: N-Shift

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)
Winterbergstr. 28
01277 Dresden
Kontakt
Dipl.-Ing. Björn Schwarz
Tel: +49 351 2553-7745
E-Mail schreiben
FKZ
22036318
Anfang
01.07.2020
Ende
30.06.2021
Ergebnisverwendung
Für die Kreislaufstrippung wurde der Einfluss von pH-Wert, Temperatur und Stripp-Volumenstrom auf den Austrag und auf die Aufnahme von Ammoniak (NH3) bewertet. Für die Einstellung des Ammonium-/Ammoniak-Gleichgewichtes spielen pH und Temperatur eine wichtige Rolle. Letztere übt aufgrund der veränderten Löslichkeit von NH3 noch einen zusätzlichen Effekt aus, welcher zur gezielten Laugeneinsparung genutzt werden kann. Die Intensität des Stripp-Volumenstromes wirkt sich direkt auf die Übertragungsrate von NH3 aus. Hier liegt weiteres Optimierungspotenzial. Für die Versuchsparameter konnten sehr unterschiedliche Übertragungsraten von NH3 detektiert werden. Die max. Übertragungsraten lagen bei ca. 3,2 %-Punkten pro Stunde. D.h., dass theoretisch innerhalb von 31 h 100 % der Ausgangsfracht im Austragsreaktor zum Eintragsreaktor übertragen werden können. Für den Membrankontaktor wurden keramische Membranen in Einkanalrohrgeometrie synthetisiert und mit unterschiedlichen Hydrophobierungstechnologien funktionalisiert. Es konnten Membranen beschichtet und getestet werden, die sehr hohe LEP gegenüber Wasser haben und zugleich einen hohen Gastransport erlauben. Diese Membranen wurden systematisch in synthetischen Gemischen (verdünntes NH3-Wasser) und in Einzelversuchen mit realem Gärrest erprobt. Bei Verwendung synthetischer Gemische konnten hohe NH3-Transferraten ermittelt werden. Die Versuche mit realem Gärrest zeigten nur einen geringen Übergang von NH3, dies bedingt zukünftiger Klärung. Sollten im realen Gärrest ähnliche Stoffübergangsraten wie in den Versuchen mit synthetischen Gemischen erreicht werden, kann das Membrankontaktorverfahren energetisch eine interessante Alternative zur Kreislaufstrippung darstellen. Potenziale bezüglich der Investkosten liegen bei den flächenspezifischen Membranleistungen und den Kosten für die Membranen. Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit ergeben sich Aufgaben für die Verringerung des Einsatzes von Lauge sowie des Energiebedarfes.
Aufgabenbeschreibung
Aufgrund der Regelungen der Düngeverordnung insbesondere bei Stickstoff können aktuell im Herbst kaum relevante Mengen an Gärprodukten auf die Felder ausgebracht werden. Dadurch muss die Kapazität der Lagerhaltung ebenso erhöht werden wie die Schlagkraft bei der Ausbringung im Frühjahr. Letzteres ist außerdem häufig schwierig, da die feuchten Böden nach dem Winter schlechter befahrbar sind. Eine Entzerrung dieser ungleichen Ausbringintensitäten kann erreicht werden, wenn es gelingt mittels einfacher Verfahren den Stickstoffgehalt in Wirtschaftsdüngern zu verändern. So wird im Projekt angestrebt, dass ein größerer Teilstrom der Gesamtmenge (z.B. 2/3) hinsichtlich des Stickstoff- bzw. Ammoniumgehaltes deutlich abgewertet wird, so dass diese Teilmenge im Herbst komplett ausgebracht werden kann, ohne die Grenzwerte für die maximale Stickstofffracht pro ha zu überschreiten. Der entfernte Stickstoff soll parallel und gezielt im verbliebenen Teilstrom (z.B. 1/3 der Gesamtmenge) angereichert und gespeichert werden. Diese Teilmenge wäre dann mit erheblich weniger Aufwand im Frühjahr komplett und zügig ausbringbar. Die Zielstellung der Nährstoffverschiebung von einer Teilmenge Gärprodukt zu einer anderen Teilmenge sollte allein durch eine möglichst minimale Veränderung der jeweiligen Milieus (Temperatur, pH) und einem aktiven Entgasen und Rücklösen von Stickstoff in Form von Ammoniak realisiert werden. Die Übertragung des Ammoniaks sollte dabei entweder durch eine Kreislaufstrippung oder über eine hydrophobe Membran realisiert werden. In der durchgeführten ersten Projektphase wurden im Labor des Fraunhofer IKTS systematische Untersuchungen zu relevanten Einflussparametern auf die Übertragungseffizienz von Ammoniak untersucht. Außerdem wurden geeignete keramische Membranen hergestellt und hinsichtlich der Übertragung von Ammoniakgas bei gleichzeitiger Trennung der wässrigen Gärprodukte getestet.

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