Nutzungskonzepte für Biomassen

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.

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 das Forschungsin­sti­tut 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

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.

»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 das Insti­tut gemein­sam mit der Franz-Josef Kipp GmbH & Co. KG entwick­elt. So kann das Stoff­strom­man­age­ment von bio­genen Rest­stof­fen vor allem auf regionaler Ebene opti­miert werden.

Fraun­hofer UMSICHT auf der Ifat 2018:  Halle B2, Stand 215/314