Innovationsraum:BaMS-VaCO2-Verringerung von Ammoniak-und CO2-Emissionen an Biogasanlagen unter Verwendung verschiedener lokaler Reststoffströme

Abstract

Projektziel Ziel des Vorhabens VaCO₂ war die Entwicklung eines Verfahrens zur Verringerung von Ammoniak und CO₂-Emissionen an Biogasanlagen sowie die Überführung dieser Emissionen in verwertbare Stoffströme. Im Mittelpunkt stand die Herstellung ammoniumhaltiger Lösungen aus betriebseigenen Reststoffströmen als Nährstoffquelle für die Algenprodukton im Verbundprojekt ÖkoPro. Projektverlauf Im Zeitraum von 2022 bis 2025 wurden die erforderlichen technischen Einrichtungen aufgebaut und unter Praxisbedingungen erprobt. Im ersten Projektabschnitt erfolgte die Errichtung der grundlegenden Infrastruktur. Hierzu gehörten die Beschaffung und Installation von IBC-Containern, die Einrichtung von Sammel- und Waschsystemen, die Untersuchung von Kondensatwässern zur Aufnahme ammoniakhaltiger Luftmasse durch Überführung in Lösung. Zusätzlich wurden Umbauten an der vorhandenen Trocknungstechnik durchgeführt und die Voraussetzungen für die spätere Einbindung von CO₂- Strömen aus BHKW-Abgasen geschaffen. Im zweiten Projektabschnitt wurden Diffusor-, Gebläse- und Verdichtereinheiten entwickelt und aufgebaut. Ziel war die kontrollierte Einleitung ammoniakhaltiger Brüden in unterschiedliche Waschmedien. Die entwickelte Technik wurde erfolgreich aufgebaut und für den späteren Versuchsbetrieb vorbereitet. Im dritten Projektabschnitt erfolgte die intensive Erprobung des Verfahrens. Es wurde im letzten Projektjahr intensiv mit einem Rieselbett-Reaktor gearbeitet, dessen Funktionalität voll gegeben war. Dabei wurden verschiedene Prozesswässer untersucht und hinsichtlich ihrer Eignung als Waschmedium bewertet. Untersucht wurden Oberflächenwasser, Sickerwasser, Kondensate aus unterschiedlichen Anlagenteilen sowie weitere betriebliche Prozesswässer. Die Untersuchungen zeigten, dass insbesondere Oberflächenwasser aufgrund seiner geringen Vorbelastung gute Voraussetzungen für die Aufnahme von Ammoniak besitzt. Gleichzeitg wurde festgestellt, dass eine gezielte pH-Wert-Absenkung die Aufnahmeleistung deutlich verbessern kann. Hieraus entstand die Entwicklung der Ansäuerung mittels Ameisensäure. Im vierten Projektabschnitt wurden die gewonnenen Erkenntnisse in einen kontinuierlichen Versuchsbetrieb überführt. Darüber hinaus erfolgte die Zusammenführung der Ammoniak- und CO₂- Ströme in einem gemeinsamen Verfahren. Die erzeugten ammoniumhaltigen Lösungen wurden anschließend im Schwesterprojekt ÖkoPro für die Algenproduktion eingesetzt. Wesentliche Ergebnisse Im Projektverlauf wurden zahlreiche Versuchsreihen zur Bindung von Ammoniak durchgeführt. Es konnte nachgewiesen werden, dass ammoniakhaltige Emissionen aus Biogasanlagen erfolgreich in verwertbare ammoniumhaltige Lösungen überführt werden können. Besonders erfolgreiche Ergebnisse wurden bei der Verwendung von angesäuertem Oberflächenwasser erzielt. Durch die gezielte Einstellung des pH-Wertes konnten stabile Betriebsbedingungen geschaffen und hohe Ammoniumgehalte erreicht werden. Zusätzlich wurden umfangreiche Versuche ohne Säurezugabe durchgeführt. Auch hierbei konnte eine Aufnahme von Ammoniak nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass unterschiedliche technische Verfahrensvarianten grundsätzlich funktionsfähig sind. Die Versuche bestätigten die technische Machbarkeit der Ammoniakrückgewinnung unter Praxisbedingungen und zeigten gleichzeitig weitere Optimierungsmöglichkeiten hinsichtlich Prozessführung und Wirtschaftlichkeit auf. Bedeutung der Ergebnisse Die Untersuchungen belegen, dass Ammoniakemissionen aus Biogasanlagen als nutzbare Ressource erschlossen werden können. Die Rückgewinnung des Stickstoffs eröffnet die Möglichkeit, diesen erneut in biologische Produktionsprozesse einzubringen und Stoffkreisläufe zu schließen. Im Projekt konnte dies bereits durch die Nutzung der ammoniumhaltigen Lösungen in der Algenproduktion demonstriert werden. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse ein Potenzial für zukünftige Anwendungen in der Landwirtschaft. Die Rückgewinnung von Stickstoff aus Emissionsströmen könnte langfristig dazu beitragen, den Einsatz energieintensiv hergestellter synthetischer Stickstoffdünger teilweise zu ersetzen. Weiterer Forschungsbedarf Die bisherigen Ergebnisse werden als vielversprechend bewertet. Für eine abschließende Bewertung und eine mögliche großtechnische Umsetzung sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich. Insbesondere erscheinen zusätzliche Versuchsreihen sinnvoll, um die Langzeitstabilität des Verfahrens zu untersuchen, verschiedene Waschmedien und Säurezusätze zu vergleichen, die Wirtschaftlichkeit im Dauerbetrieb zu bewerten und die Nutzung der erzeugten Ammoniumlösungen als Düngemittel weiterzuentwickeln. Die Ergebnisse des Vorhabens bilden damit eine belastbare Grundlage für weiterführende Forschungs- und Demonstrationsprojekte im Bereich der Nährstoffrückgewinnung, Emissionsminderung und Kreislaufwirtschaft an Biogasanlagen. Fazit Im Vorhaben VaCO₂ konnte erfolgreich gezeigt werden, dass Ammoniak aus Emissionsströmen einer Biogasanlage zurückgewonnen und in verwertbare ammoniumhaltige Lösungen überführt werden kann. Die durchgeführten Versuchsreihen lieferten vielversprechende Ergebnisse sowohl mit angesäuerten als auch mit nicht angesäuerten Waschmedien. Das Verfahren besitzt Potenzial für die Nutzung in der Algenproduktion sowie perspektivisch für Anwendungen zur Rückgewinnung von Stickstoff und zur teilweisen Substitution synthetischer Stickstoffdünger.