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Fachzeitschrift Land & Forst Ausgabe 15-2017, Erscheinungsdatum April 2017

 

Lieber veredeln, statt länger lagern

Gärresteverdampfung

Lagerraum sparen und selber hochwertigen Dünger produzieren, das ist das Ziel des Düngerwerkes. Wir berichten über zwei Biogasanlagen, die seit einem Jahr mit dieser Technik ihre Gärreste „veredeln“. 

Als wäre es nicht schon genug, dass viele Biogaserzeuger das EEG 2017 in sinnvolle Investitionen umsetzen müssen, wird auch die jüngst verabschiedete neue Düngeverordnung für viele Betreiber Folgekosten verursachen. Denn durch die 170-kg-Regelung wird sich der Bedarf an zusätzlichem Lagerraum für Gärreste teilweise erhöhen. „Das wäre auch auf uns zugekommen“, so Julian Hartkamp, Landwirt und einer von vier Gesellschaftern der FH Naturgas in Groß Lessen im Landkreis Diepholz. Die Anlage mit einer installierten elektrischen Leistung von insgesamt 795 kW verfügt über ein Gärproduktlager mit 5.600 m³. „Bei neunmonatiger Lagerzeit bestand so ein Defizit von 6.000 m³“, beschreibt Hartkamp die Situation. Die Kosten für dieses zweite Gärproduktlager beziffern die Gesellschafter auf etwa 350.000 Euro.

Genug Wärme vorhanden

Sie entschieden sich bereits 2015 für eine Alternative: Die Installation einer neuartigen Gärproduktveredelung, das sogenannte Düngerwerk. „Diese Anlage braucht Wärme und die ist auf der Anlage genügend vorhanden“, so Hartkamp. Die Biogasanlage befindet sich rund 1.000 m vom Ortskern von Groß Lessen entfernt. Über ein Wärmenetz mit einer Länge von 3.500 m werden 45 Wärmeabnehmer versorgt. Das zweite Wärmenetz hat eine Länge von rund 500 m. Versorgt werden damit fünf Haushalte und die Gärproduktveredelung mit Stickstoffrückgewinnung.
Dieses Düngerwerk ist erst die fünfte Anlage des Herstellers Biogastechnik Süd aus Isny im Allgäu. In Betrieb genommen wurde es im Januar 2016. Der Gärrest wird zunächst separiert und die feste Fraktion auf einer asphaltierten Fläche gelagert. Nach der Separation wird die flüssige Fraktion der Gärproduktveredelung zugeführt. In der Anlage wird das flüssige Gärprodukt mit der Abwärme des Blockheizkraftwerkes (BHKW) erhitzt und einem Unterdruck ausgesetzt. Dabei verdampft ein Teil der Flüssigkeit, das Gärprodukt wird eingedickt. In einem weiteren Verdampfer wiederholt sich dieser Vorgang. Beim Eindampfen wird Wärme frei, die für einen weiteren Vorgang genutzt werden kann, was die Energieeffizienz des Verfahrens erhöht. Die Verdampfungsleistung der zweistufigen Anlage beträgt 1 kW Wärme für 2,5 l Wasser. „Unserem Gärrest werden so 7.000 m³ Wasser entzogen“, verdeutlicht Gerhard Fischer, ein weiterer Gesellschafter der FH Naturgas.

Hochwertiger Dünger

Damit wird weniger Lagerraum für das Gärprodukt benötigt. Außerdem muss weniger davon ausgebracht werden, was zusätzlich die Ausbringungskosten reduziert. „Hinzu kommt, dass 700 LKW-Fahrten für den Transport des Gärproduktes vermieden werden“, ergänzt Hartkamp. Dass weniger Verkehrsaufkommen entsteht, wird von den Anwohnern positiv registriert. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass bei dem Prozess Ammoniumsulfat (ASL) als hochwertiger Stickstoffdünger entsteht.
Die durch Wärme und Unterdruck erzeugte Gasphase wird in einem Brüdenwäscher von Ammoniak befreit. Anschließend wird das Ammoniak durch Zugabe von 75-prozentiger Schwefelsäure zu Ammoniumsulfat umgewandelt und aufkonzentriert. Auf diese Weise entstehen 250 bis 300 m³ ASL pro Jahr. Über einen IBC-Container wird dieser selbsterzeugte Dünger vor der Ausbringung auf den Flächen der Gesellschafter dem Gärprodukt zugemischt. Die ausgebrachte Menge beträgt etwa 0,5 m³/ha. Die Ausbringmenge ist begrenzt, weil durch die Zugabe der Säure der pH-Wert sehr niedrig ist.
Das Düngerwerk wurde schlüsselfertig in zwei Containern angeliefert und musste vor Ort nur noch angeschlossen werden. Da der Prozess in den geschlossenen Containern stattfindet, werden Ammoniak-emissionen nahezu vermieden. Die Anlage läuft rund um die Uhr und nimmt die Wärme auf. Mit dem Düngerwerk konnte die FH Naturgas den Grad der Wärmenutzung auf über 90 % anheben. Allerdings müssen auch die BHKW ständig laufen, um die benötigte Wärme zu produzieren. Mit Blick auf eine mögliche Flexibilisierung der Biogasanlage könnte sich das als Hindernis erweisen. Was die Gesellschafter ebenfalls festgestellt haben, ist eine Verschlechterung der Gasqualität. Prozessbedingt erhöht sich der Gehalt an Schwefelwasserstoff im Biogas. Der zusätzliche Arbeitsaufwand durch das Düngerwerk ist gering. „Das ist eine Dreiviertelstunde bis maximal eine Stunde am Tag“, sagt Gesellschafter Klaus Köppen, „und beschränkt sich im Wesentlichen auf das Putzen der zahlreichen Sensoren.“ 

Knappe Flächen

Auch für Gerhard Harms ist die Nährstoffrückgewinnung aus seinem Gärrest ein schlüssiges Konzept mit Zukunft. Auch er gehört zu den vier Biogaserzeugern in Niedersachsen, die sich bisher für die Gärresteverdampfung entschieden haben. Seine Biogasanlage Hand-Gas GmbH & Co KG, die er gemeinsam mit Jörg Brand in Bissenhausen bei Twistringen seit 2011 betreibt, liegt im Landkreis Diepholz. Dort sind Nährstoffüberschüsse und Flächenknappheit teilweise schon ein Problem. Auch der Nachbarkreis Vechta gehört zu den Regionen, aus denen in Zukunft noch mehr Nährstoffe verbracht werden müssen. Gülle und Gärreste über weitere Entfernungen zu transportieren, ist wirtschaftlich nicht wirklich sinnvoll und belastet die Betriebe mit noch höheren Kosten. Da macht es Sinn, über wirtschaftliche Alternativen nachzudenken.
„Wir hätten nach der neuen Düngeverordnung zusätzlichen Gärrestlagerraum für 6.000 m³ bauen müssen“, so Harms, der auch 3.000 Schweine mästet. Dazu wäre es notwendig  gewesen, auf dem Betriebsgelände eine zusätzliche Fläche von 0,5 ha auszubaggern und zu versiegeln. Das wollte Harms nicht. Außerdem bedeutet ein geringerer Gärrestanfall auch weniger Gärrestfahren, was gut für das Image der Biogaserzeuger ist. Die Rückgewinnung von Stickstoff aus dem Gärrest durch die Gärrestverdampfung macht dem Betrieb bei der Düngung „den Rücken frei“. „Wir können den Stickstoff viel gezielter einsetzen als durch die Ausbringung unbehandelter Gärreste“, so Harms. Im Brüdenwäscher des Verdampfers wird das Ammonium aus dem Dampf mittels Schwefelsäure als Ammoniumsulfat (ASL)-Lösung ausgeschleust und auf dem Betrieb in zwei großen 100 m³-Tanks gelagert.
Harms: „Diese ASL-Lösung lässt sich zum richtigen Zeitpunkt gezielt einsetzen und mit anderen Düngern aufwerten bzw. mit unserem Schlamm aus dem Gärrestlager mischen“. Der Landwirt bewirtschaftet zusammen mit Brand 500 ha Fläche. „Wir haben bei Zuckerrüben und Getreide deutliche Mehrerträge durch unsere ASL-Lösung festgestellt“, so der Biogaserzeuger. Grund sei der Schwefelgehalt (9 %). Schwefel und Stickstoff (6 %) liegen im ASL des Betriebes in einem günstigen Verhältnis vor, erklärt Harms sich den Düngeeffekt.  Der Dickschlamm, der nach der Gärrestverdampfung ins Endlager geht, enthält zudem 7,6 kg Kali/m³. „Damit ist er für unsere Kartoffeln ein interessanter Dünger“,  so Harms.

Mineraldünger sparen

In der Summe spart der Betrieb durch die Gärrestverdampfung einen Sattelzug Stickstoffdünger im Jahr und 50 % Kalidünger ein. Harms ist deutlich anzumerken, dass ihn diese teilweise Unabhängigkeit vom Düngerzukauf und von den Ausbringungszwängen beim Wirtschaftsdünger entspannt: „Wir können den Gärrest jetzt zwölf Monate lagern, da wir die Gärrestmenge durch die Verdampfung fast halbiert haben“. Oder anders ausgedrückt: Es gibt noch Luft nach oben, um die Leistung der Biogasanlage zu steigern. Außerdem ist denkbar, dass die ASL-Lösung auch an andere Landwirte verkauft wird. Das könnte in Zukunft für Biogasanlagen außerhalb der EEG-Festvergütung eine zusätzliche Einnahmequelle sein. Der aus der Separation abgepresste Gärrest ist laut Harms ein idealer Humuslieferant und lässt sich aufgrund seiner Konsistenz bei 15 m Arbeitsbreite streugenau verteilen.
Der Verdampfer im Betrieb Harms ist für 400 kW/h ausgelegt. Die beiden Zündstrahlmotoren der Biogasanlage haben je eine Leistung von 265 kWel, von denen 30 kWel durch einen Abgasgenerator erzeugt werden. Von der anfallenden Wärme werden 360 kW/h in den Gärrestverdampfer geliefert und die restliche Wärme geht in ein kleines Nahwärmenetz. „Da wir noch über kein ausreichendes Wärmekonzept verfügten, konnten wir mit dem Gärrestverdampfer auch hier eine Lücke schließen“, so Harms. Soll heißen: Heute wird die Wärme der beiden Motoren zu 100 % genutzt. Die Verdampfungsleistung der beiden Vakuum-Behälter liegt im ersten Behälter bei 1,4 l Wasser/kW Wärme und im zweiten Behälter bei 1,1 l Wasser/kW Wärme (Wärmerückgewinnung zwischen erstem und zweitem Behälter inbegriffen). „Dieses System ist damit schon sehr effizient“, so Harms.
Pro Tag werden in der Anlage in Bissenhausen aus 35 m³ abgepresstem Dünnsaft (3,5 % TS) 19 m³ verdampft. Es bleiben nach Durchlaufen von zwei Verdampfern 16 m³ eingedicktes Substrat über, das in das Endlager gepumpt wird (kein Entmischen mehr, geringer Rühraufwand). Zwischen den Behältern sorgt das unterschiedliche Vakuum (90 bis 100 mb bzw. 200 mb) für den Weiterfluss der Flüssigkeit. Die Beheizung jedes Behälters erfolgt über vier Heizkreise im Behälter, die über Bürsten ständig gereinigt werden. Harms: „Dadurch ist die Heizung immer leicht sauber zu halten und die Wärme aus den BHKW kann effizient genutzt werden“.
Pro Jahr werden auf diese Art und Weise gut 11.000 m³ abgepresster Dünnsaft eingedickt und vom Ammoniumstickstoff „befreit“. Die gut 5.000 m³ Dickschlamm haben einen TS-Gehalt von 7 bis 9 %. Aus dem Inputmaterial können im Brüdenwäscher mit der zugeführten Schwefelsäure (270 bis 300 l am Tag) pro Jahr etwa 300 m³ ASL-Lösung gewonnen werden.

Wasser in die Vorflut

Um das Destillat (N-freies Wasser aus dem Verdampfungsprozess) in die Vorflut einleiten zu können, hat Harms sich für eine Wurzelraumkläranlage von 120 m² entschieden. Das 1 m tiefe Becken wurde mit einer Spezialfolie ausgelegt und mit Kies befüllt. „Hier soll der biologische Abbau von Reststoffen stattfinden“, so der Betreiber. Dafür muss die Temperatur im Becken das ganze Jahr über bei mindestens 12°C liegen. Harms: „Das erreichen wir ohne Probleme, da unser Wasser mit 35 °C aus dem Verdampfer in die Wurzelraumkläranlage eingeleitet wird“. Damit war eine wichtige Voraussetzung für dessen Genehmigung gegeben. Von dieser Wurzelraumkläranlage läuft das Wasser noch in einen Schilfpolder. Dazwischen liegt ein Wasserentnahmeschacht für die Überwachungsbehörde. Diese entnimmt alle acht Wochen unangemeldet Wasserproben. „Die Analysedaten zeigen, dass unser Wasser sauberer ist als unsere Niederschläge“, freut sich Harms. Und noch ein weiterer Pluspunkt geht an den Schilfpolder: „Hier fühlt sich auch das wilde Wassergeflügel wohl“.

 

Bericht von: Thomas Gaul und Edith Kahnt-Ralle