ReFarM

Elf Monate lang war die Pilotanlage des REFARM-Projekts auf dem Milchviehbetrieb der Familie Broekroelofs im Einsatz. Unter realen Praxisbedingungen wurde dort untersucht, wie sich Phosphor aus der Dünnfraktion von Rindergülle zurückgewinnen lässt. Der Pilotversuch lieferte wertvolle Erkenntnisse: Wesentliche Teile des Verfahrens funktionierten wie erwartet. Gleichzeitig zeigte sich, an welchen Stellen noch Optimierungsbedarf besteht. Auf Grundlage dieser Erfahrungen wird die Anlage nun weiterentwickelt und technisch verbessert.

REFARM steht für ‘Rethinking Farming and Manure Management’. In diesem deutsch-niederländischen Kooperationsprojekt werden innovative Technologien entwickelt, um Wirtschaftsdünger effizienter aufzubereiten und wertvolle Bestandteile zurückzugewinnen. Ziel ist es, die enthaltenen Nährstoffe möglichst effizient zu nutzen und zu Produkten wie alternativen Düngemitteln, Bodenverbesserern und Biogas weiterzuverarbeiten.

Damit verfolgt REFARM einen neuen Ansatz im Umgang mit Wirtschaftsdünger: Er wird nicht nur als Stoffstrom betrachtet, der verwertet oder abgegeben werden muss, sondern vor allem als Quelle wertvoller Rohstoffe.

Phosphor aus Gülle zurückgewinnen

Eine der im REFARM-Projekt untersuchten Technologien konzentriert sich auf die Rückgewinnung von Phosphor aus der Dünnfraktion von Rindergülle. Phosphor ist ein essenzieller Pflanzennährstoff und damit ein wichtiger Rohstoff für die Landwirtschaft. Wird er aus Gülle zurückgewonnen, kann dieser Nährstoff gezielter wieder in den landwirtschaftlichen Kreislauf zurückgeführt werden.

In der Pilotanlage auf dem Betrieb der Familie Broekroelofs wurde die Dünnfraktion zunächst angesäuert. Dadurch wird der darin enthaltene Phosphor freigesetzt. Anschließend wird Calcium zugegeben, sodass sich Calciumphosphatpartikel bilden können.

Die ursprüngliche Pilotanlage bestand aus einem Gärbehälter mit nachgeschalteten separaten Absetzbecken. Die Idee dahinter: Die gebildeten Calciumphosphatpartikel sollten sich in diesen Becken absetzen und anschließend aufgefangen werden.

Praxistest zeigt Optimierungspotenzial

Der Pilotversuch bestätigte zunächst einen entscheidenden Punkt: Die Ansäuerung funktioniert. Der Phosphor konnte wie vorgesehen aus der Gülle freigesetzt werden.

Die größte Herausforderung zeigte sich im anschließenden Prozessschritt. Die getrennten Gär- und Absetzbecken hielten die gebildeten phosphorhaltigen Partikel nicht ausreichend zurück. Ein erheblicher Teil der Feststoffe setzte sich nicht ab, sondern wurde zusammen mit der behandelten Flüssigkeit aus der Anlage ausgetragen.

Damit war klar, wo der nächste Entwicklungsschritt ansetzen muss. Denn die Freisetzung des Phosphors ist nur der erste Teil des Verfahrens. Soll Phosphor tatsächlich als wertvoller Rohstoff zurückgewonnen werden, müssen die entstandenen Partikel anschließend möglichst effizient im System zurückgehalten und gesammelt werden.

Genau darin liegt der Wert eines Pilotversuchs unter Praxisbedingungen. Ein Verfahren, das unter kontrollierten Laborbedingungen funktioniert, muss sich auch mit realen Gülleströmen und unter den Bedingungen eines landwirtschaftlichen Betriebs bewähren. Die Erfahrungen auf dem Betrieb der Familie Broekroelofs liefern den Forschenden und technischen Projektpartnern nun konkrete Ansatzpunkte für die Weiterentwicklung des Systems.

Neues Reaktordesign soll mehr Phosphor zurückhalten

Auf Grundlage der Ergebnisse wird die Reaktorkonfiguration der Pilotanlage grundlegend angepasst. Der Ansäuerungsschritt bleibt unverändert. Neu gestaltet wird hingegen die Art und Weise, wie die Vergärung und die Rückhaltung der Feststoffe erfolgen.
Die neue Pilotanlage arbeitet mit einem anaeroben Aufstrom-Schlammbettreaktor. Das Konzept basiert auf einer Reaktorkonfiguration, die sich bei Wetsus bereits im Labormaßstab bewährt hat.

Der entscheidende Unterschied liegt in der Kombination der Prozessschritte. In der ersten Pilotanlage erfolgte die Vergärung in einem separaten Behälter. Anschließend sollten die phosphorhaltigen Feststoffe in nachgeschalteten Absetzbecken aufgefangen werden. Im neuen Reaktordesign finden Vergärung und Feststoffrückhaltung in einem einzigen Reaktor statt.

Auch der Separator im oberen Bereich des Reaktors wird optimiert. Er soll dafür sorgen, dass die gebildeten phosphorhaltigen Partikel besser im System verbleiben und nicht mit der behandelten Flüssigkeit ausgetragen werden. Das Ziel: möglichst viel Phosphor im Reaktor zurückhalten und dadurch die Rückgewinnungsrate erhöhen.

„Der Pilotversuch hat bestätigt, dass wir Phosphor erfolgreich aus der Gülle freisetzen können. Der nächste Schritt besteht darin, die gebildeten phosphorhaltigen Partikel deutlich besser im System zurückzuhalten. Mit dem neuen Reaktordesign übertragen wir die guten Ergebnisse aus dem Labor auf eine robustere Anwendung in größerem Maßstab“, erklärt Ece Kutlar, Doktorandin bei Wetsus.

Vom Forschungsergebnis zur praxistauglichen Anlage

Im nächsten Entwicklungsschritt werden Forschung und praktische Umsetzung noch enger miteinander verknüpft. Die bisherige Pilotanlage wird derzeit umgebaut. Anschließend soll sie im Labor genutzt werden, um die neue Konfiguration weiter zu testen und zu optimieren.

Parallel dazu untersucht Oosterhof Holman, wie sich die vorgeschlagenen Verbesserungen technisch und praktisch umsetzen lassen.
Karst Wierenga, Arbeitsvorbereiter bei Oosterhof Holman: „Eine Lösung kann im Labor gut funktionieren, letztlich muss sie aber auch technisch realisierbar und unter Praxisbedingungen zuverlässig sein. Dank der Erfahrungen aus dem ersten Pilotversuch können wir nun sehr gezielt am nächsten Entwicklungsschritt arbeiten.“

Aus den Forschungsergebnissen und den praktischen Erfahrungen entsteht so eine verbesserte Version der Anlage. Diese wird zunächst von Oosterhof Holman getestet und anschließend für die nächste Projektphase in Deutschland installiert.

Schritt für Schritt zu einer Lösung für die Praxis

Die Erfahrungen auf dem Betrieb der Familie Broekroelofs markieren daher nicht das Ende des Pilotversuchs, sondern einen wichtigen Schritt im Entwicklungsprozess. Der Praxistest hat gezeigt, welche Teile des Verfahrens funktionieren, wo Verluste entstehen und welche Komponenten neu konzipiert werden müssen.

Dieses Zusammenspiel von Forschung, Technik und Praxis bildet den Kern von REFARM. Das System wird getestet, die Ergebnisse werden ausgewertet und die Technik anschließend gezielt weiterentwickelt. So entsteht Schritt für Schritt eine robuste Technologie, mit der wertvolle Nährstoffe aus Wirtschaftsdünger zurückgewonnen werden können.

Genau darauf zielt REFARM ab: Wirtschaftsdünger nicht nur zu verarbeiten, sondern die darin enthaltenen Wertstoffe bestmöglich zu nutzen. Auf diese Weise können Nährstoffe erneut in der Landwirtschaft eingesetzt und Stoffkreisläufe weiter geschlossen werden.
Die Animation zeigt, wie die REFARM-Pilotanlage für die nächste Projektphase umgebaut wird und welche technischen Verbesserungen dabei umgesetzt werden.