Paper-Rest-Cycle

Laufzeit: 01.07.2023-30.06.2026
Fördermittelgeber: MWIKE.NRW PROGRES.NRW-RESEARCH, Förderkennzeichen:EFO 0169A

Ausgangssituation:

Die Papierindustrie hat das Ziel, bis 2050 klimaneutral zu werden. Ein Ansatz zur Reduktion des Einsatzes fossiler Energieträger ist die Erzeugung von Biogas aus Reststoffen der Papierindustrie. In den Projekten RE-Papier und Plus RE-Papier (gefördert durch Leitmarkt Agentur. NRW) der FH Aachen wurde ein anaerober Prozess zur Biogaserzeugung aus den anfallenden Reststoffen erfolgreich etabliert. Bei der Biogasproduktion, der zur Prozessoptimierung noch Nährstoffe zugegeben werden, entsteht neben dem Biogas ein Gärprodukt. Dessen landwirtschaftliche Verwertung als Dünger ist aufgrund der Düngemittelverordnung untersagt. Somit entsteht ein Reststoff, der kostenintensiv entsorgt werden müsste. Um die Biogasproduktion im großtechnischen Maßstab wirtschaftlich in den Unternehmen umzusetzen, müssen für das Gärprodukt Verwertungs- und Aufreinigungstechniken entwickelt werden.

Das Projekt:

Im Vorhaben soll die optimale Rückgewinnung von Stickstoff und Phosphat aus der Flüssigphase der Gärprodukte aus der Papiervergärung ermittelt werden. Hierbei wird eine adaptierte und erweiterte Membranstrippung zur effizienteren Rückgewinnung von Nährstoffen entwickelt. Das Gärprodukt wird zunächst mit einer Abfolge von Sedimentation und anschließender chemischer Fällung des Überstandes separiert. In der entstehenden annähernd feststofffreien Flüssigphase befindet sich Ammonium, dessen Konzentration vom Stickstoffgehalt der eingesetzten Inputströme der Vergärung abhängig ist.

Die Nährstoffrückgewinnung aus dieser Flüssigphase wird mit Einsatz der Membranstrippung untersucht. Dabei sollen im Zusammenhang mit diesem Verfahren verschiedene, bisher noch nicht verwendete Ammoniak-Akzeptoren wie Phosphorsäure angewendet werden. Auch die Generierung von Ammoniumcarbamat wird untersucht, um ein hochwertiges unverwässertes Produkt zu erhalten. Die Rückgewinnung von Phosphat wird innerhalb des Projektes ebenfalls betrachtet. Abschließend wird ein Gesamtkonzept erstellt, wodurch Stickstoff und Phosphat mit höchstmöglicher Qualität extrahiert und gebunden werden können.

Ziele:

Ziel des Projektes ist die Untersuchung verschiedener Aufbereitungsmethoden der Gärprodukte. Zuerst ist eine Fest-Flüssig Separation geplant, damit der Feststoff an die Bau- oder Glasindustrie abgegeben werden kann. Aus der Flüssigphase sollen im nächsten Schritt die im Biogasprozess eingesetzten Nährstoffe zurückgewonnen werden, bevor das Wasser weiter aufgereinigt wird. Das Schaubild zeigt die angestrebte Kreislaufwirtschaft zur optimalen Reststoffverwertung aus der Papierindustrie, die durch eine erfolgreiche Umsetzung der Nährstoffrückgewinnung erzielt werden kann. Darüber hinaus erfolgt eine ökonomische und ökologische Gesamtbewertung des Prozesses.