Wertvoller Dünger und Humus aus Biogas

Die Gärreste, die in Biogasanlagen bei der Erzeugung von Biogas entstehen, bestehen zu 90 Prozent aus Wasser und enthalten neben dem wertvollen Wasser auch Nährstoffe, die ebenso wertvoll sind: Stickstoff, Phosphor und Kalium etwa. Üblicherweise wird diese Gärrest-Gülle als Dünger auf Feldern ausgebracht. Das Problem: Die Gülle führt zu einer weiteren Überdüngung der Böden, vor allem zu einem lokalen Stickstoff-Überschuss. Dieser zerstört nicht nur das Bodenleben, auch das Klima, sobald sich der Stickstoff in Lachgas verwandelt hat. Was noch an Kohlenstoff in der Gülle vorhanden ist, entweicht bei dieser Nutzung von Gärresten als CO₂ in die Atmosphäre. Erschwerend hinzu kommt, dass Gülle eben aufgrund ihres hohen Nährstoff-Gehalts in den Wintermonaten nicht ausgebracht werden darf. Die Folge: Ein an und für sich wertvoller Rohstoff wird zu einem Problemstoff und in großen Tanks ungenutzt gelagert oder über viele tausend Kilometer abtransportiert.

Feststoffe und Flüssigkeit zu trennen, das Wasser aufzubereiten und die vorhandenen Nährstoffe zu destillieren, rentiert sich bisher nur für wenige Biogasanlagen, was vor allem am Stickstoff liegt: Klassische Methoden wie Verdampfung und Ultradestillation brauchen viel Energie und Chemikalien zur Vorbehandlung. Überdies entfernen sie den Stickstoff nicht vollständig. Die Verfahren sind teuer und ineffizient. „Für die meisten Biogasanlagen ist es bisher wirtschaftlich einfach nicht machbar, den Stickstoff zu entfernen“, resümiert Paar.

BioProfit ändert dies, indem die Projektpartner ein anderes, kostengünstiges, Verfahren zum Einsatz bringen: Membrandestillation. Paar: „Die größte Herausforderung dabei ist es, ein Verfahren, dass zurzeit im Labormaßstab funktioniert, so weiterzuentwickeln, dass es in realen Anlagen und unter den teilweise rauhen Bedingungen direkt an den Biogasanlagen funktioniert.“

Bei der Membrandestillation werden die Gärreste bei niedriger Temperatur aus Abwärme verdampft. Das in den Gärresten vorhandene Ammoniak (eine Stickstoffverbindung) wird gelöst, strömt durch eine Membran und wird dort – im sogenannten Permeat – als Ammoniumsulfat gebunden. Dieser Prozess hält sich weitgehend selbst in Gang: Die Energie stammt aus der Differenz des Dampfdrucks im Feed (Gärrest) im Vergleich zum Permeat. Der Energieaufwand für die Membrandestillation, die noch dazu ein hochreines Destillat liefert, ist entsprechend gering. Ebenso entfallen Chemikalien und Vorbehandlungen.

Am Ende des Prozesses stehen drei Produkte: Das gereinigte Wasser, das den Prozessen wieder zugeführt werden kann und Ammoniumsulfat als biologischer regional erzeugter Düngerzusatz. Gibt man es den aus dem Gärrest abgetrennten Feststoffen hinzu, erhält man wertvollen Humus, der nicht nur düngt, sondern auch CO₂ dauerhaft im Boden speichert (und sich via CO₂-Zertifikat handeln lässt). Der Kreislauf ist geschlossen.

Dass die Membran-Destillation funktioniert, konnte bereits in anderen Projekten gezeigt werden. Jetzt kommt es darauf an, sie für Biogasanlagen zu adaptieren. Für die mittelständischen Biogasproduzenten, die Böden, das Klima und die Energiesouveränität wäre dies jedenfalls ein Gewinn.