Forschungs- und Innovationsprojekt
Marktanalyse und Praxisumfrage zur Wirtschaftsdüngeraufbereitung

Die feste Phase des separierten Wirtschaftsdüngers in Form eines Haufens

Die Novellierung der Düngeverordnung stellt viele Landwirte vor große Herausforderungen. Verminderte zulässige Bilanzüberschüsse, hohe Mindestwirksamkeiten bei flüssigen Wirtschaftsdüngern, sowie eingeschränkte Ausbringmöglichkeiten im Herbst führen oftmals dazu, dass ein Nährstoffexport aus dem eigenen Betrieb notwendig wird. Aufgrund der geringen Transportwürdigkeit von flüssigem Wirtschaftsdünger, können die Kosten für deren Abgabe in Nährstoffüberschussregionen eine erhebliche wirtschaftliche Belastung für den abgebenden Betrieb darstellen. Aufgrund dessen gewinnen Anlagen zur Aufbereitung von Wirtschaftsdüngern immer mehr an Bedeutung.

Aufbereitung von Wirtschaftsdünger
Durch die Aufbereitung können die Eigenschaften des Wirtschaftsdüngers, wie beispielsweise das Infiltrationsvermögen, NH3-Verlustrisiko oder die Ätzwirkung durch ein schnelleres Abfließen von Pflanzenoberflächen beeinflusst, gleichzeitig aber auch die Nährstoffkonzentration und folglich die Transportwürdigkeit erhöht werden. Um die Eignung der verschiedenen Verfahren für die individuellen Bedürfnisse beurteilen zu können, ist es entscheidend, den Massenabtrennungsgrad, die Nährstoffverteilung und den benötigten Energiebedarf zu kennen. Oft sind jedoch die genauen Eigenschaften von den Ausgangsprodukten, sowie der Energieeinsatz der unterschiedlichen Verfahren zur Wirtschaftsdüngeraufbereitung nicht bekannt.

Ziele

Ziel dieses Projektes ist es, die vorhandene Literatur zur Wirtschaftsdüngeraufbereitung zusammenzufassen, sowie diese Literatur im Hinblick auf die Massen- und Nährstoffabtrenngrade, den energetischen Aufwand und mögliche Verlustpfade auszuwerten. Zudem soll ein Überblick über die in Bayern bereits umgesetzten Verfahren der Wirtschaftsdüngeraufbereitung gegeben werden. Zusätzlich soll eine Umfrage Aufschluss über die Potentiale und die Hemmnisse bei der Umsetzung der verschiedenen Technologien zur Aufbereitung des Wirtschaftsdüngers aufzeigen.

Methode

Zu Beginn stand eine Recherche, um den aktuellen Stand der verschiedenen Aufbereitungstechnologien für Wirtschaftsdünger darzustellen. Diese Untersuchung umfasste sowohl die Literatur als auch die Praxis, weshalb eine dementsprechende Umfrage durchgeführt wurde. Dabei wurden die in Bayern verfügbaren und bereits realisierten Wirtschaftsdüngeraufbereitungsverfahren erfasst.
Im Weiteren wurde aufgrund einer Literaturstudie eine Bewertungsmatrix der verschiedenen Verfahren im Hinblick auf deren Leistung erstellt. Dabei sind die Reduktion des Wirtschaftsdüngers und somit des Lagervolumens, die Entlastung der Nährstoffe aus dem flüssigen Wirtschaftsdünger und die Herstellung von transportwürdigem flüssigen Handelsdünger beziehungsweise fester Phase von besonderer Wichtigkeit.
Mithilfe einer Online-Umfrage wurden die verschiedenen Technologien zur Wirtschaftsdüngeraufbereitung abgefragt und bewertet, um somit deren Potentiale und die Hemmnisse darlegen zu können.

Bisherige Ergebnisse

Die Literaturrecherche hat gezeigt, dass es eine Reihe unterschiedlicher Verfahren für die Wirtschaftsdüngeraufbereitung gibt. Jedoch kommt es auf den individuellen Betrieb an, welche Technik die geeignetste ist. So sind Dekanter und die natürliche Sedimentation besonders für schweinehaltende Betriebe mit einem P-Überschuss interessant. Denn wie Tabelle 1 zeigt, überzeugen sie aufgrund von hohen P-Abtrenngraden.
Im Gegensatz zu Pressschnecken und Bandfilterpressen produzieren Dekanter zwar eine partikelfreie Flüssigphase, allerdings ist dabei auch der Wassergehalt höher. Außerdem sind Dekanter empfindlicher gegenüber Betriebsstörungen, haben einen höheren Wartungsbedarf und benötigen mehr Strom. Dies führt wiederum zu höheren Betriebskosten (Fuchs und Drosg 2010; Bach 2014). Pressschnecken hingegen erzielen geringere Abscheidegrade und eignen sich besonders für viskose und trockensubstanzreiche Substanzen wie Rindergülle und Gärreste (Technow 2020).
Tabelle 1: Zusammenfassung der Abtrenngrade und des Energiebedarfs der Separationsverfahren
 N-AbtrennungP-AbtrennungMassenabtrennungStrombedarf [kWh/m³]Wärmebedarf [kWh/m³]
Nat. Sedimentation68 %92 %45 %Sehr gering--
Pressschnecke30 %40 %25 %0,2 - 0,5--
Dekanter, einstufig20 %70 %15 %0,8 - 5--
Dekanter, mehrstufig50 %95 %30 %0,8 - 5--
Das Membranverfahren und die Vakuumverdampfung entfernen das Wasser sehr effizient, weshalb sie aus energetischer Sicht und im Hinblick auf die Aufkonzentration am besten sind. Allerdings ist das Membranverfahren sehr kostenintensiv in der Anschaffung und es ist häufig sehr fehleranfällig. Die Vakuumverdampfung ist hingegen sehr effizient, robust und unkompliziert im Betrieb.
Soll ein einzelnes Düngeprodukt hergestellt werden oder soll Phosphor entfrachtet werden, ist ein Bandtrocknungsverfahren, optional mit Pelletierung, eine gute Alternative. Wenn lediglich Stickstoff entfrachtet werden soll, bietet sich eine Ammoniak-Strippung an. Diejenigen Verfahren mit einem hohen Wärmebedarf (Tabelle 2) wie die Trocknung, die Eindampfung, die Vakuumverdampfung und die Strippung sind vor allem für Betriebe mit einem Wärmeüberschuss empfehlenswert (Fechter 2019).
Tabelle 2: Zusammenfassung der Abtrenngrade und des Energiebedarfs der Verfahren zur Behandlung der Flüssigphase
 N-AbtrennungP-AbtrennungWasserabscheidungStrombedarf [kWh/m³]Wärmebedarf [kWh/m³]
Vakuumverdampfung47 %67 %60 %10 - 13600 - 1.000
Membranverfahren70 %30 %35 %10 - 30--
Strippung20 %30 %71 %5 - 1045 - 100
Auch in Bayern werden bereits einige Anlagen zur Wirtschaftsdüngeraufbereitung betrieben, welche durch eine Umfrage erfasst wurden. Die Palette der über 90 erfassten Verfahren reicht von der Trocknung über die Pelletierung, Kompostierung und Eindampfung bis hin zur Vakuumverdampfung. Dabei sind neben Separationsanlagen vor allem Trocknungsanlagen und Vakuumverdampfungsanlagen im Einsatz. Separationsanlagen werden in etwa bei einem Drittel bis zur Hälfte aller Biogasanlagen über 75 kW betrieben.
Der Großteil der erfassten Anlagen wird lediglich privat genutzt. Einige der Anlagen werden in einer Gemeinschaft betrieben und vereinzelt werden sie von Lohnunternehmern betrieben. In den meisten Anlagen beträgt die Aufbereitungskapazität schätzungsweise zwischen 5.000 und 20.000 m³ Wirtschaftsdünger pro Jahr.
Laut einer weiteren Umfrage, welche deutschlandweit unter Aufbereitern und Nicht-Aufbereitern durchgeführt wurde, werden Aufbereitungsanlagen vor allem aufgrund der verbesserten Düngewirkung, wegen der Erleichterung bei der Ausbringung und angesichts zu geringer Lagerkapazitäten betrieben.
Insgesamt sind die Befragten mit ihren Anlagen sehr zufrieden. Wie die folgende Abbildung zeigt, war ihnen bei der Anschaffung die Verwertbarkeit der Endprodukte, ein geringer Arbeitsaufwand und ein geringer Stromverbrauch besonders wichtig. Weniger wichtig sind hingegen, dass die Herstellerfirma bzw. der Lohnunternehmer vor Ort sind und hohe N- und P-Abtrenngrade.

Polaritätsprofil: Gründe für Anschaffung einer Wirtschaftsdüngeraufbereitungsanlage

Abbildung: Polaritätsprofil der mittleren Beurteilung wichtiger Punkte bei der Anschaffung einer Aufbereitungsanlage der 115 Personen, die Aufbereiten oder über die Anschaffung einer Aufbereitung nachdenken (n=115)
Zudem überlegen bzw. planen bereits 41 % der Umfrageteilnehmer, die bisher nicht aufbereiten, ihren Wirtschaftsdünger künftig aufzubereiten. Für 35 % kommt eine Aufbereitung allerdings nicht in Frage, da häufig die Investitionskosten zu hoch sind oder kein Nährstoffüberschuss vorhanden ist.
Es stehen auch 13 % der Befragten der Aufbereitung negativ gegenüber, was häufig an den hohen Kosten und dem Arbeitsaufwand liegt. Hingegen sehen 58 % die Aufbereitung aufgrund der höheren Transportwürdigkeit, der besseren Nähstoffverfügbarkeit und den damit verbundenen Umweltauswirkungen positiv.

Projektinformation
Projekttitel: Wissenschaftliche Literaturstudie zur Wirtschaftsdüngeraufbereitung einschließlich Marktanalyse und Praxisumfrage
Projektbearbeiterin: Theresa Nitzl
Projektleiter: Dr. Fabian Lichti
Laufzeit: 01.11.2020 bis 31.10.2021
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
Förderkennzeichen: G2/N/20/03