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Biogas: Beladene Aktivkohlepellets als Schwefeldünger einsetzen?

Bislang müssen Biogasanlagenbetreiber Aktivkohle entsorgen, wenn diese mit Schwefel beladen ist – auch, wenn die Kohle aus nachwachsenden Rohstoffen stammt. Das könnte sich jetzt ändern.  

Lesezeit: 6 Minuten

Biogasanlagenbetreiber kämpfen in diesem Jahr mit stark gestiegenen Kosten. Das betrifft nicht nur Rohstoffe wie die Maissilage, sondern auch die Kosten für Wartung oder Betriebsmittel. Dazu gehört u.a. die Aktivkohle, die bei der Gasreinigung zur Entschwefelung eingesetzt wird und nach Verbrauch als Sondermüll entsorgt werden muss. Ebenso gestiegen sind die Düngerpreise.

Eine große Entlastung könnte es sein, wenn Anlagenbetreiber sich die Entsorgungskosten für die Aktivkohle sparen und sogar Geld mit dem Verkauf als Schwefeldünger verdienen könnten. Bislang ist das laut Düngemittelverordnung nicht möglich. Aber ein aktuelles Projekt macht Hoffnung, dass sich vielleicht etwas ändern könnte.

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Aktivkohle aus nachwachsenden Rohstoffen

Hierbei geht es um Aktivkohle der AdFiS products GmbH aus Teterow (Mecklenburg-Vorpommern), einem Hersteller, der die Kohle ausschließlich in Deutschland produziert. Außerdem verwendet er nachwachsende Rohstoffe als Basis. Die am meisten eingesetzte Aktivkohle in Deutschland ist dagegen auf Basis von Steinkohle hergestellt und stammt überwiegend aus China. „Die Chinesen stellen 75 % der weltweit genutzten Aktivkohle her“, sagt AdFiS-Geschäftsführer Thomas Stifft.

Bei der Herstellung verwendet AdFiS Holz, das zunächst über die Pyrolyse zu Holzkohle verarbeitet und dann gemahlen wird. Anschließend verwendet der Hersteller Zuckerdicksaft aus der Zuckerrübenverarbeitung als Bindemittel und stellt aus der Mischung Pellets her. Nach dem Trocknen erfolgt die Aktivierung in einem zweistufigen Prozess. Bei ca. 450 °C werden flüchtige Bestandteile aus den Pellets ausgetrieben und nachverbrannt. Dadurch kommt es zu einer weiteren Temperaturerhöhung auf über 900 °C und die Pellets werden mit Wasserdampf behandelt. In dieser Phase bildet sich auch die Porenstruktur aus, die für die spätere Beladung der Kohle mit Schwefelwasserstoff ausschlaggebend ist. „Die Pellets nehmen 40 bis 60 % ihres Gewichts an Schwefel auf“, erklärt Stifft.

2000 t Abfall jährlich

AdFiS beliefert nach eigenen Angaben jährlich etwa 1300 t Aktivkohlepellets an deutsche Biogasanlagen. Bei einer Gesamtmenge von jährlich 4000 t Aktivkohle zur Feinentschwefelung, die die Biogasbranche jährlich verbraucht, ist das etwa ein Drittel des Marktes. Mit Schwefel beladen entstehen so jedes Jahr 2000 t Abfall, der teuer entsorgt werden muss – meist in der Müllverbrennung. „Das ist Ressourcenverschwendung, da Schwefel auf dem Acker als Rohstoff gebraucht wird, jetzt aber teuer entsorgt werden muss“, kritisiert Thomas Klein, Inhaber der landwirtschaftlichen Beratung BlB, die u.a. Huminstoffe als Prozesshilfsmittel für Biogasanlagen vertreibt.

Eine Verwendung von beladener Aktivkohle als Dünger ist bislang ausgeschlossen. Grund die Düngemittelverordnung, die den Rohstoff für den Einsatz auf dem Acker nicht zulässt. „Dazu kommt, dass Aktivkohle auf Steinkohlebasis sehr viel Schwermetall enthält und damit die Grenzwerte in der Düngeverordnung um ein Vielfaches übersteigt“, sagt Klein, der auch als Berater und Sachverständiger für Biogasanlagen tätig ist.

Regenwurmtest vorgeschrieben

Anders sähe es mit Aktivkohle auf Basis von Holz und anderen nachwachsenden Rohstoffen aus. Versuche an der Humboldt-Universität zu Berlin im Fachgebiet Pflanzenernährung und Düngung haben bestätigt, dass sich das Material als Dünger eignen würde.

Allerdings gibt es auch hier keine Freigabe als Düngemittel. „Für ein Zulassungsverfahren schreibt der Wissenschaftliche Beirat für Düngungsfragen u.a. einen Regenwurm-Reproduktionstests nach OECD 222 vor“, erklärt Matthias Thielicke vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) aus dem brandenburgische Paulinenaue. Der Wissenschaftliche Beirat für Düngungsfragen (WBD) ist ein Gremium bestehend aus Wissenschaftlern verschiedener Disziplinen, die das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft beraten.

Bei dem Regenwurmtest wird – vereinfacht gesagt – in einem standardisierten Verfahren geprüft, wie sich ein Düngemittel auf die Regenwurmpopulation auswirkt. Die Wissenschaftler untersuchen, inwieweit ein Stoff toxisch wirken kann und damit als Schadstoff eingestuft wird.

Für den Versuch hat Thielicke im Labor 1,4 g mit Schwefel beladene Kohlepellets von AdFiS auf 1,4 kg feuchte Standarderde ausgebracht. „Das wäre eine übliche Dosierung im Pflanzenbau“, sagt der Wissenschaftler. Zudem hat er in einer zweiten Variante die fünffache Menge an Kohlepellets verwendet.

Mehr Regenwürmer

Die Ergebnisse haben die Beteiligten überrascht: „Wir hatten erwartet, dass die Kohle keine Auswirkung auf die Regenwürmer hat, also weder positiv noch negativ“, sagt Thielicke. Doch das Gegenteil war der Fall: Schon bei der „normalen“ Dosierung hat sich die Regenwurmpopulation in dem vorgeschriebenen Versuchszeitraum von vier Wochen von 25 auf 554 bis 645 mehr als verzwanzigfacht. Bei der fünffachen Dosierung war der gleiche Effekt festzustellen.

Das macht deutlich: Die Kohle wirkt nicht als Schadstoff und ist keinesfalls toxisch, sondern regt im Gegenteil das Bodenleben an. „Wir erklären uns den Effekt, dass bestimmte Bakterien die Kohle als Besiedlungsfläche und den enthaltenen Schwefel sowie die anderen löslichen Nährstoffe nutzen und den Regenwürmern als Nahrung dienen. Denn Bakterien und anderen Kleinstorganismen des Bodens sind ihre Hauptnahrungsquelle“, sagt Thielicke, der sich schon länger mit Regenwürmern beschäftigt. Durch Erosionsprozesse zerfallen die Pflanzenkohlepellets im Boden, wodurch der Schwefel pflanzenverfügbar wird.

Entscheidung steht noch aus

Eine Entscheidung des WBG steht noch aus. Mit der Aufnahme der Aktivkohle in die Düngemittelverordnung könnten sich Biogasanlagenbetreiber selbst Düngekosten einsparen und den Nährstoffkreislauf weiter schließen oder sich mit dem Verkauf von Schwefeldünger ein neues Geschäftsfeld erschließen.

Die Pellets könnten aber auch als Prozesshilfsmittel im Gärrest dienen. „Schon länger ist die positive Wirkung von Pflanzenkohle oder Zeolith auf Gülle oder Gärrest bekannt. Die Aktivkohle hätte eine ähnliche Wirkung“, sagt Thielicke. Der wichtigste Effekt vereinfacht dargestellt: Die Ionen in den Poren binden Ammonium (NH4+), das infolgedessen nicht mehr als flüchtiges Ammoniak (NH3) entweicht. Die Pflanzen nehmen NH4+ als Nährstoff auf. Gleichzeitig dient die Pflanzenkohle – ähnlich wie Huminstoffe – dem Humusaufbau im Boden. „Ein positiver Effekt ist, dass die Pellets ja auch Schwefel enthalten, der ansonsten energieaufwändig zu Dünger aufbereitet werden muss“, sagt Thielicke.

Er hält schwefelbeladene Aktivkohlepellets allerdings für zu schade, um sie einfach nur dem Gärrest beizumischen – zumal pro Biogasanlage jährlich nur 500 bis 1000 kg davon anfallen. „Die Wertschöpfung wäre höher, wenn der Anlagenbetreiber sie an Gärtnereien vermarktet“, sagt Thielicke. So benötigen beispielsweise auch die Verwandten von Raps wie Radieschen oder Senf viel Schwefel als Rohstoff.

Aus diesem Grund hoffen die Projektbeteiligten jetzt, dass der nachwachsende Rohstoff als Dünge- oder Prozesshilfsmittel zugelassen wird.

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