Wertstoffsteigerung durch Gärrestseparation

Warum sollte man auf diese Technik/Entwicklung umsteigen?

Auch auf der Outputseite der Biogasanlage können durch nachgeschaltete Verfahren das Volumen des Gärprodukts reduziert und damit Transportkosten eingespart werden, aber darüber hinaus auch zusätzliche Produkte hergestellt werden. Zurzeit mögliche technisch Verfahren werden im Folgenden dargestellt.

Stand der Entwicklung 

Separation

Die Weiterverarbeitung des Gärprodukts beinhaltet zunächst immer eine Separation, um überschüssige Wasseranteile abzuscheiden. Diese Trennung in flüssige und feste Phase spart Lagervolumen und erleichtert den Abtransport von der Anlage. Für die Separation von Gärprodukt/Gülle existieren erprobte Verfahren auf dem Markt (Schneckenpressen, Zentrifugen, Siebtrommeln) und die Kosten für diese Technik (Investition, Betrieb) sind vergleichsweise niedrig. Durch Separation können, je nach Technik, Abscheidegrade von deutlich über 30% Trockensubstanz-(TS-)Gehalt erreicht werden (1) (2). Da die flüssige Phase auch nach der Separation noch Schweb- und Nährstoffe enthält, muss sie wieder ins Gärproduktlager geleitet werden. Der feste Teil ist nun stapelbar und lässt sich im Gegensatz zum Ausgangssubstrat aufgrund des reduzierten Volumens über eine größere Entfernung transportieren.

Trocknung

Um eine weitere Volumenreduzierung zu erreichen ist es notwendig, die feste Phase durch Zufuhr von Wärme zu trocknen. Im Gegensatz zur Separation (mechanisch), wird hierbei überschüssige Prozesswärme aus dem Betrieb der Blockheizkraftwerke (BHKW) benötigt. Nur wenn Überschusswärme zur Verfügung steht, kann eine Trocknung auch ökonomisch Sinn machen. Zur Gärprodukttrocknung stehen erprobte technische Verfahren zur Verfügung (Bandtrockner, Trommeltrockner, Schubwendetrockner und Wirbelschichttrockner), die nach dem Konvektionsprinzip (Heißluft oder Abgas) bzw. Kontakttrocknung (beheizte Flächen) arbeiten. Der Wärmebedarf hierfür wird mit 0,8 – 1,1 kWh pro kg verdampftes Wasser angegeben (3).

Eindampfung des Gärprodukts (Vakuumverdampfung)

Beim Verfahren der Gärprodukteindampfung wird das Gärprodukt zunächst durch Pressverfahren und/oder  Siebe in flüssige und feste Phase separiert. Die feste Phase kann zwischengelagert werden und nach Bedarf als Dünger ausgebracht werden. Die flüssige Phase wird durch mehrfaches Erhitzen und unter Vakuum setzen aufkonzentriert. Die entweichenden Dämpfe (Brüden) werden hierbei unter Zugabe von Schwefelsäure im Brüdenwäscher von Ammoniak befreit und können in den Fermenter zurückgeleitet oder nachgefiltert und über einen Verdampfer an die Umgebungsluft abgegeben werden (3). Das Fällungsprodukt ist eine Ammoniumsulfatlösung, welche sich als Mineraldünger für eine bedarfsgerechte Düngung verwenden lässt. Die eingedickte flüssige Phase wird am Ende des Vorgangs vakuumverdichtet und aus dem Prozess ausgeschleust und kann, als von Ammonium-Stickstoff befreiter Dünger, ausgebracht werden. Vorteil des Verfahrens ist die deutliche Reduzierung des für die Lagerung benötigten Lageraumes auf etwa 30% gegenüber dem unbehandelten Gärprodukt. Der für die Verdampfung und die Vakuumisierung benötigte Energieaufwand wird für eine Anlage der Firma Biogastechnik-Süd mit maximal erreichbaren 0,4 kWh/Liter angegeben. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für Anlagen, bei denen Wärmeüberschüsse vorliegen.

Separation und Filtrierung

Bei diesem Verfahren wird das Gärprodukt durch mechanische Separation in flüssige und feste Phase getrennt und die flüssige Phase in einem Filtrierungsverfahren in eine Nährstoffkonzentrat-Lösung und in einleitbares Wasser separiert.  Zur Filtration werden Membranen mit verschiedenen Porengrößen (Mikrofiltration, Ultrafiltration) verwendet. Die Entsalzung, also die Gewinnung der Nährelemente N, P, K wird durch eine Umkehrosmose erreicht (1) (2). Hohe Anteile des Gesamtgärprodukts können so in einleitbares Wasser umgewandelt werden, der Rest besteht aus der festen Phase und den extrahierten Elementen N, P, K, aus denen rein mineralische Düngemittel oder auch Grundchemikalien wie Phosphorsäure gewonnen werden können. Im Gegensatz zu der Vakuumverdampfung wird bei diesem Verfahren nur für die Trocknung der festen Fraktion BHKW-Abwärme benötigt. Die getrocknete feste Phase kann, je nach technischem Verfahren und Restgehalt an Stickstoff anschließend pelletiert und entweder als Dünger- oder zu Heizzwecken (Fa. Vapora) verwendet werden. Probleme, die bei der Membranfilterung  auftreten können sind z.B. das Zusetzen der Membranen und biologische Faulungsprozesse während der Aufbereitung (2) (4). Aufgrund häufiger Reinigungszyklen und einem hohen Strombedarf für die Ultrafiltration sind die Aufbereitungskosten bei dieser Technik gegenwärtig noch entsprechend hoch. Allerdings befindet sich die Membranfiltration von Gülle/Gärprodukt derzeit unter intensiver Beforschung und  Weiterentwicklung durch Hochschulen und Technikanbieter, sodass in den nächsten Jahren vermutlich eine deutliche Kostensenkung und eine Verfügbarkeit der Technik für kleinere Biogasanlagen zu erwarten sind.

Gärproduktverarbeitung zu Dünger und Holzfaserwerkstoff

Ziel von zwei weiteren Verfahren ANAStrip® und FaserPlus der GNS-mbH ist es, die im Gärprodukt enthalten Pflanzennährstoffe und Faserbestandteile zu trennen und daraus zwei verschiedene Produkte zu gewinnen. In einem ersten Schritt werden durch Stripping (Austreiben der gasförmigen Bestandteile) Ammoniak und CO2 zu ca. 80 bis 85% aus dem grob separierten Gärprodukt entfernt und unter Reaktion mit REA-Gips in eine Ammoniumsulfat-Lösung und Kalziumcarbonat überführt. Beides sind handelsübliche  Düngemittel, welche bedarfsgerecht für die Pflanzendüngung ausgebracht werden können. Der Wärmebedarf liegt laut Anlagenbetreiber (GNS-mbH) bei 70 -120 kWh/m³. Bei einem Gärproduktdurchsatz von 20.000 t/a sind hierfür zwischen 175-300 kW der Wärmeleistung eines BHKW erforderlich. Im zweiten Verfahrensschritt kann aus dem abgepressten und getrockneten Faserbestandteil des Gärprodukts ein Substitutionsprodukt für die Herstellung von Holzfaserplatten (MDF, HDF, Spanplatte) gewonnen werden (FaserPlus-Verfahren). Auch für die Herstellung von Holzfaserdämmplatten zur Wärmedämmung an Gebäuden ist der Einsatz solcher Materialien sicherlich denkbar. Derzeit (Stand 3/2020) existieren zwei Biogasanlagen in Deutschland, an denen diese Verfahren angewendet werden (siehe Praxisbeispiele). Bei beiden Anlagen handelt es sich um große Biogasanlagen (3 und 5 MW elektrisch). Da diese Aufbereitungstechniken bisher lediglich an Demonstrations- und Versuchsanlagen zum Einsatz kommt, kann bisher keine Aussage zur Wirtschaftlichkeit solcher Verfahren getroffen werden.

Gärproduktverarbeitung in der Pyrolyse

Vorbehandeltes Gärprodukt (abgepresst, getrocknet) kann, wenn der TS-Gehalt bei über 50-60% liegt, in einer Pyrolyseanlage zur Produktion von Biokohle eingesetzt werden. Bei der Vergasung bei ca. 600° C unter Sauerstoffabschluss entsteht neben der Biokohle ein brennbares Gas, das einerseits für die Erhaltung des Prozesses benötigt wird, von dem aber auch ein erheblicher Anteil für die Warmwasserbereitstellung eines Nahwärmenetzes ausgekoppelt werden kann. Die  Anlage der in Dörth (NRW) ansässigen Fa. Pyreg hat mit 14 betriebenen Pyrolysereaktoren (siehe Praxisbeispiele) den bisher größten Marktanteil in Deutschland (Stand 03/2020).

Rechtliche Situation

Gärprodukte aus Biogasanlagen unterliegen dem Düngegesetz (DüngG) und somit allen Melde- Dokumentations- und Kontrollverpflichtungen, die beim Inverkehrbringen (Handel, Abgabe, Ausbringung) im Rahmen des Gesetzes anwendbar sind. Hierzu zählen auch der Lagerraum und die Art der Lagerung sowie die Nähstoffausbringungsgrenzen (N, P) pro Flächeneinheit. Gärprodukte aus der Vergärung von Wirtschaftsdünger und NawaRos gelten als Wirtschaftsdünger. Werden in der Anlage auch Bioabfälle vergoren, so gilt das Gärprodukt als Bioabfall und muss somit auch abfallrechtliche (Bioabfallverordnung) Auflagen erfüllen. Dies kann z.B. eine Hygienisierung, also eine 1-stündige Erhitzung des Substrates auf 70° C oder eine thermophile Vergärung bei 50° während der Mindestverweildauer sein.

Wirtschaftlichkeit

Investitionen in zusätzliche Lagerkapazitäten und hohe Transportkosten für das in der Anlage anfallenden Gärprodukt belasten die Erlössituation einer Anlage und sollten auf jeden Fall mit einer zweiten Option, der Weiterverarbeitung des Gärprodukts verglichen werden. Einfache Verfahren, wie die Separation oder Trocknung können helfen, Lagervolumen und Transportkosten einzusparen. Technisch anspruchsvollere Verfahren wie die Vakuumverdampfung oder die Filtrierung des separierten Gärprodukts erzeugen neue, veredelte Produkte, die über größere Distanzen transportiert und gehandelt werden können. Ob und in welcher Höhe sich Investitionen in Gärproduktbehandlungsanlagen rentieren, ist anlagenspezifisch und muss für die jeweilige Anlage durchgerechnet werden. Durch die Weiterverarbeitung des Gärprodukts entstehen, je nach Art der Aufbereitung, zusätzliche Kosten durch Prozess-Hilfsstoffe (z.B. Säuren), Energie und Wartung. Je nach Anlagentechnik fallen auch die Investitionskosten sehr unterschiedlich aus. Mechanische Separationsverfahren zeichnen sich durch insgesamt überschaubare Investitions- und Betriebskosten aus. Die Betriebskosten liegen hier bei deutlich unter 10 € pro m³ Gärprodukt/Gülle (4). Trocknungsverfahren (z.B. Bandtrockner) und Vakuumverdampfung können kosteneffektiv eingesetzt werden, wenn Überschusswärme an der Anlage zur Verfügung steht und der KWK-Bonus aus dem EEG genutzt werden kann (5). Anlagen zur Filtration von Gülle/Gärprodukt haben hohe Anschaffungskosten und auch die Betriebskosten liegen mit deutlich mehr als 10 € pro m³ Gülle/Gärprodukt eher im oberen Bereich. Der Einsatz dieser Technik ist nur dann wirtschaftlich darstellbar, wenn keine Überschusswärme an der Anlage verfügbar ist und große Transportentfernungen zusätzliche Kosten verursachen (2) (5). Durch eine fortlaufende Verbesserung der Technik kann es durchaus sein, dass im Bereich der Gärprodukt/Gülle-Filtrierung zukünftig mit sinkenden Betriebskosten gerechnet werden kann.

Ökologie

Der Gärrest oder das Gärprodukt einer Biogasanlage stellt im Kontext der Kreislaufwirtschaft ein wichtiges Bindeglied zwischen der Nutzung von Pflanzen und Wirtschaftsdünger zur Energiegewinnung und der Rückführung von darin enthaltenen Nährstoffen in die Böden dar. Probleme treten dann auf, wenn Flächen für die Rückführung dieser Nährstoffe nicht in ausreichendem Maße vorhanden sind oder sich die jeweilige Biogasanlage in einem Nährstoffüberhanggebiet (rote Gebiete laut Umweltbundesamt: https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/grundwasser/nutzung-belastungen/faqs-zu-nitrat-im-grund-trinkwasser#was-ist-der-unterschied-zwischen-trinkwasser-rohwasser-und-grundwasser) befindet und das Gärprodukt aufgrund der Düngeverordnung nur mit Einschränkungen ausgebracht werden kann. Ist dies der Fall, sind größere Lagerkapazitäten erforderlich oder das Gärprodukt muss teilweise in weiter entfernt liegende Gebiete verbracht werden. Durch das bei diesen Transporten ausgestoßene CO2 verschlechtert sich dann wiederum die Treibhausgasbilanz von Biogasanlagen. Die im Gärprodukt enthaltenen organischen Pflanzennährstoffe in Mineraldünger zu überführen ist ökologisch sicherlich sinnvoll und kann einerseits teuren und energieintensiv hergestellten Stickstoffdünger und knapper werdenden Phosphordünger ersetzen und andererseits durch bedarfsgerechte Düngung helfen, Nährstoffüberschüsse im Boden und im Grundwasser zu vermeiden. Holzfaserprodukte aus Gärprodukt könnten dazu beitragen, eine steigende Nachfrage nach Sägewerksnebenprodukten mit abzudecken. Denn insbesondere durch die vermehrte Nachfrage nach Holzpellets, sind hier in den letzten Jahren neue Nutzungskonkurrenzen entstanden.

Betriebliche Umsetzung

Für die Weiterverarbeitung des an Biogasanlagen anfallenden Gärproduktes existieren sehr unterschiedliche Verfahren (siehe oben) und mit Neuerungen und Verbesserungen kann sicherlich auch in diesem Bereich zukünftig gerechnet werden. Die beschriebenen Verfahren bringen sehr unterschiedliche Investitions- und Betriebskosten mit sich und müssen, wenn eine Gärproduktaufbereitung erwünscht ist, immer betriebs- und anlagenspezifisch im Einzelfall betrachtet werden. Je nach Lage, Größe und Ausstattung der Biogasanlage können ganz verschiedene Verfahren Sinn machen und wirtschaftlich darstellbar sein, oder eben nicht. Somit steht vor jeder Entscheidung für oder gegen eine bestimmte Technik immer die Beratung durch fachlich kompetente Experten in diesem Bereich.

Praxisbeispiele und Kontaktdaten

Zum Weiterlesen

1.  LWK NRW (Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen). Verfahren zur Aufbereitung von Gülle und Gärprodukten [online], 2013 [Zugriff am: 4. März 2020]. Verfügbar unter: https://www.landwirtschaftskammer.de/duesse/znr/pdfs/2013/2013-04-25-biogastagung-04.pdf

2.  Drosg, B.; Fuchs, W.; Al Seadi, T.; Madsen, M.; Linke, B. Nutrient recovery by biogas digestate processing [online], 2015. Verfügbar unter: http://task37.ieabioenergy.com/files/daten-redaktion/download/Technical%20Brochures/NUTRIENT_RECOVERY_RZ_web1.pdf

3.  Effenberger, M.; Möhrle, H.; Winkler, G.; Krodel, T. Technische Empfehlungen für die Gärprodukttrocknung [online], 2015 [Zugriff am: 4. März 2020]. Verfügbar unter: https://www.biogas-forum-bayern.de/De/Fachinformationen/Garreste/nachhaltig-erneuerbar-energie_Garresttrocknung.html

4.  Lebuf, V.; Accoe, F.; Vaneeckhaute, C.; Meers, E. Nutrient recovery from digestates: techniques and end-products [online], 2012 [Zugriff am: 4. März 2020]. Verfügbar unter: http://hdl.handle.net/1854/LU-3063579

5.  Roth, U.; Wulf, S.; Fechter, M.; Dahlin, J. Bedeutung der Rahmenbedingungen für die Wirtschaftlichkeit der Gärproduktaufbereitung. Hannover, 14. November 2018. Biogas Convention. Verfügbar unter: https://www.ktbl.de/fileadmin/user_upload/Artikel/Energie/Biogas/Roth_WirtschaflichkeitAufbereitung_BiCon2018.pdf

Festbrennstoffgewinnung aus Silagepresskuchen und Pflanzenkohlegewinnung

Warum sollte man auf diese Technik/Entwicklung umsteigen?

Wertschöpfung aus den Stoffen an der Anlage optimieren, Beitrag zur Kaskadennutzung, zweites Standbein neben der Energieproduktion durch Verkauf von „veredelten“ Produkten.

Stand der Entwicklung 

Durch die Separierung der Silage-Biomasse in feste und flüssige Phase kann eine Doppelnutzung von ein und demselben Ausgangssubstrat erreicht und somit die Nutzungseffizienz gesteigert werden. Diese Form der Silagenutzung geht auf Prof. Scheffer zurück und wurde seitdem kontinuierlich zum sog. IFBB-verfahren (Integrierte Festbrennstoff- und Biogasproduktion aus Biomasse) weiterentwickelt (1) . Einen Nutzungszweig stellt das von der Firma getproject in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Uni Kassel entwickelte Biomass to Energy Verfahren (BtE®). Hierbei wird halmgutartige Biomasse (z.B. aus der Landschaftspflege) abgepresst, der Presssaft wird in einem Festbett-Fermenter vergoren und das gewonnene Biogas in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) verstromt. Die feste Phase wird mit der Abwärme des BHKW getrocknet und pelletiert und kann als Festbrennstoff in Heizkesseln für die Wärmeversorgung von Haushalten eingesetzt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass auch minderwertige Biomassen, die aufgrund ihrer Beschaffenheit nicht wirtschaftlich in Biogasanlagen eingesetzt werden könnte, einer energetischen Verwertung zugeführt werden können.

Der zweite Nutzungspfad basiert auch auf dem IFBB-Verfahren, verfolgt jedoch das Ziel, aus der festen Fraktion der Biomasse keine Festbrennstoffpellets herzustellen, sondern diese mit dem Pyrolyse-Verfahren in Aktivkohle umzuwandeln. Auch hierbei wird mit in Biogasanlagen schwerer verwertbaren Restbiomassen gearbeitet, um den Einsatz von anderweitig nutzbaren teuren nachwachsenden Rohstoffen (NawaRos) zu vermeiden. Aus der silierten Biomasse wird zunächst eine Silomaische hergestellt, diese wird anschließend mit einer Schneckenpresse abgepresst. Der Presssaft kann dann der Biogasgewinnung zugeführt werden. Der abgepresste Teil der Biomasse kann entweder mit der Abwärme eines BHKWs getrocknet und zu Brennstoffbriketts gepresst werden oder ab einem Wasseranteil von <= 50%  mittels technischer Pyrolyse in Pyrolysegas und Bio-Kohle umgewandelt werden. Das Pyrolyseprodukt, die Aktivkohle, lässt sich als Filtersubstanz für die Wasserreinigung nutzen und kann als Bestandteil einer vierten Reinigungsstufe (Herausfiltern von Spurenstoffen wie z.B. Medikamentenrückständen) in Kläranlagen eingesetzt werden.

Rechtliche Situation

Biokohle ist seit 01/2020 in der EU als Bodenverbesserer im ökologischen  Landbau zugelassen, für die Aufnahme in den EU-Düngeproduktekatalog findet seit 2019 eine Prüfung seitens der EU-Kommission statt (2). Auf Bundesebene hat der Fachverband Pflanzenkohle (FVPK) 09/2019 einen Antrag zur Zulassung als Düngemittel an das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft eingereicht. Für Pflanzen(Bio)-Kohle existiert ein EU-einheitliches Zertifikat, das „European Biochar Certificate“. Mit diesem Zertifikat wird eine gleichbleibend hohe Qualität und die ausschließliche Verwendung von zugelassenen Biomassen bei der Pflanzenkohleproduktion gewährleistet.

Wirtschaftlichkeit

Bioaktivkohle besitzt einen Marktwert, der sich vermutlich an den Preisen für aus Steinkohle oder Kokosnussschalen erzeugter Aktivkohle orientieren wird. Diese Produkte werden mit Handelswerten um die 1000 US-Dollar pro Tonne beziffert. Der Pyrolyse-Konversionsfaktor für eine Tonne Bioaktivkohle, hergestellt aus Biomasse, beträgt etwa 1:10. Aktivkohle findet z.B. als Filtermaterial zur Wasser- und Luftbehandlung Anwendung.

Biokohle/Aktivkohle ist ein vielseitiges Produkt, das sich zunehmend für die Anwendung in folgenden Bereichen etabliert:

  • Natürlicher Bodenverbesserer (fördert den Nährstoff- & Wassergehalt sowie Humusaufbau)
  • Natürliche Futtermittelzugabe (in Form von Futterkohle; verbessert die Tiergesundheit)
  • Additiv im Biogasprozess (verbessert den Gasertrag)
  • Natürliches Stalleinstreu (verbessert das Stallklima & reduziert den Materialaufwand)
  • Natürlicher Hilfsstoff für die Kompostierung (bindet Nährstoffe & reduziert Klimagase)
  • Filtermittel (in Form von Aktivkohle oder aktivierter Pflanzenkohle)
  • Kosmetik & Arzneimittelzusatz (in Form von Aktivkohle oder aktivierter Pflanzenkohle)

Aus Biokohle lässt sich in  einem weiteren Verarbeitungsschritt die sog. „Terra Preta“ herstellen. Terra Preta ist Biokohle, die durch Vermischung mit Dung und Humus biologisch aktiviert, also mit Pflanzennährstoffen und Mikroorganismen aufgeladen ist. Mit Biokohle und Terra Preta können Sackwarenpreise von 1€ pro kg bzw. Liter im Einzelhandel erzielt werden. Eine weitere Anwendung der Biokohle kann die Nutzung  zur Entschwefelung in Biogasanlagen sein, um Korrosionsschäden durch Schwefelverbindungen an den Motoren und den Abgaswärmetauschern zu verhindern. Auch eine Steigerung des Gasertrages durch den Einsatz von Pflanzenkohle in Fermentern durch eine Reduktion der Ammonium-Hemmung  wurde durch Labor- und Praxisversuche belegt (3) (4).

Für die Herstellung von Biokohle eignen sich insbesondere ligninreiche Biomassen, sofern diese einen TS-Gehalt von min. 50% bzw. einen Brennwert von min. 10 MJ/kg aufweisen.

Ökologie

Restbiomassen aus der Landschaftspflege werden zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht in nennenswertem Umfang einer energetischen oder stofflichen Nutzung zugeführt. Dennoch würde sich die Nutzung aus Sicht der Landschaftspflege und des Naturschutzes zum Erhalt dieser Ökosystemtypen auf jeden Fall empfehlen (5). Werden diese Flächen nicht gepflegt (frühere Nutzung oft extensive Weidehaltung) drohen Verbuschung, die Umwandlung zu Ackerland oder Aufforstung (6). Werden die Flächen zwar gemäht, aber das Schnittgut nicht abtransportiert, droht eine Eutrophierung der oft mageren Standorte. Auch im Falle von Ufersäumen oder anderen Feuchtstandorten muss durch regelmäßige Pflege einem Zuwachsen oder einer Verlandung vorgebeugt werden, um diese sensiblen Bereiche zu erhalten (Gewässerunterhaltung). Insofern kann eine gesteigerte Wertschöpfung aus diesen Biomassen über die o.ä. Verfahren einen Beitrag zum Erhalt sensibler Bereiche der Kulturlandschaft beitragen. Wenn durch das Pyrolyseverfahren zusätzlich importierte Steinkohle durch Bio-Aktivkohle ersetzt werden kann, dann können auf diesem Wege zusätzlich Treibhausgasemissionen vermieden werden.

Betriebliche Umsetzung

Die Gewinnung von Festbrennstoffen und Pyrolysekohle aus Biogassilage ist bisher nicht über das Stadium von Versuchs- und Demonstrationsanlagen hinausgekommen. Aus Sicht der Bioökonomie und einer Kaskadennutzung von Biomassen machen diese Verfahren aber durchaus Sinn und werden daher auch nach wie vor untersucht und beforscht. Insbesondere der Produktion von Biokohlen mit ihren unterschiedlichen Anwendungsbereichen werden derzeit gute Absatzmärkte eingeräumt. Denoch ist natürlich zurzeit jede Investition in diese Technologien noch ein Schritt in das Handlungsfeld der Pioniere und sollte daher gut durchdacht und berechnet sein.

Praxisbeispiele

Eine Versuchs- und Demonstrationsanlage für die Gewinnung von Festbrennstoffen aus Silagepresskuchen der Firma getproject (siehe oben) steht in Borgstedt, Schleswig-Holstein. https://www.getproject.de/de/bioenergie/

Als gelungenes Beispiel für den Einsatz einer Pyrolyseanlage in der Landwirtschaft lässt sich der Hof Wies, der Fa. Keiser in der Schweiz nennen. Hier wird der feinere, ausgesiebte Staub von Hackschnitzel in der Pyrolyse unter Freigabe von Energie zu Pflanzenkohle gemacht. Mit der Abwärme werden wiederum die Hackschitzel selbst getrocknet. Der ausgesiebte Staub ist ein Abfallprodukt und könnte sonst nicht weiter verwertet werden. Die Pflanzenkohle findet als Kompostzugabe, Stalleinstreu und Bodenverbesserer ihre Anwendungsbereiche und dient zugleich als Kohlenstoffspeicher. Eine ausführliche Beschreibung hierzu findet sich u.a. auf den Seiten des Ithaka-Journals (Journal für Ökologie, Weinbau und Klimafarming) http://www.ithaka-journal.net/klimapositive-landwirtschaft

Auf dem Eigenbetrieb Umwelttechnik der Stadt Baden-Baden (https://www.baden-baden.de/buergerservice/service/dienststellen-a-z/eigenbetrieb-umwelttechnik/) befindet sich seit einiger Zeit eine Pyrolyseanlage zur Herstellung von Aktivkohle der Fa. Pyreg in der Erprobung. Ziel bei diesem Vorhaben ist es, die Pflanzenkohle in einer 4. Reinigungsstufe zur Abwasserbehandlung in der örtlichen Kläranlage einzusetzen.

Zum Weiterlesen

1.  Meier, D. Brennstoff aus Landschaftspflegegut [online], 2016. In: Energie aus Pflanzen, 2016, (4), 16-17. Verfügbar unter: https://www.uni-kassel.de/fb11agrar/fileadmin/datas/fb11/Gr%C3%BCnlandwissenschaft_nachwachsende_Rohstoffe/Dokumente/eap_2016-4_IFBB.pdf

2. Amtsblatt der Europäischen Union. Amtsblatt L 170, 62. Jahrgang, 25. Juni 2019 [Zugriff am: 10. März 2020]. Verfügbar unter: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/PDF/?uri=OJ:L:2019:170:FULL

3.  Gaul, T. Pflanzenkohle im Fermenter, 2019. In: Biogas Journal, 2019, (4), 32-34.

4.  Rödger, J-M.; Ganagin, W.; Krieg, A.; Roth, C; Loewen, A. Steigerung des Biogasertrages durch die Zugabe von Pflanzenkohle, 2014. In: Müll und Abfall, 2014, (9,13), 476-481. Verfügbar unter: https://doi.org/10.37307/j.1863-9763.2013.09.08

5.  Schoof, N; Luick, R.; Ackermann, A.; Baum, S.; Böhner, H.; Röder, N.; Rudolph, S.; Schmidt, T.; Hötker, H.; Jeromin, H. Auswirkungen der neuen Rahmenbedingungen der Gemeinsamen Agrarpolitik auf die Grünland-bezogene Biodiversität [online], 2019 [Zugriff am: 16. Oktober 2019]. Verfügbar unter: https://www.researchgate.net/publication/335580755_Auswirkungen_der_neuen_Rahmenbedingungen_der_Gemeinsamen_Agrarpolitik_auf_die_Grunland-bezogene_Biodiversitat_-_BfN-Skript_540

6.  Isselstein, J., T. Michaelis und G. Bellof. Fachforum Grünland. Grünland innovativ nutzen und Ressourcen schützen: Forschungsstrategie der Deutschen Agrarforschungsallianz. Stand 12/2015. Braunschweig: dafa Deutsche Agrarforschungsallianz, 2015. ISBN 978-3-86576-146-0.

Gewinnung von chemischen Grundstoffen aus Grassilage

Warum sollte man auf diese Technik/Entwicklung umsteigen?

Wertschöpfung aus den Stoffen an der Anlage optimieren, Beitrag zur Kaskadennutzung, Zweites Standbein neben der Energieproduktion.

Stand der Entwicklung 

Die Idee der Bioraffinerie, also die Erzeugung von sog. Plattformchemikalien oder Grundstoffen für die chemische Industrie aus Biomasse ist ein relativ neuer Forschungsansatz, der auf dem Konzept der Bioökonomie beruht. Die Bioökonomie beschreibt die Transformation bei der die Verarbeitung von fossilen Rohstoffen (Öl, Kohle) schrittweise durch nachwachsende Rohstoffe ersetzt werden. Begleitgedanken der Bioökonomie sind zudem die Kaskadennutzung (erst stoffliche, dann energetische Verwertung von Biomasse) und das Konzept der Kreislaufwirtschaft mit der Vermeidung von Abfällen (1). Die Gewinnung von sog. Plattfomchemikalien aus pflanzlicher Biomasse macht insbesondere dann Sinn, wenn nach der Extraktion dieser Grundstoffe (Aminosäuren, Sacharide, Lipide, Lignin, Färbe- und Duftstoffe) die verbleibende Biomasse der Vergärung/Energiegewinnung zugeführt wird, also z.B. an Standorten von Biogasanlagen. Die Technologiereife der verschiedenen Nutzungspfade ist bisher unterschiedlich weit entwickelt und für manche Verfahren existieren bereits Demonstrationsanlagen (2). Insgesamt ist diese Sparte der Kaskadennutzung von Biomasse an Biogasanlagen bisher kaum in der Praxis angekommen.

Rechtliche Situation

Für Anlagen dieser Art gilt das Bundesimmisionsschutzgesetz (BImSchG). Die Verordnung über genehmigungsbedürftige Anlagen (4. BImschV) stellt sicher, dass über Genehmigungs- und Überwachungsverfahren Anlagen, die unter diese Verordnung fallen, festgelegte Grenzwerte für Emissionen (z.B. Schall und Geruch) eingehalten werden und dass das Austreten von umweltschädlichen Substanzen und Stoffen durch entsprechende bauliche Maßnahmen im Vorwege verhindert wird.

Wirtschaftlichkeit

Alle Investitionen, die zu diesem Zeitpunkt in Bioraffinerieanlagen in Verbindung mit einer Biogasanlage getätigt werden, müssen besonders sorgfältig durchgerechnet werden. Dies liegt zum einen in der noch sehr neuen Technologie und zum anderen in den bisher wenig vorhandenen Erfahrungen mit dem Absatz der erzeugten Produkte. Insofern ist jede wirtschaftliche Tätigkeit in diesem Gebiet zunächst einmal Pionierarbeit und mit Risiken und Chancen gleichermaßen verbunden. Einerseits muss sichergestellt werden, dass ein guter Absatz der Produkte gegeben ist und anderseits muss auf der Inputseite der Zugriff auf eine ausreichende Rohstoffbasis gewährleistet sein. Eventuell würde sich, für die Erzielung von Kostendegressionen beim Anlagenbau und Risikominderung durch ein Gemeinschaftsprojekt, ein Zusammenschluss mehrerer kleiner Anlagen anbieten.

Ökologie

Die schrittweise Abkehr von der Nutzung fossiler Ressourcen für die Herstellung von Werkstoffen und Chemikalien ist im Hinblick auf die Verfügbarkeit, den Abbau und die damit verbundenen Treibhausgasemissionen sicherlich ein Ansatz, der in die richtige Richtung geht. Insbesondere Erdöl ist, auch wenn durch neue Techniken und Quellen bisher unwirtschaftliche Potenziale erschlossen werden, eine endliche Ressource. Aus diesem Grund wurde schon 2013 von der damaligen Bundesregierung die “nationale Politikstrategie Bioökonomie” (3) auf den Weg gebracht. Ein Wandel hin zur Bioökonomie soll die Abhängigkeit von fossilem Öl als Grundstoff der chemischen Industrie verringern, die Wertschöpfung vor Ort steigern und gleichzeitig Ökosysteme vor weiteren Belastungen, die durch die Förderung, den Transport und die Verarbeitung von Mineralöl entstehen, zu schützen.

Praxisbeispiele

Bei der Biowert in Brensbach im Odenwald (Hessen) wird aus Grassilage Energie gewonnen und Biokunststoff hergestellt: https://biowert.com/.
Diese Art von Anlage ist bisher einzigartig in Deutschland! Grasfasern werden mit Anteilen von bis zu 75% mit Polyethylen, Polypropylen und anderen recyclingfähigen Kunststoffen zu verschiedenen Kunststoffprodukten wie z.B. Terassendielen verarbeitet. Aus dem energiereichen Pressaft der Gassilage wird zudem in einer eigenen Biogasanlage Energie gewonnen.

Die Firma Biofabrik aus Dresden gewinnt mit ihrer Anlage “Grüne Raffinerie” in Blizevedly (Tschechische Republik) Aminosäuren und Energie aus Grassilage. Ähnlich wie bei dem Verfahren von Biowert (siehe oben), wird die Grassilage vor der Verarbeitung abgepresst. Allerdings geht hier der Grassaft in die Produktgewinnung (Aminosäuren) und die feste Phase wird in der Biogasanlage vergoren und zur Stromgewinnung genutzt. Aus den Aminosäuren lassen sich z.B. biobasierte Düngeprodukte (“BLATTWERK”), aber auch Aminosäuren als Nahrungsergänzungsmittel herstellen.

Zum Weiterlesen

1. BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) (Hrsg.). Nationale Forschungsstrategie Bioökonomie 2030. Unser Weg zu einer bio-basierten Wirtschaft [online], 2010. Verfügbar unter: https://www.bmbf.de/upload_filestore/pub/Nationale_Forschungsstrategie_Biooekonomie_2030.pdf

2. Dieckmann, C.; Lamp, A.; Schmidt, L.-M.; Andersen, L.; Baetge, S.; Kaltschmitt, M. Von der Biogasanlage zur Bioraffinerie – Perspektiven für zukünftige Biogasanlagenkonzepte, 2018. In: Zeitschrift für Energiewirtschaft, 2018, 42(3), 235-256. ISSN 0343-5377

3. Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL). Nationale Politikstrategie Bioökonomie. Nachwachsende Ressourcen und biotechnologische Verfahren als Basis für Ernährung, Industrie und Energie [online], 2014. Verfügbar unter: https://www.bmel.de/SharedDocs/Downloads/DE/Broschueren/Biooekonomiestrategie.pdf?__blob=publicationFile&v=3