Mit dem neuen Verfahren von ProTesCa lassen sich gezielt faserhaltige Düngeprodukte erzeugen. Sie erhalten mehr Nährstoffe, als bei der Separation von Gülle und Gärresten.
Ein Großteil des Stickstoffs und des Phosphats bleibt bei der Separation von Gülle und Gärresten mit Pressschneckenseparatoren normalerweise in der Dünngülle. Im abgepressten Feststoff sind meist weniger als 20 % des Stickstoffs und des Phosphats enthalten – wobei bei Gärresten Phosphatgehalte bis knapp 40 % möglich sind.
Das ist in jedem Fall zu wenig, wenn man die Feststoffe aus Gärresten oder Gülle als Düngeprodukt vermarkten will. Hinzu kommt die Problematik, dass in der Dünngülle für die Ausbringung in Regionen mit Nährstoffüberschuss immer noch zu viele Nährstoffe enthalten sind.
Deshalb hat die Firma ProTesCa aus Lüdinghausen in NRW ein Verfahren entwickelt, mit dem sich ein höherer Anteil an Stickstoff und Phosphat an die faserigen Bestandteile von flüssiger Biomasse binden lässt. Ein Verfahrensingenieur brachte sein Wissen aus der Klärschlammaufbereitung mit ein.
Die ProTecLin-Anlage besteht aus zwei hintereinander geschalteten Separationsstufen. Dem Separationsprozess vorgeschaltet ist ein Nasszerkleinerer mit Fremdkörperabscheidung von Vogelsang. Drei Schneckenpumpen von Netsch fördern die flüssige Biomasse in den Nasszerkleinerer und zu den Separatoren. Die Pressschneckenseparatoren sind von Bauer. Dazwischen geschaltet ist ein Reaktor. In dem 2 m³ fassenden Behälter wird der Dünngülle aus der ersten Separationsstufe ein spezieller Zusatzstoff als Flockungsmittel beigemischt.
Im ersten Separator ist ein relativ grobes Sieb mit 1,25 mm Maschenweite eingebaut. So gelangen mit der Dünngülle aus der ersten Separationsstufe viele Biomassefasern in den Reaktor. Das ist nötig, damit der ProTecLin-Zusatz gut wirken kann.
Patentiertes, polymerfreies Fällmittel
„Wir haben verschiedene Siebe ausprobiert. Das Zusammenspiel zwischen der Größe der abgesiebten Fasern und der Reaktion mit dem Zuschlagmittel ist komplex. Wir haben daher unser Verfahren als Gebrauchsmuster geschützt und ein Patent beantragt“, sagt Olaf Binius, verantwortlich für Marketing und Vertrieb bei ProTesCa.
Die genaue Zusammensetzung des von ProTesCa selbst entwickelten Zusatzstoffes ist Betriebsgeheimnis. Es ist jedenfalls kein klassisches Flockungsmittel, wie es z.B. in Kläranlagen verwendet wird. Auch sind keine synthetischen Polymere, also keine chemischen Verbindungen enthalten. Alle Bestandteile des ProTecLin-Zusatzstoffs sind düngerechtlich zugelassen. Zu den Komponenten des Flockungsmittels gehören natürliche mineralische Grundstoffe wie Naturgips und Biokohle. Bei Bedarf ergänzt ProTesCa flüssige Produkte. Mehr wollte uns die Firma ProTesCa nicht verraten.
Die Biokohle unterstützt den Gesamtprozess. Sie zieht Stickstoffverbindungen und Phosphat an. Außerdem senkt das Mittel den pH-Wert der Dünngülle, sodass gezielt Ausfällungen stattfinden.
Nachdem ein Mixer den Zuschlagstoff bedarfsgerecht etwa fünfzehn Minuten lang in die Dünngülle der ersten Separationsstufe hineingerührt hat, leert eine der Pumpen den Reaktor und schickt die nährstoffreiche Dünngülle durch den zweiten Separator. Dieser ist mit einem feinen Sieb ausgestattet. Es trennt nun weitgehend alle faserigen Bestandteile ab.
Die separierte Feststoffphase enthält laut Hersteller einen Großteil des zuvor in der flüssigen Biomasse enthaltenen Phosphors und je nach Bedarf bis zu 50 % des Stickstoffs. Das faserhaltige, nährstoffreiche und kohlehaltige Material kann zu vermarktungsfähigen Düngeprodukten weiterverarbeitet werden. Abnehmer könnten beispielsweise Erdenwerke sein.
Der Reaktor steht auf Wiegezellen. Auf Basis des Gewichts wird die nötige Menge des Zusatzstoffs für die Phosphat- und die Stickstoffbindung hinzudosiert. Bei unserem Einsatz erfolgte die Mittelzugabe noch von Hand. Zukünftig soll das automatisch passieren, z.B. mithilfe eines Big Bag-Dosierers oder einer Flüssigdosierung.
ProTesCa empfiehlt für die Zugabe den produktspezifischen Bedarf (ca. 1 bis 2 % der Güllemenge). Die empfohlene Menge ist abhängig von der Art der Gülle (z.B. Gärrest, Schweine- oder Rindergülle).
Als 800 kg Dünngülle im Reaktor waren, wurden bei unserem Einsatz 8 bis 10 kg des ProTecLin-Zusatzes eindosiert und der Rührer nahm seine Arbeit auf. Währenddessen förderte der erste Separator weitere Dünngülle dazu. Bei Erreichen von 1.200 kg Gewicht im Reaktor schaltete die Zyklussteuerung den ersten Separator sowie den Güllemixer im Reaktor aus und startete das Leerpumpen des Reaktors.
Vollautomatischer Prozess
Der gesamte Prozess läuft voll automatisch. Über die SPS-Steuerung der Anlage lassen sich zwei Schaltpunkte einstellen: Einen für die Mittelzugabe und einen zweiten für das Entleeren des Reaktors. Auch hierfür ist das Füllgewicht des Reaktors entscheidend.
Während des laufenden Betriebs passt die elektronische Steuerung mittels Frequenzumwandler die Durchflussleistung der Pumpen ständig an den Durchsatz der Separatoren an – und das stufenlos. So werden die Separatoren nicht überbelastet.
Die pneumatischen Schieber in der Anlage lassen sich elektronisch öffnen und schließen. Dadurch ist es möglich, einzelne Prozessstufen abzuschalten oder mittels Bypasses zu umgehen.
ProTesCa hat vier verschiedene Programme hinterlegt: So kann die Anlage wahlweise entweder nur einstufig mit Separator eins oder Separator zwei sowie mit beiden gleichzeitig arbeiten oder zweistufig unter Zugabe des Zuschlagstoffs im Reaktor die flüssige Biomasse separieren.
Wird der Reaktor über den Bypass ausgelassen und laufen beide Separatoren parallel, können sie zusammen 50 m³ flüssige Biomasse pro Stunde separieren und hierbei eine Volumenreduktion um 25 bis 30 % erreichen. Im zweistufigen Verfahren mit Phosphat- und Stickstoffausfällung im Reaktor reduziert sich die Durchsatzleistung. Abhängig vom produzierten Düngeprodukt variiert die Durchsatzleistung zwischen 8 bis 10 m³ pro Stunde.
Die detaillierten Anlagenparameter für den vollautomatischen Betrieb kann ausschließlich ProTesCa anpassen. Der Einstellbereich im Wartungsmodus ist passwortgeschützt.
Durch den Passwortschutz kann niemand außer ProTesCa selbst in die Steuerung eingreifen und wichtige Parameter ändern. „Nur so können wir die Funktionssicherheit der Anlage und des Prozesses mit möglichst hoher Stickstoff- und Phosphatausbeute gewährleisten“, sagt Heino Feldmann, technischer Berater von ProTesCa. Und weil die Anlage kameraüberwacht ist, ist eine Hilfestellung beim Start des Prozesses per Fernzugriff möglich – auch nach einer Störung. ProTesCa kann aus der Ferne z.B. die Leistung der Pumpen drosseln.
Außerdem können Servicetechniker in dem passwortgeschützten Bereich die automatischen Parameter umgehen. Sie haben dann manuell Zugriff auf alle Komponenten in der Anlage: Zerkleinerer, Separatoren, Pumpen, Güllemixer, Ventile, Sensoren, Behältersteuerung etc.
Vor der ersten Inbetriebnahme der Aufbereitungsanlage lässt ProTesCa die Gülle bzw. den Gärrest auf deren Inhaltsstoffe im Labor analysieren. Auf Basis der Analysewerte und des gewünschten Düngeprodukts, das am Ende des Prozesses separiert werden soll, wählt ProTesCa die Einstellungen in der Steuerung und dosiert den für das Zielprodukt vorgesehenen Zuschlagstoff in der passenden Menge hinzu.
So lassen sich gezielt verschiedene Düngeprodukte erzeugen, die sich in ihren Gehalten an Phosphat und Stickstoff voneinander unterscheiden. Aus den nährstoffreichen separierten Feststoffen aus Gülle und Gärrest will ProTesCa zukünftig hochwertige Biodünger erzeugen. „Für die Produktion eines handelsfähigen Düngers müssten sich mehrere Betriebe zusammenschließen“, sagt Olaf Binius.
Transportabler Prototyp
Das Unternehmen lässt die Anlage im westlichen Münsterland in Lizenz bauen. Die bisher erste ProTecLin-Anlage zur Aufbereitung von Gülle und Gärresten ist transportabel, weil der Hersteller sie derzeit für Vorführungen nutzt und sie dafür auch schon mal an einen anderen Standort umsetzt. Die auf einem T-Trägerrahmen montierte Anlage wiegt 4,6 t.
Für die Praxis ist zukünftig ein stationärer Betrieb vorgesehen. Die Anlage soll rund 149.000 € kosten (alle Preise ohne Mehrwertsteuer). Für das Flockungsmittel berechnet ProTesCa zwischen 4 bis 6 € pro kg, je nach Aufgabenstellung und je nachdem, welches weitgehend standardisierte Düngeprodukt erzeugt werden soll.
Hinzu kommen die Betriebskosten für Strom. Der spezifische Stromverbrauch liegt laut Hersteller je nach Durchsatz und Gülleart zwischen 0,3 und 1,1 kWh/m3.
Fazit zur ProTecLin-Anlage
Das Ziel der Separation mit der ProTecLin-Anlage von ProTesCa ist, dass nach einer zweistufigen Separation möglichst viel Stickstoff und Phosphat in der festen Phase der separierten Biomasse bleibt. Dafür verwenden sie ein selbst hergestelltes Flockungsmittel, das die Nährstoffausfällung ohne synthetische Polymere bewirkt. Es wird der Dünngülle aus der ersten Separationsstufe in einem zwischengeschalteten Behälter beigemischt.
Der abgepresste, nährstoffreiche Feststoff könnte als Grundstoff für die Herstellung von natürlichen Düngern dienen oder direkt als natürlicher Dünger genutzt werden. Das neue Verfahren eignet sich für die Aufbereitung von Gärresten und Schweinegülle.
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Ein Großteil des Stickstoffs und des Phosphats bleibt bei der Separation von Gülle und Gärresten mit Pressschneckenseparatoren normalerweise in der Dünngülle. Im abgepressten Feststoff sind meist weniger als 20 % des Stickstoffs und des Phosphats enthalten – wobei bei Gärresten Phosphatgehalte bis knapp 40 % möglich sind.
Das ist in jedem Fall zu wenig, wenn man die Feststoffe aus Gärresten oder Gülle als Düngeprodukt vermarkten will. Hinzu kommt die Problematik, dass in der Dünngülle für die Ausbringung in Regionen mit Nährstoffüberschuss immer noch zu viele Nährstoffe enthalten sind.
Deshalb hat die Firma ProTesCa aus Lüdinghausen in NRW ein Verfahren entwickelt, mit dem sich ein höherer Anteil an Stickstoff und Phosphat an die faserigen Bestandteile von flüssiger Biomasse binden lässt. Ein Verfahrensingenieur brachte sein Wissen aus der Klärschlammaufbereitung mit ein.
Die ProTecLin-Anlage besteht aus zwei hintereinander geschalteten Separationsstufen. Dem Separationsprozess vorgeschaltet ist ein Nasszerkleinerer mit Fremdkörperabscheidung von Vogelsang. Drei Schneckenpumpen von Netsch fördern die flüssige Biomasse in den Nasszerkleinerer und zu den Separatoren. Die Pressschneckenseparatoren sind von Bauer. Dazwischen geschaltet ist ein Reaktor. In dem 2 m³ fassenden Behälter wird der Dünngülle aus der ersten Separationsstufe ein spezieller Zusatzstoff als Flockungsmittel beigemischt.
Im ersten Separator ist ein relativ grobes Sieb mit 1,25 mm Maschenweite eingebaut. So gelangen mit der Dünngülle aus der ersten Separationsstufe viele Biomassefasern in den Reaktor. Das ist nötig, damit der ProTecLin-Zusatz gut wirken kann.
Patentiertes, polymerfreies Fällmittel
„Wir haben verschiedene Siebe ausprobiert. Das Zusammenspiel zwischen der Größe der abgesiebten Fasern und der Reaktion mit dem Zuschlagmittel ist komplex. Wir haben daher unser Verfahren als Gebrauchsmuster geschützt und ein Patent beantragt“, sagt Olaf Binius, verantwortlich für Marketing und Vertrieb bei ProTesCa.
Die genaue Zusammensetzung des von ProTesCa selbst entwickelten Zusatzstoffes ist Betriebsgeheimnis. Es ist jedenfalls kein klassisches Flockungsmittel, wie es z.B. in Kläranlagen verwendet wird. Auch sind keine synthetischen Polymere, also keine chemischen Verbindungen enthalten. Alle Bestandteile des ProTecLin-Zusatzstoffs sind düngerechtlich zugelassen. Zu den Komponenten des Flockungsmittels gehören natürliche mineralische Grundstoffe wie Naturgips und Biokohle. Bei Bedarf ergänzt ProTesCa flüssige Produkte. Mehr wollte uns die Firma ProTesCa nicht verraten.
Die Biokohle unterstützt den Gesamtprozess. Sie zieht Stickstoffverbindungen und Phosphat an. Außerdem senkt das Mittel den pH-Wert der Dünngülle, sodass gezielt Ausfällungen stattfinden.
Nachdem ein Mixer den Zuschlagstoff bedarfsgerecht etwa fünfzehn Minuten lang in die Dünngülle der ersten Separationsstufe hineingerührt hat, leert eine der Pumpen den Reaktor und schickt die nährstoffreiche Dünngülle durch den zweiten Separator. Dieser ist mit einem feinen Sieb ausgestattet. Es trennt nun weitgehend alle faserigen Bestandteile ab.
Die separierte Feststoffphase enthält laut Hersteller einen Großteil des zuvor in der flüssigen Biomasse enthaltenen Phosphors und je nach Bedarf bis zu 50 % des Stickstoffs. Das faserhaltige, nährstoffreiche und kohlehaltige Material kann zu vermarktungsfähigen Düngeprodukten weiterverarbeitet werden. Abnehmer könnten beispielsweise Erdenwerke sein.
Der Reaktor steht auf Wiegezellen. Auf Basis des Gewichts wird die nötige Menge des Zusatzstoffs für die Phosphat- und die Stickstoffbindung hinzudosiert. Bei unserem Einsatz erfolgte die Mittelzugabe noch von Hand. Zukünftig soll das automatisch passieren, z.B. mithilfe eines Big Bag-Dosierers oder einer Flüssigdosierung.
ProTesCa empfiehlt für die Zugabe den produktspezifischen Bedarf (ca. 1 bis 2 % der Güllemenge). Die empfohlene Menge ist abhängig von der Art der Gülle (z.B. Gärrest, Schweine- oder Rindergülle).
Als 800 kg Dünngülle im Reaktor waren, wurden bei unserem Einsatz 8 bis 10 kg des ProTecLin-Zusatzes eindosiert und der Rührer nahm seine Arbeit auf. Währenddessen förderte der erste Separator weitere Dünngülle dazu. Bei Erreichen von 1.200 kg Gewicht im Reaktor schaltete die Zyklussteuerung den ersten Separator sowie den Güllemixer im Reaktor aus und startete das Leerpumpen des Reaktors.
Vollautomatischer Prozess
Der gesamte Prozess läuft voll automatisch. Über die SPS-Steuerung der Anlage lassen sich zwei Schaltpunkte einstellen: Einen für die Mittelzugabe und einen zweiten für das Entleeren des Reaktors. Auch hierfür ist das Füllgewicht des Reaktors entscheidend.
Während des laufenden Betriebs passt die elektronische Steuerung mittels Frequenzumwandler die Durchflussleistung der Pumpen ständig an den Durchsatz der Separatoren an – und das stufenlos. So werden die Separatoren nicht überbelastet.
Die pneumatischen Schieber in der Anlage lassen sich elektronisch öffnen und schließen. Dadurch ist es möglich, einzelne Prozessstufen abzuschalten oder mittels Bypasses zu umgehen.
ProTesCa hat vier verschiedene Programme hinterlegt: So kann die Anlage wahlweise entweder nur einstufig mit Separator eins oder Separator zwei sowie mit beiden gleichzeitig arbeiten oder zweistufig unter Zugabe des Zuschlagstoffs im Reaktor die flüssige Biomasse separieren.
Wird der Reaktor über den Bypass ausgelassen und laufen beide Separatoren parallel, können sie zusammen 50 m³ flüssige Biomasse pro Stunde separieren und hierbei eine Volumenreduktion um 25 bis 30 % erreichen. Im zweistufigen Verfahren mit Phosphat- und Stickstoffausfällung im Reaktor reduziert sich die Durchsatzleistung. Abhängig vom produzierten Düngeprodukt variiert die Durchsatzleistung zwischen 8 bis 10 m³ pro Stunde.
Die detaillierten Anlagenparameter für den vollautomatischen Betrieb kann ausschließlich ProTesCa anpassen. Der Einstellbereich im Wartungsmodus ist passwortgeschützt.
Durch den Passwortschutz kann niemand außer ProTesCa selbst in die Steuerung eingreifen und wichtige Parameter ändern. „Nur so können wir die Funktionssicherheit der Anlage und des Prozesses mit möglichst hoher Stickstoff- und Phosphatausbeute gewährleisten“, sagt Heino Feldmann, technischer Berater von ProTesCa. Und weil die Anlage kameraüberwacht ist, ist eine Hilfestellung beim Start des Prozesses per Fernzugriff möglich – auch nach einer Störung. ProTesCa kann aus der Ferne z.B. die Leistung der Pumpen drosseln.
Außerdem können Servicetechniker in dem passwortgeschützten Bereich die automatischen Parameter umgehen. Sie haben dann manuell Zugriff auf alle Komponenten in der Anlage: Zerkleinerer, Separatoren, Pumpen, Güllemixer, Ventile, Sensoren, Behältersteuerung etc.
Vor der ersten Inbetriebnahme der Aufbereitungsanlage lässt ProTesCa die Gülle bzw. den Gärrest auf deren Inhaltsstoffe im Labor analysieren. Auf Basis der Analysewerte und des gewünschten Düngeprodukts, das am Ende des Prozesses separiert werden soll, wählt ProTesCa die Einstellungen in der Steuerung und dosiert den für das Zielprodukt vorgesehenen Zuschlagstoff in der passenden Menge hinzu.
So lassen sich gezielt verschiedene Düngeprodukte erzeugen, die sich in ihren Gehalten an Phosphat und Stickstoff voneinander unterscheiden. Aus den nährstoffreichen separierten Feststoffen aus Gülle und Gärrest will ProTesCa zukünftig hochwertige Biodünger erzeugen. „Für die Produktion eines handelsfähigen Düngers müssten sich mehrere Betriebe zusammenschließen“, sagt Olaf Binius.
Transportabler Prototyp
Das Unternehmen lässt die Anlage im westlichen Münsterland in Lizenz bauen. Die bisher erste ProTecLin-Anlage zur Aufbereitung von Gülle und Gärresten ist transportabel, weil der Hersteller sie derzeit für Vorführungen nutzt und sie dafür auch schon mal an einen anderen Standort umsetzt. Die auf einem T-Trägerrahmen montierte Anlage wiegt 4,6 t.
Für die Praxis ist zukünftig ein stationärer Betrieb vorgesehen. Die Anlage soll rund 149.000 € kosten (alle Preise ohne Mehrwertsteuer). Für das Flockungsmittel berechnet ProTesCa zwischen 4 bis 6 € pro kg, je nach Aufgabenstellung und je nachdem, welches weitgehend standardisierte Düngeprodukt erzeugt werden soll.
Hinzu kommen die Betriebskosten für Strom. Der spezifische Stromverbrauch liegt laut Hersteller je nach Durchsatz und Gülleart zwischen 0,3 und 1,1 kWh/m3.
Fazit zur ProTecLin-Anlage
Das Ziel der Separation mit der ProTecLin-Anlage von ProTesCa ist, dass nach einer zweistufigen Separation möglichst viel Stickstoff und Phosphat in der festen Phase der separierten Biomasse bleibt. Dafür verwenden sie ein selbst hergestelltes Flockungsmittel, das die Nährstoffausfällung ohne synthetische Polymere bewirkt. Es wird der Dünngülle aus der ersten Separationsstufe in einem zwischengeschalteten Behälter beigemischt.
Der abgepresste, nährstoffreiche Feststoff könnte als Grundstoff für die Herstellung von natürlichen Düngern dienen oder direkt als natürlicher Dünger genutzt werden. Das neue Verfahren eignet sich für die Aufbereitung von Gärresten und Schweinegülle.
