NuGem

Laufzeit: 01.10.2020-31.05.2021
Förderkennzeichen: 005-2008-0012_0110

Ausgangssituation:

In Deutschland werden Stand 2019 ca. 9.500 Biogasanlagen betrieben. Für die Ausbringung des unvorbehandelten Gärsubstrates einer durchschnittlich großen Biogasanlage ist aufgrund der Düngemittelverordnung 2020 (max. 170 kg N/(ha*a)) eine Fläche von ca. 412 ha notwendig. Das übersteigt die Größe eines durchschnittlichen landwirtschaftlichen Betriebes. Um das Gärsubstrat auf eine kleinere Fläche aufbringen zu können, wurden Aufgrund von positiven Ergebnissen des vorrangegangenen Forschungsprojektes des Institut NOWUM-Energy zur „Erprobung von Membrankontaktoren zur Rückgewinnung von Stickstoff aus dem Prozesswasser der Schlammentwässerung auf der Hauptkläranlage Münster-Coerde“ (Förderkennzeichen 17-04.02.01-2a/2017), die Stickstoffrückgewinnung durch Membranstrippung zur Behandlung von Gärresten untersucht. Dazu wurde in diesem Projekt eine Labor-Membranstrippungsanlage angeschafft, um den Einfluss auf Gärsubstrate zu untersuchen.

Das Projekt:

Innerhalb des Projektes wurde ein bestehendes Verfahren mit Hilfe der im Projekt beschafften Labor-Membranstrippungsanlage auf die Gärsubstrataufbereitung übertragen. Dazu wurden zunächst geeignete Separationsverfahren für einen langfristigen Einsatz von Membrankontaktoren etabliert, da die stickstoffhaltige Flüssigkeit weitestgehend frei von Feststoffen sein muss. Daher wurden Proben von Gärsubstraten von aktuell betriebenen Biogasanlagen genommen. Diese wurden im Labor mittels unterschiedlicher Fällungs- und Flockungsmitteln und anschließender Filtration in ein Fest-und Flüssigphase separiert. Die entstehenden Reinigungsstufen werden bezüglich der Eignung zur Membranstrippung beurteilt.

Zur Untersuchung der Einsatzmöglichkeit von Membrankontaktoren zur Stickstoffrückgewinnung aus der separierten Flüssigphase der Gärsubstrataufbereitung mittels Membranen wurde eine Laboranlage zur Strippung konstruiert und aufgebaut. Mit dieser wurde ein stabilen Strippungsprozess etabliert. Durch Variation des Eingangs gewählten Parametersatzes wird die Maximierung der Langzeitstabilität der Membran, eine effektive Stickstoffelimination und eine Aufkonzentration an Ammoniumsulfat untersucht.

Um eine Kreislaufwirtschaft zu etablieren, wurden die Verwertungsmöglichkeiten des entstehenden Ammoniumsulfats ermittelt. Dazu wurde die genaue Zusammensetzung und die Qualität untersucht.

Ziele:

Ziel dieses Projektes war der Aufbau und die Etablierung einer Labor-Membranstrippungasanlage, um den Stickstoff aus der Flüssigphase von Gärsubstraten nach vorheriger Separation zurückzugewinnen. Im Projekt wurde die Eignung verschiedener Fällungs-und Flockungsmittel und anschließende Filtrations-Verfahren mit unterschiedlichen Gärsubstraten für einen langfristigen Einsatz von Membrankontaktoren überprüft. Die Flüssigphasen von verschiedenen Gärsubstraten wurden in Batch-Tests mit der Labor-Membranstrippungsanlage behandelt, um einen möglichst großen Anteil des enthaltenen Stickstoffs in Form von Ammoniumsulfat zu binden. Dazu wurden die optimalen Betriebsparameter ermittelt. Im Anschluss wurde die Stickstoffkonzentration der Flüssigphase und des Produktes Ammoniumsulfat bestimmt, um herauszustellen ob dieses den Mindestgehalt an Stickstoff in Höhe von 5 % für den Einsatz als Düngemittel in der Landwirtschaft einhält. Somit soll das Gärsubstrat, dessen Stickstoffkonzentration reduziert wurde, auch in sogenannten „roten Gebieten“ in der Landwirtschaft eingesetzt werden können.