Gülle: Vom Problemstoff zum Wertstoff

Jedes Jahr produzieren Schweine, Rinder und Geflügel in Europa etwa 1.800 Millionen Kubikmeter Gülle. Laut Landwirtschaftszählung 2010 sind es alleine in Deutschland 160 Millionen Kubikmeter, davon 36 Millionen Kubikmeter Schweinegülle.

Ein Großteil dieser Gülle fällt in den großen Schweinemastbetrieben an, die sich vor allem in Regionen Niedersachsens und Nordrhein-Westfalens angesiedelt haben. Allerdings gibt es dort, wo die Gülle entsteht, bei weitem nicht genug Ackerflächen, um sie umweltgerecht auszubringen. Mehr als die Hälfte wird daher in weniger belastete, oft mehrere hundert Kilometer entfernte Gebiete transportiert, mit Millionen von Tanklasterfuhren.

Dabei ist Gülle an sich für die landwirtschaftliche Düngung gut geeignet. Gülle besteht zu 90 Prozent aus Wasser. Wertvolle Pflanzennährstoffe, vor allem Stickstoff und Phosphor, und unverdauliche Futterreste wie Pflanzenfasern sind weitere Bestandteile. Das Problem ist aber: Wird mehr Gülle auf die Felder ausgebracht als die Böden binden und die Wurzeln der Pflanzen aufnehmen können, gefährdet der Stickstoff als Nitrat das Grundwasser. Auch überschüssiges Phosphat belastet die Gewässer. In Deutschland wird, anders als in den Niederlanden oder Belgien, die Überdüngung mit Phosphat momentan gesetzlich noch nicht geregelt.

Kombinierte Verfahren für die Gülleaufbereitung

Der Problemstoff Gülle kann jedoch auch zu einem wertvollen Rohstoff werden. Voraussetzung ist, dass seine Bestandteile zu definierten Düngerkomponenten aufbereitet werden. Dazu hat das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB im Rahmen des von der EU geförderten Projekts BioEcoSIM bereits umfangreiche Tests durchgeführt. Seit einem Jahr produziert eine unter Federführung des Fraunhofer IGB gebaute Pilotanlage zur Gülleaufbereitung sowohl mineralische Stickstoff- und Phosphordünger als auch organische Bodenverbesserer.

Die Anlage steht beim Projektpartner Agro Energie Hohenlohe Produkte in Kupferzell (Baden-Württemberg). Pro Stunde verarbeitet die Anlage 50 Kilogramm Schweinegülle zu etwa 500 Gramm mineralischem Phosphatdünger, 500 Gramm mineralischem Stickstoffdünger sowie 900 Gramm organischer Biokohle. Für die Aufbereitung der Gülle sind dabei verschiedene Verfahrensschritte nötig.

So wird im ersten Schritt die wässrige Gülle vorbehandelt, damit sich der Phosphor vollständig löst. Über eine grobe Filtration wird die Gülle sodann in eine feste und eine flüssige Phase getrennt. Die entwässerte feste Phase wird dann mit einem am Fraunhofer IGB entwickelten Verfahren getrocknet, das mit überhitztem Wasserdampf in einem geschlossenen System und daher besonders energieeffizient arbeitet.

Anschließend werden die getrockneten organischen Bestandteile bei über 300 °C mittels Pyrolyse – wie im Trocknungsschritt in einer Atmosphäre aus überhitztem Wasserdampf – zu organischer Biokohle umgesetzt. Mikroorganismen werden hierbei vollständig zerstört. Die flüssige Güllefraktion enthält reichlich gelöste anorganische Nährstoffe. In einem Fällungsreaktor wird zunächst Phosphor recycelt und als Calciumphosphat, Magnesiumphosphat und Magnesiumammoniumphosphat gefällt und abfiltriert.

Stickstoff wird in einem zweiten Schritt zurückgewonnen. Hierzu wird die wässrige Fraktion in eine Membranzelle geleitet. Im Wasser gelöstes Ammoniak diffundiert über die Membran, wird als Ammoniumsulfat gewonnen und in einem weiteren Schritt kristallisiert. Übrig bleibt ein Wasser, das nur noch Spuren von Phosphor und Stickstoff enthält, aber reich an Kalium ist – und optimal zur Bewässerung eingesetzt werden kann.

Aufbereitung am Ort der Entstehung

Laut Fraunhofer IGB sind alle Verfahrensschritte als separate Module in die Pilotanlage integriert worden. Damit werde es möglich, die Gülle direkt am Ort ihres Entstehens zu den drei Produkten aufzuarbeiten. Umfangreiche Untersuchungen und Feldstudien hätten gezeigt, dass die aus Gülle aufbereiteten mineralischen Düngemittel und organischen Bodenverbesserer direkt als gut verfügbare Dünger und humusbildende Substrate in der Landwirtschaft eingesetzt werden können.

„Wir können unsere Produkte auch zu einer je nach Pflanzenart und Bodenbeschaffenheit abgestimmten Nährstoffzusammensetzung vermischen“, erläutert Projektleiterin und Fraunhofer-Forscherin Dr. Jennifer Bilbao. Eine Überdüngung der Böden würde so vermieden. „Zudem sparen unsere Produkte synthetische Dünger ein. Die Herstellung synthetischer Stickstoffdünger benötigt sehr viel Energie; synthetische Phosphordünger werden mit aufwendigen Prozessen aus Rohphosphaten gewonnen.“ Schließlich mache die Masse der entwässerten und aufbereiteten Produkte nur noch etwa vier Prozent der ursprünglichen Güllemenge aus. Die Zahl der Lastwagenfuhren für den Gülletransport könnten drastisch reduziert werden.

Demonstration der Pilotanlage

Wie Fraunhofer IGB hervorhebt, zeigten Gespräche mit Landwirtschaftsverbänden und Landwirten, dass das Interesse an der Gülleaufbereitung und -verwertung groß ist. Zwar könnte sich eine Anlage, nicht zuletzt aufgrund momentan bestehender politischer Hürden, derzeit noch nicht aus dem Erlös der Produkte allein amortisieren. Doch Mastbetriebe zahlten immerhin bis zu 25 Euro, um einen Kubikmeter Gülle zu entsorgen, betont das Institut. Hier liege ein großes Einsparpotenzial.

Das Projektkonsortium präsentiert die Pilotanlage in Kupferzell am 14. Juni 2016 interessierten Investoren, Landmaschinenherstellern und Anwendern aus der Landwirtschaft. Die in der Anlage integrierten Verfahrensschritte werden in Kurzvorträgen vorgestellt, der Betrieb der Anlage live demonstriert. In abschließenden Workshops sind die Teilnehmer eingeladen, über die ökonomischen und ökologischen Auswirkungen der vorgestellten Technologie zu diskutieren.