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Die
Erfindung betrifft einen Formkörper
zum Düngen,
der neben mineralischen Düngemitteln
organische Stoffe enthält.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
solchen Formkörpers.
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Düngemittel
sind organische und anorganische Stoffe, die dem Boden zur Verbesserung
des Pflanzenwachstums oder der Ertragssteigerung zugeführt werden.
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Rein
organische Düngemittel
stammen beispielsweise aus Kompostieranlagen, aus der Gülle von
Viehmastbetrieben, gereinigten Klärschlämmen oder auch aus Flüssigphasen
von anaerob betriebenen Biogasanlagen.
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Dem
gegenüber
sind auch im Handel erhältliche
Dünger
bekannt, die als rein mineralische Dünger oder auch organische Stoffe
wie Guano (getrocknetes Vogelexkrement) angeboten werden. Typische Mineralien,
welche das Pflanzenwachstum fördern, sind
Phosphat oder Kaliumoxide. Ebenso wichtig, aber auch im Übermaß verwendet
schädlich,
sind Nitrate, die in der Vergangenheit insbesondere als Bestandteil
von Vieh-Gülle
in der Landwirtschaft verwendet worden ist. Nicht nur durch staatliche
Düngeverordnungen,
sondern insbesondere aus ökologischen
Gründen
ist es ratsam, wenn nicht notwendig, die Düngereinbringung in Felder und Äcker mengenmäßig und
zeitlich zu begrenzen. Insbesondere haben Bodenproben von Grundwasseruntersuchungen gezeigt,
dass überall
dort, wo durch moderne Massentierhaltungen große Güllemengen auf Feldern, Wiesen
und Äckern
entsorgt worden sind, eine erhebliche Überfrachtung an Nitraten entstand.
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Zur
Lösung
der Aufgabe, einen verbesserten organo-mineralischen Dünger und
ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, wird in der
DE 38 29 938 A1 vorgeschlagen,
eine aus einem stabilisierten Kompost, bei dem die biologisch leicht
abbaubaren Bestandteile aerob abgebaut sind, und mineralischen Zuschlagstoffen
und biologisch chemisch abbaubare organische Vernetzungsmittel zu
mischen, zu pressen, zu erhitzen und abschließend abzukühlen. Zielsetzung ist ein lagerfähiger Dünger, der
beispielsweise pelletförmig
sein soll.
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Die
DE 39 02 848 A1 schlägt einen
Formkörper
vor, der alle für
eine optimale Ernährung
von Pflanzenkulturen notwendigen Nährstoffe, Wirkstoffe, Pflanzenbehandlungsmittel
und Hilfsstoffe, deren Partikel über
Stoffbrücken
agglomeriert sind, enthält. Der
Formkörper
soll Kunstharz-Umhüllungen
oder Bindemittel wie Leim, Epoxide oder Polyurethan enthalten.
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Nach
der
EP 0 597 417 B1 wird
die Verwendung eines Düngers
auf landwirtschaftlich genutzten Flächen vorgeschlagen. Der Dünger besteht
aus einem Gemisch aus einem Kompost und einem mineralischen oder
organischen Dünger.
Dieses Gemisch wird zu Pellets oder Granulaten verarbeitet, die
anschließend
gekühlt
und/oder getrocknet werden sollen, wobei der Kompostanteil des Düngers zwischen 30%
und 70% und der Anteil des mineralischen oder organischen Düngers um
etwa 40% bis 60% geringer als der Düngerbedarf pro Hektar der zu
düngenden Pflanze
betragen soll. Der Kompost soll aus tierischen Rohstoffen, insbesondere
Gülle,
Jauche oder Mist oder Kompost aus Grünabfällen, wie Grasschnitt, Laub,
Kleinholz und getrennt eingesammelten organischen Anteilen des Hausmülls bestehen, der
Anteil des verwendeten organischen Düngers aus organischen Düngemittel
wie Guano, Papiermehl oder Hornmehl und schließlich der mineralische Dünger aus
Kalkamoniumsalpeter, Superphosphat oder Kornkali. Mit einer solchen
Mischung soll eine Reduktion der mineralischen oder organischen
Düngemittel
beim Düngevorgang
erreicht werden.
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Die
DE 198 25 165 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines Düngers durch Pressagglomeration.
Zur Herstellung eines pelletförmigen
Düngers
soll einem feinteiligen Mineraldünger
ein feuchtes, natürliches,
organisches Material mit düngenden und/oder
bodenverbessernden Eigenschaften in eine Menge von 20 bis 70 Gewichts%
zugesetzt und mit dem Mineraldünger
vermischt werden, wonach das Gemisch durch Extrusion zu Pellets
agglomeriert wird. Als organisches Material wird Güllefeststoff, Stallmist,
Torf und/oder Kompost und reifer Kompost mit einem üblichen,
zwischen 30 und 40 Gewichts% liegenden Wassergehalt vorgeschlagen.
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Schließlich ist
es aus dem Stand der Technik bekannt, Nutz- und/oder Zierpflanzen
mit Depotdüngern
zu versorgen. Hierunter versteht man solche Düngemittel, welche in einer
Langzeitwirkung nach und nach die Wirkstoffe abgeben. Hierzu wird
in der
DE 198 44 352
A1 ein mit einer Umhüllung
versehendes Düngemittel
vorgesehen, bei dem das übliche Mineral-Düngemittel
mit natürlichen
oder künstlichen organischen
Polymeren oder mit Schwefel ummantelt wird. Zur Verbesserung der
biologischen Abbaubarkeit wird Chitin vorgeschlagen.
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Ausgehend
von dem vorstehend behandelten Stand der Technik ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, einen Formkörper und ein Verfahren zu dessen
Herstellung anzugeben, mit dem kostengünstig, umweltschonend sowie
in optimaler Dosierung die Düngemittel
abgebbar sind.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Formkörper zum
Düngen
nach Anspruch 1 gelöst,
der durch eine Kern-Hülle-Struktur
gekennzeichnet ist, bei der die Hülle des Formkörpers maximal
1 mm dick ist und eine Restfeuchte ≤ 17 Gewichts%, vorzugsweise 10 bis
17 Gewichts%, aufweist, wohingegen die Restfeuchte im Kern 20 bis
25 Gewichts% beträgt.
Anders als bei den nach dem Stand der Technik bekannten Pellets
oder Granulaten mit einem homogenen Restfeuchtegehalt, besitzen
die erfindungsgemäßen Formkörper im
Kern eine höhere
Restfeuchte als in der Hülle.
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Nach
dem Stand der Technik ist bekannt, dass organische Stoffe in Anwesenheit
von Sauerstoff und einer ausreichenden Feuchtigkeit aerob verrotten.
Diese biologische Eigenschaft machen sich die sogenannten aeroben
Kompostierverfahren zu nutze, in dem durch gesteuerte Luftzufuhr
und geregelte Feuchtigkeit im Kompost optimale, die Zersetzung begünstigende
Voraussetzungen geschaffen werden. Eine optimale Feuchtigkeit liegt
bei etwa 40 bis 45 Gewichts%. Senkt man die Feuchtigkeit in einer
Rotte ab, verlangsamt sich der Verrottungsprozess, der bei Restfeuchten
unterhalb von 15 Gewichts%, mit Sicherheit jedoch bei 12 Gewichts% oder
weniger, zum Erlie gen kommt. Derartiges Material mit einem entsprechend
niedrigen Restfeuchtegehalt bezeichnet man als biologisch starr.
Aus diesem Grund ist auch in älteren
Dokumenten zum Stand der Technik vorgeschlagen worden, das organische
Material nach anfänglicher
Verrottung zu trocknen, um es gegebenenfalls nach Zwischenlagerung
entweder unter Ausnutzung des noch vorhandenen Brennwertes zu verbrennen
oder zu einem späteren
Zeitpunkt in der Natur als Frischkompost auszubringen. Wird in einer
organischen noch nicht vollständig
verrotteten Substanz, die eine Restfeuchte von 12 bis 13 Gewichts%
oder weniger besitzt, durch ausreichende Wasserzugabe der Feuchtigkeitsgehalt
erhöht,
setzt in Anwesenheit von Sauerstoff und Mikroorganismen die Verrottung
wieder ein.
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Die
mit vollständig „durchgetrockneten" Pellets erzielten
Düngeresultate
konnten schon deshalb nicht zufrieden stellend sein, da der Feuchtigkeitsgehalt,
der zum Aufschließen
der trockenen Pellets erforderlich war, entsprechend groß gewesen
ist, so dass die in den Dünge-Pellets
enthaltenen Nährstoffe erst
spät in
den Boden gelangt sind. Dies machte sich insbesondere bei solchen
Düngemitteln
nachteilig bemerkbar, die im Herbst in den Boden eingebracht bzw.
aufgestreut werden und nach und nach bis in das Frühjahr hinein
dosiert die Düngewirkung
entfalten sollen. Bei Formkörpern
der erfindungsgemäßen Art
ist dem gegenüber
die zur Wiederaktivierung der Verrottung durchzufeuchtende Masse
in Folge der dünn
gewählten
Hülle klein.
Andererseits schützt
diese trockene Hülle
den Formkörper
vor einer unerwünschten
Zersetzung bei normalen Feuchtigkeitsgraden in der Luft. Mit anderen
Worten, die Dünge-Formkörper sind
auf der einen Seite gut lager- und streufähig und andererseits aufgrund
ihrer Kern-Hülle-Struktur
geeignet, über
längere
Zeit dosiert die im Kerninneren enthaltenen Wirkstoffe abzugeben.
Durch diesen Aufbau ist es auch mit den nach dem Stand der Technik
bekannten Verfahren möglich,
pulverförmige
mineralische Düngemittel
mit beliebigen, aus Rotteanlagen stammenden Komposten oder aus unterschiedlichen
Prozessen stammende Misch-Komposte zu vermengen, zu pelletieren
und in der oberflächennahen
Schicht bis zu einer Eindringtiefe von maximal 1 mm zu trocknen.
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Vorzugsweise
liegt die Restfeuchte in der Hülle
zwischen 12 und 14 Gewichts%, deren Dicke zwischen 0,1 mm und 0,7
mm liegt, insbesondere bei etwa 0,5 mm. Die vorliegende Erfindung
schließt auch
solche Formkörper
mit ein, deren Hülle
noch zusätzliche
die Materialadhäsion
verbessernde Stoffe enthält,
die vorzugsweise während
der Verarbeitung durch Aufsprühen
zugegeben worden sind. Hierbei kann es sich insbesondere um organische
Vernetzungsmittel handeln, die biologisch gut abbaubar sind.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besitzt der Formkörper
eine Zusammensetzung, bei der maximal 50 Gewichts% mineralischer
oder organischer Stickstoff, Phosphate und Kaliumoxid enthaltende
Düngemittel
mit einem Kompost-Rest zu einem in der chemischen Zusammensetzung
homogenen Körper
geformt sind. Die Kompost-Restzusammensetzung besteht im Vorprodukt
vor der Rotte vorzugsweise aus 10 bis 20 Gewichts% Cellulose, Holz,
Grünschnitt
wie Gras und/oder Laub und/oder Stroh sowie 80 bis 90 Gewichts%
Rinder-, Schweine- oder Geflügelgülle und/oder
einer aus einer anaeroben Fermentation stammenden Flüssigphase.
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Vorzugsweise
wird als stickstoffhaltiges Substrat zumindest teilweise, gegebenenfalls
auch ausschließlich,
Federmehl und/oder Hornspäne
verwendet.
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Der
vorbeschriebene Formkörper
wird bevorzugt nach dem Verfahren nach Anspruch 7 hergestellt, bei
dem ein durch aerobe Verrottung gewonnener einheitlicher Kompost
oder ein aus unterschiedlichen Prozessen stammender Misch-Kompost
mit pflanzlichen Nährstoffen
vermischt, anschließend pelletiert
und einer abschließenden
Trockenbehandlung unterzogen wird, bis sich in einer Eindringtiefe von
maximal 1 mm eine Restfeuchte ≤ 17
Gewichts%, vorzugsweise ≤ 14
Gewichts%, einstellt. Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in
den Ansprüchen
8 ff. beschrieben. So können
insbesondere 80 Gewichts% bis 90 Gewichts% Gülle, bestehend aus Rinder-,
Schweine- oder Geflügelgülle und/oder aus
einer aus der anaeroben Fermentation stammenden Flüssigphase,
mit 10 Gewichts% bis 20 Gewichts% Cellulose, Holz, Gras, Laub und/oder
Stroh vermischt, zerkleinert, granuliert und einer aeroben Verrottung
zugeführt
werden. Anschließend
werden die hieraus gewonnenen Kompostprodukte mit Pflanzennährstoffen
vermischt, pelletiert und einer Trocknungsbehandlung unterzogen,
bis mit einer Eindringtiefe von maximal 1 mm eine Restfeuchte ≤ 17 Gewichts%
eingestellt worden ist. Die Pflanzennährstoffe bestehen im Wesentlichen
aus gebundenem Stickstoff, Phosphaten und Kaliumoxiden, insbesondere kann
Federmehl als Stickstofflieferant in den benötigten Mengen beigemengt werden.
Wird in einem Vorprozess von einer Mischung aus (flüssiger)
Gülle und den
genannten Feststoffen ausgegangen, so werden diese vermischt, zerkleinert
und vor der anaeroben Verrottung zu Rollgranulaten mit einem Durchmesser von
maximal 80 mm, vorzugsweise im Schnitt von 40 mm geformt.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Verrottung so
lange aufrechterhalten bis aus einem anfänglichen C/N-Verhältnis von
(40 bis 60):1 eine Minimierung auf (10 bis 15):1 dieses Verhältnisses
eingestellt ist.
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Gegebenenfalls
kann vor der abschließenden
Trocknungsbehandlung auf die bereits geformten Pellets ein organisches
Vernetzungsmittel aufgesprüht
werden. Die Pellets als Formkörper
werden durch direkte Erwärmung
der Pelletiermatrizen beim Extrudieren und/oder durch nachgeschaltete
Trocknung, vorzugsweise Wirbelschichttrocknung in den oberflächennahen
Schichten getrocknet. Eine Wirbelschichttrocknung ist auch bei granulatartigen Formkörpern mit
im Wesentlichen kugeligem Querschnitt anwendbar.
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Der
besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Formkörper sowie des Verfahrens besteht
darin, dass die Düngewirkstoffe
dosiert über
einen längeren Zeitraum
abgegeben werden können,
so dass ein Eintritt insbesondere des Stickstoffes und der Phosphate
in das Grundwasser mit den bekannten schädlichen Nebenwirkungen vermieden
wird. Durch die Depotwirkung kann die Anzahl der Düngevorgänge bis
hin zu „Einmaldüngung" minimiert werden.
Dennoch können
bei Verwendung des ertindungsgemäßen Formkörpers Düngemittel
bei gleichen Ernteerträgen
wie bei herkömmlichen
Düngungen,
jedoch mit verringerter Umweltbelastung eingespart werden. Der Formkörper selbst
kann sowohl nach den zur Verfügung
stehenden Aus gangsmaterialien oder auch im Hinblick auf die gewünschte Zusammensetzung
für die
Nutzanwendung optimiert werden. Insbesondere die Stickstoff-Phosphor-Kali-Komponenten können zielgerichtet
auf die erforderlichen Düngegehalte
und Wirkungen beigegeben werden. Insbesondere lässt sich die aus den Viehmastbetrieben anfallende
Gülle im
Rahmen einer anaeroben Behandlung zur Biogasgewinnung ausnutzen,
wonach das flüssige
Verarbeitungsprodukt zusammen mit einem 10 bis 20%-igen Gewichtsanteil
von Stroh, Cellulose, Grünschnitt
etc. mischen und zu Rollgranulaten von durchschnittlich 40 mm Durchmesser
verformen. Schichtet man diese Rollgranulate zu einer Miete auf,
so ist bei einer Rottezeit von 2 bis 3 Wochen ein hochwertiger Biokompost
entstanden, der dann zusammen mit den Mineralstoffen oder anderen
organischen Düngestoffen
vermischt, vermengt und zu Pellets mit einem Durchmesser von 3 bis
12 mm und Längen
von 3 bis 30 mm verarbeitet werden kann. Dies kann mittels einer
Siebschneckenpresse geschehen, deren Pelletiermatrizen (bzw. Extrusionskanäle) beheizt
sind, so dass sie beim Extrudieren Wärme an die oberflächennahen
Schichten des Extrusionsmaterials abgeben. Bereits hierdurch entsteht
an der Oberfläche
eine relativ stabile Haut oder Netzstruktur. Die Pellets sind durch
irreversible Eigenverklebung der organischen Polymer-Verbindungen
an der Oberfläche
formstabilisiert worden. Um die Bildung von unerwünscht langen
Pelletsträngen zu
verhindern, ist die Siebschneckenpresse, die vorzugsweise horizontal
angeordnet ist, in einer gewissen Fallhöhe oberhalb eines Auffangbehälters angeordnet,
so dass die Pelletstränge
aufprallbedingt zu kürzeren
Längen
von 10 bis 20 mm maximal abbrechen.
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Abschließend kann
durch Wirbelschichttrocknung die gewünschte Hüllstruktur eingestellt werden.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Formkörper ergeben sich aus den folgenden
Ausführungsbeispielen
sowie den Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines pelletförmigen Formkörpers,
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2 eine
Querschnittsansicht eines „unrunden" Formkörpers und
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3 das
Fließdiagramm
eines Herstellverfahrens.
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Der
in 1 dargestellte Pelletkörper 10 besitzt eine
im Wesentlichen zylinderförmige
Gestalt mit einem Durchmesser von 2 bis 5 mm sowie einer Länge von
15 mm. Die erfindungsgemäßen Formkörper müssen jedoch
nicht rund sein, je nach der Ausbildung der Extrusionsmatrix lassen
sich beliebige unrunde Querschnitte, von denen ein Querschnitt 11 exemplarisch
in 2 dargestellt ist, herstellen.
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Prinzipiell
können
die erfindungsgemäßen Formkörper auch
kugelige oder rotationsellipsoide oder sonstige Formen besitzen,
die dann durch Granulierverfahren mit anschießender Trocknung der Oberflächenhaut
herstellbar sind. Wesentlich bei allen Granulaten ist die Kern-Hülle-Struktur,
bei der eine äußere Hülle mit
einer Dicke von maximal 1 mm einen Restfeuchtegehalt ≤ 12 Gewichts%
und die Kernmasse eine deutlich größere Restfeuchte von 20 bis
25 Gewichts% aufweist.
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In
einem ersten Ausführungsbeispiel,
dessen Flussdiagramm in 3 dargestellt ist, werden Rinder-,
Schweine- oder Geflügelgülle 12 und/oder das
Flüssiggärprodukt
aus einer Biogasanlage in einem Anteil von 70 bis 90 Gewichts%,
vorzugsweise 85 Gewichts% mit einem organischen Trockenstoff 13,
der z. B aus Cellulose, Holz, Gras, Laub sowie vorzugsweise allen
Stroharten zu 10 bis 20 Gewichts%, vorzugsweise 15 Gewichts% vermengt. Das
aufgemahlene Trockengut 13 sollte ein ausreichend großes Kornspektrum
besitzen, bestehend aus Nadeln und/oder Staub, um die Flüssigkeit
und den Feststoff in einer Granuliertrommel zu Rollgranulaten von
10 bis 80 mm Durchmesser, in der Hauptklasse im Durchmesser 40 mm,
formen zu können. Diese
Rollgranulate 14 haben trotz der hohen Flüssigkeitsbeladung
eine ausreichende Stabilität,
d. h. Grünfestigkeit,
um sie in einem Haufwerk 15 in einer Höhe von 2 bis 4 m stapeln zu
können,
ohne dass deren Form verloren geht. Durch die im wesentlichen kugelige
Form der Agglomerate kann in ausreichendem Maß Luft durch das Haufwerk 15 strömen, so dass
eine aerobe Rotte entsteht, dessen Endprodukt ein Kompost von hoher
Güte ist,
dessen C/N-Verhältnis
sich von Anfangswerten, die zwischen 40 bis 60:1 auf 15 bis 10:1
verändert
hat.
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Der
so gewonnene Kompost oder ein Kompost aus herkömmlichen Kompostieranlagen
wird mit Pflanzennährstoffen,
die im folgenden als NPK-Dünger 16 bezeichnet
werden, so vermischt, dass anwendungsbezogen ein Produkt mit den
gewünschten Wirkungen
(nach der Pelletierung) entstehen kann. Die Stickstoff, Phosphate
und Kali enthaltenden Dünger
können
reine Mineralstoffe sein oder auch organische Stoffe bzw. mit organischen
Stoffen angereicherte Mineralien. Durch Vermengung der NPK-Dünger 16 mit
dem Kompost 15 wird ein Gemisch 17 hergestellt,
das bis zu 50 Gewichts% NPK-Dünger,
Rest Kompost 15 besitzt. Um die „Hautbildung um das Pellet" und damit eine spätere zeitliche
Steuerung des Auflösungsverhaltens
der Pellets zu erreichen, kann der Mischung zusätzlich ein Hautbildner in einer Menge
von 1 bis 3 Gewichts% zugegeben werden, der für die thermische Hautbildung
erwünschte „Klebeeffekte" erzeugt.
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Die
Mischung 17 wird anschließend pelletiert, indem sie
durch eine horizontale Siebschneckenpresse mit Extrudierkanälen geführt wird.
Diese Presse 18 besitzt beheizte Pelletmatrizen, so dass die
oberflächennahen
Schichten der erzeugten Pellets erwärmt werden, womit gleichzeitig
deren Feuchtigkeit auf Werte unter 14 Gewichts% reduziert wird. Anschließend werden
die Pellets einer Wirbelschichttrocknung 19 unterzogen,
in deren Verlauf die Hülle mit
einer Dicke von 0,5 mm eine Restfeuchte zwischen 12 bis 14 Gewichts%
erhält,
wohingegen der Kern inmitten dieser Hülle eine Restfeuchte von 20 bis
25Gewichts% aufweist.
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Um
einen Maisdünger
für die
konventionelle Landwirtschaft zu erhalten, der bezogen auf 1.000
kg 100 kg Stickstoff, 20 kg P2O5 und
30 kg K2O enthalten soll, müssen 535
kg Kompost 15 und 465 kg NPK-Dünger 16 miteinander
vermengt werden, wobei handelsübliche
Stickstoff-, Phosphat- und Kalidünger
jeweils verwendet werden.
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Gleiche
Bedingungen können
für die
Biolandwirtschaft im ökologischen
Landbau eingestellt werden, wenn die hierfür zugelassenen Stickstofflieferanten
wie Federmehl und Hornspäne
verwendet werden, wobei jedoch die Federmehlmenge aufgrund der geringeren
Stickstoffkonzentration größer gewählt werden
muss. In diesem Fall müssen
für 1.000
kg Dünger
ca. 550 kg Kompost 15 mit ca. 900 kg NPD-Zusätzen 16 vermengt
werden.
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Zu
den Stoffen, die in dem Formkörper
zum Düngen
verwendet werden können,
gehören
auch organisch-mineralische Roh- und Reststoffe tierischer oder
pflanzlicher Herkunft sowie deren Komponenten wie Proteine, Peptide,
Saccharide, Stärke, Cellulose
und Hemicellulose sowie Fette. Es ist selbstverständlich ebenso
möglich
andere mineralische Spurenelemente, welche das Pflanzenwachstum
fördern,
einzubringen. Auch Düngezusätze, die den
Fäulnis-
oder Schädlingsbefall
minimieren gehören
zu den Zusatzstoffen. Durch individuelle Zusammenstellung der Düngemittelzusätze lässt sich
eine nachhaltige Verbesserung der Humusversorgung und damit der
physikalischen Eigenschaften des Bodens wie auch der Wasseraufnahmefähigkeit
und der Durchlüftung
schaffen. Ebenso lassen sich Pflanzenschäden durch Trockenheit und Staunässe vermindern.