UNSERE AKTUELLEN FORSCHUNGSPROJEKTE

 

 

Zukunftsorientiertes Denken, Forschen und Entwickeln treibt uns an. Denn nur so können wir als Unternehmen unsere Innovationsfähigkeit weiter ausbauen und unseren Kunden von unserer erstklassigen Technologie für das thermische und stoffliche Recycling von unterschiedlichen Biomassen überzeugen.  

Im Folgenden finden Sie eine Auswahl an aktuellen und abgeschlossenen Forschungsvorhaben.

Pflanzenverfügbarkeit von Nährstoffen und Schwermetallen aus thermisch mineralisiertem Klärschlamm

Wir als PYREG GmbH können ein Verfahren anbieten, das Klärschlamm umweltfreundlich und profitabel zu hoch pflanzenwirksamen Phosphordünger verwertet.  Grundlage dafür ist ein Forschungsprojekt, das wir gemeinsam mit Prof. Dr. agr. Thomas Appel von der Technischen Hochschule Bingen ins Leben gerufen haben.

Die Ausgangssituation: Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen enthält in der Regel Stickstoff und Phosphor in ähnlicher Nährstoffdichte wie Wirtschaftsdünger von Schweinen und Geflügel. Außerdem besteht Klärschlamm zu ca. 80 % in der Trockensubstanz aus organischem Material. Klärschlamm eignet sich deshalb auch zur energetischen Verwertung. Problematisch bei der Klärschlammverwertung sind allerdings die akkumulierten Schadstoffe, zum einen vor allem die Schwermetalle und zum anderen organische Schadstoffe.

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Eine zukunftsweisende Klärschlammverwertung zielt deshalb auf folgendes

  • Effiziente energetische Verwertung der organischen Substanz des Klärschlamm
  • Beseitigung der organischen Schadstoff
  • Immobilisierung oder Extraktion der anorganischen Schadstoff
  • Mobilisierung der Pflanzennährstoffe für die landbauliche Verwertung.

Durch eine Behandlung des Klärschlamms lassen sich nicht alle Ziele gleichermaßen erreichen.

Eine effiziente energetische Verwertung ist zum Beispiel mit dem PYREG®-Verfahren möglich, wobei Temperaturen von ca. 600 °C erreicht werden. Für die Beseitigung organischer Schadstoffe und die Mobilisierung des im Klärschlamm vorhandenen Phosphors sind dagegen höhere Temperaturen von über 900 °C günstig, wie sie beispielsweise bei der Klärschlammverbrennung entstehen. Im Vergleich zu unbehandeltem Klärschlamm ist die Löslichkeit der Schwermetalle sowie der Alkali- und Erdalkalimetalle im Rückstand einer thermischen Behandlung geringer. Das bedeutsamste Nährelement im Klärschlamm ist allerdings der Phosphor. Phosphor kommt je nach thermochemischer Behandlung des Klärschlamms in unterschiedlichen Verbindungen vor und seine Pflanzenverfügbarkeit ist deshalb stark von der Art der Behandlung abhängig. Rumphorst und Ringel (1994) stellten zum Beispiel fest, dass die Löslichkeit des Phosphors in der Asche von der Temperatur während der Umsetzung abhing. Bei einer Umsatztemperatur von 500°C konnte aus der Asche vier- bis zehnmal mehr P ausgewaschen werden, als bei höheren Temperaturen von 600 °C bis 900 °C. Allerdings ist die Löslichkeit von Phosphor in Wasser oder in organischen Säuren (z.B. Zitronensäure) noch kein absolutes Maß dafür, wie gut der Nährstoff für Pflanzen verfügbar ist. Hierzu wurden anschließend entsprechende Pflanzversuche im Gewächshaus der Fachhochschule Bingen sowie Feldversuche im ganzen Bundesgebiet durchgeführt. Derzeit laufen weitere Versuche, um die ersten Ergebnisse zu untermauern.

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CO2-negative Energieerzeugung und Schließung regionaler Stoffkreisläufe im ländlichen Raum

Zusammen mit dem Bundesministerium für Forschung und Entwicklung sowie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt haben wir als PYREG GmbH ein weiteres Verbundvorhaben in Sachen Klimaschutz in Angriff genommen: Im Wendland untersuchen wir die CO2-negative Energieerzeugung und Schließung regionaler Stoffkreisläufe im ländlichen Raum.

Da die Biosphäre durch zivilisationsbedingte Infrastrukturmaßnahmen sowie durch die Nahrungsmittel- und Holzproduktion schon sehr stark beansprucht wird, ist die Ausweitung land- und forstwirtschaftlicher Aktivitäten zur Energieerzeugung nicht unbegrenzt möglich. Langfristig sinnvoll sind daher Verfahren, die dazu beitragen können, die vorhandenen Biomasseströme effektiver zu nutzen und auch künftig hygienisierte Sekundärrohstoffe in die Pflanzenernährung zu integrieren. Insbesondere Biogasanlagen bieten hier große Potentiale, da hier lokale Biomasseströme in hohem Maße konzentriert werden und durch die zunehmende Zahl der Anlagen neue Problemfelder generiert werden könnten.

Nähere Informationen finden Sie unter www.climacarbo.de

 

 

    

Aktivierte Pflanzenkohle aus Elbauen

Jedes Elbe-Hochwasser trägt Schlamm auf die landwirtschaftlich genutzten Wiesen und Weiden zwischen den Deichen. Der ist allerdings vielfach mit Schwermetallen und Dioxinen belastet. Eine Arbeitsgruppe um die Geobiowissenschaftlerin Prof. Dr. Brigitte Urban von der Leuphana Universität Lüneburg arbeitet zusammen mit der PYREG GmbH an der Entwicklung eines Verfahrens, mit dem der belastete Grünschnitt zu Pflanzenkohle verarbeitet werden kann. Die Schadstoffe sollen so zerstört und das Material anschließend – mit Nährstoffen angereichert – als Bodendünger in der Landwirtschaft eingesetzt werden.

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Schon vor der Flut im Juni 2013 waren die Böden der Elbauen stark belastet: 2012 wurden Dioxinwerte gemessen, die in der Spitze beim 35-fachen des allgemein anerkannten Richtwerts von 40 Nanogramm pro Kilogramm Boden für die Bewirtschaftung der Auen lagen. Das ist auch deshalb ein Problem, weil 4.500 der etwa 6.000 Hektar Überschwemmungsgebiet der Mittelelbe in Niedersachsen grünlandwirtschaftlich genutzt werden. Für die Landwirte ist die Dioxin-Belastung dieser Flächen seit Jahrzehnten ein Problem. Sie bräuchten Gras und Heu als Futtermittel. Doch der Umweltschadstoff Dioxin kann praktisch nicht abgebaut werden, lagert sich vielmehr an Pflanzen und in Lebensmitteln wie Eiern, Milch und Fleisch ab.  

Das Forschungsprojekt sieht vor, aus dem belasteten Grünschnitt zunächst Pflanzenkohle herzustellen. Dabei wird das Dioxin vollständig zerstört. Anschließend soll die Pflanzenkohle mit Nährstoffen aus Biokompost, Gülle oder Mist fruchtbar gemacht werden. So entsteht ein neuer Bodenverbesserer, der künstlich hergestellten Mineraldünger ersetzen kann. Obendrein ist der neue Dünger klimafreundlich: Bei der Herstellung wird das CO2 aus den Pflanzen gebunden und gelangt nicht mehr in die Atmosphäre.

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Kraft-Wärme-Kopplung mit
PYREG-Reaktor und Mikrogasturbine

Zusammen mit Prof. Dr.-Ing. Winfried Sehn von der Technischen Hochschule Bingen haben wir als PYREG GmbH daran geforscht, wie auch im Bereich der dezentralen regenerativen Energiesysteme nicht nur Wärme erzeugt werden kann, sondern auch die Energieanteile von Bioenergieträgern genutzt werden können. Dies kann  beispielsweise durch die Kopplung von Kraft und Wärme erfolgen (KWK).

Als effizient erwiesen sich hier vor allem Energieanlagen mit kleiner Leistung. Diese werden dem dezentralen Anfall von Biomasse gerecht, umgehen somit Logistikprobleme und entsprechen dem dezentralen Bedarf. Die energetische Biomassenutzung in der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist jedoch für kleine Leistungen (< 50 kWel) noch nicht gelöst. Unser Forscherteam hat deshalb ein Lösungskonzept mit einer Mikrogasturbine erarbeitet.

 

 

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung einer Phosphor-Rückgewinnungsanlage aus Sicht der Anlagenbetreiber

Zentrale Fragestellung der Studie mit der Technischen Unversität Clausthal (Prof. Dr. Schenk-Mathes, Institut für Wirtschaftswissenschafte) war, ob sich für einen Kläranlagenbetreiber die Investion in eine Klärschlammvertungs-Anlage lohnt. 

Der Wirtschaftlichkeitsberechnung wurde dabei die Kapitalwertmethode zugrunde gelegt. Dabei handelt es sich um ein rechnerisches Verfahren, das eine realitätsnahe Abbildung und dynamische Betrachtung der Investition sowie eine leichte Interpretation ermöglicht. Die Untersuchung konnte zeigen, dass sich die Tätigkeit der Investion für einen Anlagenbetreiber lohnt.