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Mist als wertvolle Ressource: In Biogasanlagen lässt sich nicht mehr nur Biogas herstellen, sondern auch Stickstoff recyceln. Bild: Gregory Dubus/iStockphoto
Erneuerbare Energien

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Stickstoffdünger aus Hühnermist

Text: Minna Leppikorpi, Dr. Ilkka Virkajärvi, Ductor
Viehdung wird bislang kaum zur Biogasproduktion eingesetzt, weil er viel Stickstoff enthält. Ein neues biologisches Verfahren entfernt den Stickstoff und ermöglicht so einen nachhaltigen Einsatz von tierischen Abfällen in der Produktion.

Die weltweite Menge tierischer Abfälle, Experten gehen von rund 13 Milliarden Tonnen pro Jahr aus, verursacht Umweltschäden. Das in der Tierhaltung entstehende Ammoniak zählt mit seinem Umwandlungsprodukt Ammonium zu den wichtigsten Luftschadstoffen. Durch die Verwendung von Viehdung in der Biogaserzeugung könnten die Treibhausgas-Emissionen deutlich reduziert werden. Biogas wird aber bislang nur in geringem Umfang aus tierischem Mist hergestellt, weil sich dabei der darin enthaltene Stickstoff in Ammoniak umwandelt. Dieser hemmt die Biogasbildung bereits in geringer Konzentration.

In der EU werden derzeit nur 6,4 Prozent der anfallenden 1,4 Milliarden Tonnen Dung zur Biogasproduktion verwendet. Ein Beispiel: Wenn die Hälfte der zur Biogasproduktion verwendeten Energiepflanzen durch 33 Milliarden Tonnen Hühnermist ersetzt würde, beliefe sich die Abnahme der Treibhausgasemissionen auf 1,5 Milliarden Tonnen pro Jahr. Doch wie lässt sich das große Potenzial, das der anfal­lende Hühnermist birgt, nutzen? Mit dieser Frage beschäftigt sich Ductor. Das finnische Unternehmen hat ein neues biologisches Verfahren (NRP, Nitrogen Removal Process) entwickelt, mit dem Stickstoff in einem der Gasproduktion vorgelagerten Schritt aus Viehdung entfernt werden kann. Das Verfahren ist in der Lage, über 60 Prozent des essentiellen Stoffes für Lebewesen aus organischen Abfällen in Form von Ammoniumsulfat als Stickstoffdünger zu entfernen – und zwar noch bevor das Substrat Biogas bildet. Die Grundidee des NR-Prozesses besteht darin, den Stickstoff nicht einfach nur herauszuholen, sondern ihn wiederzuverwerten.

Mikroben wandeln Stickstoff im Ammoniak um

Ductor hat für diesen Prozess verschiedene Möglichkeiten untersucht und dabei eine natürliche mikrobielle Population entdeckt, die in der Lage ist, organischen Stickstoff in Ammoniak umzuwandeln. Dieser Vorgang wird Ammonifikation genannt. Die leistungsstarke mikrobielle Population entwickelt sich unter einem bestimmten Selektionsdruck und ist patentiert. Die Population ist nicht genetisch modifiziert und wurde im Labor mit zahlreichen tierischen Abfällen getestet. Selbst Federn ammonifiziert sie innerhalb von 14 Tagen. Für einfacher umzuwandelnde Stoffe benötigen die Mikroben weniger Zeit: Hühnermist wird innerhalb von fünf Tagen umgesetzt.

Bestätigt wurden die Laborergebnisse in einer Pilotan­lage in Helsinki, Finnland, die aus zwei 70-Liter-Reaktoren zur Ammonifikation und zwei 60-Liter-Biogasreaktoren besteht. Die Ergebnisse zeigen, dass organischer Stickstoff in ähnlicher Weise wie im Labor auch im Reaktor ammonifiziert und damit aus dem Substrat entfernt werden kann. Der mit Mikroben behandelte Dung wird anschließend in einen Biogasfermenter eingespeist. Die Fermenter – in ihnen finden die Abbauprozesse der organischen Substanz statt, bei denen das Biogas entsteht – konnten so ohne die hemmende Wirkung von Ammoniak mit 100 Prozent Hühnermist betrieben werden.

Das NRP-Verfahren kann in eine bestehende Biogasanlage integriert werden. Die wichtigsten Geräte dafür sind ein Fermenter und ein Stripper. Der Fermenter ist technisch vergleichbar mit einem Biogasfermenter. Seine Größe beträgt jedoch nur ein Sechstel desselben, was durch die kurze Verweildauer von fünf Tagen begründet ist. Der Stripper wird zur Ammoniakentfernung eingesetzt. Strippung ist eine etablierte Technologie mit zahlreichen Anwendungen in der Bioprozess­technik. Die für das NRP benötigte Fläche beträgt zirka 1500 Quadratmeter, abhängig von der Größe der Biogasanlage und des Standorts. Die Technologie ist geeignet für Anlagen von 500 bis 750 Kilowatt (kW), die etwa 20.000 – 30.000 Tonnen Tierdung verwenden. Der Maßstab des NRP kann bei Bedarf vergrößert oder verkleinert werden, um die Technik auch bei anderen Größenklassen einsetzen zu können.

Würden alle Biogashersteller in der Europäischen Union den Rohstoff Maissilage durch Hühnermist ersetzen, könnten sie ihre gemeinsame Ertragskraft um eine Milliarde Euro erhöhen und gleichzeitig die CO2-Emissionen um 1,5 Millionen Tonnen reduzieren. Darüber hinaus könnten mehr als 811.000 Hektar Kulturland für sozial und ökologisch nachhaltige Zwecke wie die Nahrungsmittelproduktion freigegeben werden. Der Rohstoff Hühnermist für das NRP kostet den Biogashersteller fünf bis zehn statt 35 Euro pro Tonne für die Maissilage – eine Ersparnis um rund 80 Prozent. Der erste Vertrag über den Einsatz der NRP-Technik im industriellen Maßstab wird voraussichtlich Ende 2015 abgeschlossen. Dabei handelt es sich um eine Add-On-Lösung für eine bestehende Biogasanlage in Niedersachsen.

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