Emissionen separiert fester Biogasgärreste

Ergänzende Kurzstudie zu dem Forschungsvorhaben: Entwicklung einer Methode zur Abschätzung der tatsächlichen Restgasbildung von Gärrestlagern und dessen Validierung in der Praxis

Der fortschreitende Strukturwandel in der Landwirtschaft hat teilweise zu erhöhten Vieh- und Biogasbesatzdichten geführt. Ein Lösungsansatz zur Reduktion erhöhter Nährstofffrachten kann die Aufbereitung von Wirtschaftsdüngern sein. Dazu sind in der landwirtschaftlichen Praxis seit langem unterschiedliche marktgängige Separatoren etabliert.

Zielsetzung

Ziel dieser Kurzstudie ist zum einen die Bewertung von mechanischen Separatoren hinsichtlich deren Effizienz sowohl bezogen auf die Nährstoffe als auch aus energetischer Betrachtungsweise. Dabei gilt es aus ökologischer wie auch ökonomischer Sicht, mögliche Verlustpfade (Emissionen aus der Lagerung) zu definieren sowie den energetischen Input-Bedarf zu ermitteln. Um eine Beratungsaussage für die Praxis treffen zu können müssen die Verluste quantifiziert sowie technische Möglichkeiten zur Minderung der Emissionen bei verschiedenen Lagerverfahren getestet werden.

Material und Methode

Zur Bewertung marktgängiger Pressschneckenseparatoren für die Aufbereitung von Wirtschaftsdüngern wurden entsprechende Messeinrichtungen zur Erfassung des notwendigen Energieeinsatzes installiert. Des Weiteren wurden Nährstoffuntersuchungen durchgeführt, um die Effizienz der Aufbereitung zu quantifizieren. Um den Gesamtanfall bzw. den Anfall der aufbereiteten Derivate zu erfassen, wurde eine Massen- und Nährstoffbilanz erstellt.
Die Versuche zur Bewertung verschiedener Lagerungsverfahren von festen separierten Gärresten (als loser Haufen; mit Folie abgedeckt; nur verdichtet; verdichtet und abgedeckt) hinsichtlich deren emissionsmindernden Wirkung wurden in vierfacher Wiederholung durchgeführt. Zusätzlich wurde jede Variante und Wiederholung in drei Tiefen (25, 50 und 75 cm vom Behälterboden) zu vier Zeitpunkten (zu Beginn sowie nach 7, 14 und 47 Tagen) beprobt, um die Stickstoffverluste räumlich sowie im zeitlichen Verlauf quantifizieren zu können.

Verschiedener Varianten der Lagerungsverfahren von separierten Gärresten

Ergebnisse

Die Ergebnisse mit Pressschneckenseparatoren zeigen einen durchschnittlichen Masseabtrenngrad von 10 %, wobei 18 % NGes, 12 % NH4-N sowie 33 % P2O5 in der abgepressten festen Phase zu finden waren. Dabei weisen vor allem Biogasgärreste im Vergleich zu anderen Wirtschaftsdüngern höhere Anteile an Ammoniumstickstoff (NH4-N) in der Frischmasse der abgetrennten festen Phasen auf, was das Risiko von Verlusten erhöht.
In diesem Zusammenhang wird zum einen das Emissionspotential bei der flüssigen Phase durch die höhere Infiltrationsleistung reduziert. Andererseits steigen gerade bei der offenen Lagerung von fest separierten Biogasgärresten aufgrund des erhöhten pH-Wertes (bis 9,0) sowie den hohen Ammoniumgehalten bei hohen Temperaturen die Ammoniakemissionen erheblich an. Diese können jedoch mit geeigneter Lagerung (Verdichtung sowie Folienabdeckung) reduziert werden.
Die Versuche zur Bewertung unterschiedlicher Lagerungsverfahren von fest separiertem Gärrest hinsichtlich des Emissionspotentials zeigen, dass die Lagerung als loser Haufen zu erheblichen Stickstoffverlusten auch in tieferen Schichten führen kann und durch eine Abdeckung diese Verluste signifikant reduziert werden (Abbildung 1).

Schaubild: Reduktion der Stickstoffemissionen durch unterschiedliche Lagerungsverfahren

Abbildung 2: Reduktion der Stickstoffemissionen durch unterschiedliche Lagerungsverfahren von separierten Gärresten (feste Phase) nach 7, 14 und 47 Tagen
Problematisch ist jedoch, dass im Praxiseinsatz in vielen Fällen kontinuierlich sep. festes Material anfällt und somit eine dauerhafte Abdeckung nach einmaliger Separation bis zur Ausbringung nur in wenigen Fällen umgesetzt werden kann. Dennoch zeigen die Versuchsergebnisse, dass durch eine Minimierung der „offenen“ Lagerzeiten am Separator und diskontinuierliche Füllung eines abgedeckten Lagers Potential zur Reduktion von Ammoniakverlusten am Lager besteht. Des Weiteren wird deutlich, dass bereits eine Verdichtung des Materials nach jedem Separiervorgang zur Reduktion der Emissionen führt.
Die tatsächliche Höhe des Gesamtpotentials zur Reduktion von Ammoniakverlusten bei der Lagerung sep. fester Wirtschaftsdünger hängt jedoch von einer Vielzahl an Einflussfaktoren ab. Die durchgeführten Versuche dienen ausschließlich zur Beurteilung des Verlustreduktionspotentials und sollten nicht einer quantitativen Beurteilung unterzogen werden.
Generell muss das Verlustrisiko immer in Verbindung aller Einflussfaktoren auf die Umwelt bewertet werden. Dabei spielen auch Lachgas- und Methanemissionen eine Rolle, die mit sehr viel höheren Faktoren für das Treibhausgaspotential in die CO2-Bilanz eingehen (N2O: 265 und CH4: 28), als wenn nur die Ammoniakemissionen der Systeme verglichen werden. Hierbei sind neben der Lagerung dann auch die Applikation der Dünger sowie die Effizienz des veränderten Düngesystems in die Bewertung miteinzubeziehen.
Projektinformation
Projektbearbeiter: Dipl.- Ing. (FH) Florian Ebertseder M.Sc. (TUM)
Projektleiter: Dr. Fabian Lichti
Laufzeit: 2016
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie
Förderkennzeichen: BE/14/16a