Ressourcen: Forschung

Rohstoffe und Energie aus Klärschlamm und Bioabfällen gewinnen

Rohstoffe und Energie aus Klärschlamm und Bioabfällen
Ultraschall-Anlage: zwei Ultraschallgeber im Doppelreaktor für kontinuierlichen Durchfluss. © BSonic GmbH

Fraunhofer UMSICHT zeigt neue Verfahren zur regionalen Nutzung von Biomassen

Viele biogene Reststoffe, insbesondere Klärschlamm, enthalten relevante Wertstoffe, die jedoch bislang nicht optimal verwertet werden. Ein umweltschonender und nachhaltiger Ansatz dazu ist eine Kreislaufführung dieser Rohstoffe durch eine gezielte regionale Wertstoffrückgewinnung. Fraunhofer UMSICHT zeigt Lösungen für die Aufbereitung und Verwertung von Klärschlamm zur Phosphorrückgewinnung mittels Ultraschall sowie andere regionale Nutzungskonzepte für Biomassen, von der Brennstoffbereitstellung bis zur stofflichen Nutzung – vom 14. bis zum 18. Mai auf der IFAT in München, Halle B2, Stand 215/314.

Patentierter magnetostriktiver Ultraschallgeber bestehend aus Transducer und Sonotrode.

Klärschlamm ist ein heterogenes Vielstoffgemisch, das sich hauptsächlich aus Wasser, organischen Substanzen, Stickstoff- und Phosphorverbindungen sowie aus anderen Rückständen wie z. B. Schwermetallverbindungen oder Arzneimittelrückständen zusammensetzt. Alleine in Deutschland belief sich das Aufkommen in industriellen und kommunalen Kläranlagen im Jahr 2015 auf gut 1,8 Mio t. Aufgrund neuer gesetzlicher Regularien (Novellierung der Klärschlammverordnung) ist ein Umdenken in der bisherigen Klärschlammverwertung notwendig. Fraunhofer UMSICHT arbeitet dazu mit Projektpartnern an der Weiterentwicklung und Umsetzung eines innovativen Verfahrens zur Behandlung und anschließenden Fraktionierung von Klärschlammbestandteilen, insbesondere zur Phosphorrückgewinnung.

Patentierter magnetostriktiver Ultraschallgeber bestehend aus Transducer und Sonotrode

Patentierter magnetostriktiver Ultraschallgeber bestehend aus Transducer und Sonotrode. © BSonic GmbH

Ultraschallbehandlung von Klärschlamm

Kernstück der neuen Prozesskette ist eine Ultraschall-Kavitations-Anlage. Ein spezieller Ultraschallgeber bringt einen sehr hohen Leistungseintrag in das zu behandelnde Medium ein. Dadurch werden innerhalb des durchströmten Mediums akustische Kavitationsblasen erzeugt. Implodieren diese, werden verschiedene physikalische und chemische Effekte hervorgerufen. Die große Schwingungsamplitude, die durch die neue Ultraschalltechnik erreicht werden kann, ist dabei ein entscheidender Einflussparameter. „Es kommt zum Zellaufschluss und einer verbesserten Trenneigenschaft, sodass der Klärschlamm besser mechanisch in verschiedene Wertstofffraktionen separiert werden kann“, erklärt Lukas Rüller aus der Abteilung Verfahrenstechnik bei Fraunhofer UMSICHT. Es entsteht eine cellulosereiche Faserfraktion, eine nährstoffreiche Gelfraktion und eine leicht vergärbare Flüssigkeitsphase, die jeweils für weitere Nutzungskonzepte (Ammonium- und Phosphorrückgewinnung, Vergärung etc.) verwendet werden können.

Im Rahmen des Vorhabens „UltraSep“ möchte Fraunhofer UMSICHT die physikalischen und chemischen Wirkmechanismen der Technologie untersuchen. Zusammen mit der BSonic GmbH und dem Chemischen Laboratorium Dr. Fülling GmbH & Co. KG wird eine Versuchsanlage konzipiert, die in der Folge als portable Containerversion zu errichten ist. Nach ersten Probeversuchen soll die Versuchsanlage in ein Klärwerk integriert und im Praxisbetrieb optimiert werden.

Ersatz für fossile Brennstoffe: regionale Nutzungskonzepte für Biomasse

Um langfristig den weiter steigenden Energiebedarf decken zu können, braucht es Technologien, die auch bis dato ungenutzte nachhaltige Rohstoffe als Energielieferanten nutzbar machen; Rohstoffe wie Gras- und Grünschnitt, Ernterückstände, Verarbeitungsreste aus land- und forstwirtschaftlicher Produktion oder Bioabfälle. „Fraunhofer UMSICHT treibt vor dem Hintergrund des nachhaltigen Wirtschaftens die Umwandlung von bislang nicht brennbaren, geringwertigen Rohstoffen in höherwertige Produkte voran“, so Dr. Esther Stahl, Abteilung Verfahrenstechnik bei Fraunhofer UMSICHT.

„Durch geeignete Aufbereitungsschritte wie Zerkleinerungs-, Trocknungs- und Kompaktierungsverfahren oder durch die hydrothermale Carbonisierung (HTC) entstehen Produkte, die sich als CO2-neutraler Ersatz für fossile Brennstoffe eignen.“ Die bei der Biomassekonfektionierung entstehende Feinfraktion kann nach einem Hygienisierungsschritt als Bodenverbesserer in der Landwirtschaft eingesetzt werden. Das entsprechende Hygienisierungsverfahren hat Fraunhofer UMSICHT gemeinsam mit der Franz-Josef Kipp GmbH & Co. KG entwickelt. So kann das Stoffstrommanagement von biogenen Reststoffen vor allem auf regionaler Ebene optimiert werden.


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