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Die
Erfindung betrifft ein Düngemittel
aus Reststoffen und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
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Bei
Biomassefeuerungen insbesondere Hackschnitzelheizungen fällt Asche
an, die der Feuerungsbetreiber als Abfallprodukt zu entsorgen hat. Bei
der in Zukunft wohl intensivierten Nutzung nachwachsender Rohstoffe
nicht nur in Biogasanlagen, sondern auch in Feuerungsanlagen wird
jedoch mehr und mehr Asche anfallen. Bei diesen Aschen ist von Nachteil,
dass diese einen sehr hohen pH-Wert haben, also ausgesprochen basisch
reagieren. Andererseits enthalten diese basischen Aschen einen hohen
Anteil der mineralischen Nährelemente
welche am Standort des Wuchses ursprünglich eingebracht wurden.
Derartige Aschen lassen sich jedoch nicht in die Ökosysteme
aus denen die Holzhackschnitzel stammen einbringen, da aufgrund
des sehr hohen pH-Werts und aufgrund der Staubentwicklung eine Ascheausbringung
ohne vorherige Aufbereitung aus ökologischen
und arbeitsschutzrechtlichen Gründen im
Wesentlichen ausgeschlossen ist.
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Auf
dem Gebiet der physikalischen Aufbereitung von Aschen existieren
bereits technische Lösung.
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Aus
Holmberg, Sirkku L.; Claesson, Tomy; ”Mineralogy of granulated wood
ash from a heating plant in Calmar, Sweden” sowie Homberg, S. L.; Lindt,
B. B.; Claesson, T.; ”Chemical
composition and leaching characteristics of granules made of wood ash
and dolomite und Holmberg”,
S. L.; Claesson, T.; Abul-Emilh, M.; Steenari, B.-M.; ”Drying
of granulated wood ash by flue gas from soar dust and natural gas combustion” ist es
bekannt, Holzaschen zu befeuchten und anschließend unter Verwendung von Dolomit zu
trocknen und zu granulieren, um die derart behandelten Holzaschen
auf Waldboden auszubringen. In diesen Ausarbeitungen werden insbesondere
auch die Einflüsse
der Verbrennungstemperaturen und der anwesenden Verbrennungsgase
besprochen. Die Rückführung derartiger
relativ aufwändig
und kostenintensiv chemisch modifizierter Aschen führt jedoch zu
erheblichen Problemen wie z. B. dem hohen pH-Wert der Aschen und
einer sehr schnellen Freisetzung der Inhaltsstoffe. Dies ist unter
anderem dokumentiert in Bericht der Freiburger forstlicher Forschung,
Heft 43, ”Holzasche-Ausbringung
im Wald, ein Kreislaufkonzept”,
FVA-Kolloquium Beiwerk, 5/6 März
2002 sowie in ”Optimale
Ernährung
und Holzasche-Recycling im Wald, Untersuchung und Wirkungszusammenhänge im Bezug
auf die Ausbringung von Nährstoffen
im Wald”;
Dissertation zur Erlangung des Dr. der Naturwissenschaften, Dionys Hallenbarter,
Zürich
2002 und Holzner, Heinrich, ”Die Verwendung
von Holzasche aus Biomassefeuerung zur Düngung von Acker und Grünland”, Dissertation 1990,
Universität
für Bodenkultur
Wien, Institut für Pflanzenbau
und Pflanzenzüchtung.
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Aus
der
DD 232481 A1 ist
ein Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln bekannt, wobei das Verfahren
vorsieht, Düngemittel
aus Nadelbaumrinde oder sonstigen Holzabfällen und aus Asche mittels Wärme und Überdruck
durch Beimengen von Holz- und
Rindenasche zur Nadelbaumrinden- oder Holzabfallmasse herzustellen,
wobei die Masse auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, bei einem
Druck von 1 bis 1,6 Atmosphäre
die Masse granuliert wird und Asche auf die Kornflächen aufgespritzt
wird. Bei diesem Verfahren werden der Rinden- oder Holzmasse und
der Asche Torf beigemengt. Anschließend wird die Masse auf eine
Temperatur von 70 bis 110°C
erhitzt falls die Nadelbaumrindenmasse alt ist und auf eine Temperatur
von 110 bis 140°C
erhitzt falls die Nadelbaumrindenmasse frisch ist. Nach Abküh lung und
Dampfausströmung
wird der Düngemittelmasse bei
einer Temperatur von etwa 90°C
oder niedriger eine Menge von 20 bis 30 kg/qm
2 Urealösung zugeführt. Wahlweise
sollen Torf und Asche oder Nadelbaumrinde und Asche oder Nadelbaumrinde
und Torf oder Nadelbaumrinde, Torf und Asche als Mischung verwendet
werden. Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass es außerordentlich
energieaufwändig ist
und einen erheblichen apparativen Aufwand verursacht.
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Aus
der
US 6,582,637 B1 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem gemahlenes Kompostmaterial mit z.
B. stärkehaltigem
Bindemittel und pH-Wert verändernden
Substanzen zu einem Granulat verarbeitet wird.
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Aus
der
US 4,067,716 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem teilweise verbrannte Rinde zusammen
mit anderem Gartenbaumaterial zu Düngemittel verarbeitet wird.
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Aus
der
EP 0308555 A1 ist
ein Pflanzenwachstumsmedium bekannt, welches Reisschalenasche enthält. Die
Reisschalenasche soll in einen im Wesentlichen amorphen Zustand
sein und eine poröse
skelettartige Struktur besitzen. Die Reisschalenasche soll verwendet
werden für
synthetisch oder Einpflanzböden
wenn dies gewünscht
sollen wasserquellbare Binder oder Polymere eingearbeitet werden
um die Wasserrückhalteeigenschaften
zu verbessern.
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Bei
allen genannten Verfahren ist von Nachteil, dass derartige Produkte
einen sehr hohen pH-Wert besitzen, so dass deren Ausbringung in
naturnahe Ökosysteme,
wie Wälder
problematisch ist. Ferner ist aufgrund der Staubentwicklung eine Ascheausbringung
der Asche allein ohne vorherige Aufbereitung aus ökologischen
und arbeitsschutzbedingten Gründen
bedenklich.
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Darüber hinaus
ist von Nachteil, dass die in der Asche gelösten Bestandteile sehr schnell
ausgewaschen werden und damit in anfänglich sehr hoher Konzentration
zur Verfügung
stehen. Insofern lässt sich
das Rohstoffpotenzial derartiger Aschen nicht nutzen.
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Aus
der
EP 0 401 665 A1 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem zur Förderung des Wurzelwachstums
Baumrinde gegebenenfalls mit anderen Bestandteilen mit einem ph-Wert
unter 5,5 ausgebracht werden soll.
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Bei
dem Verfahren gemäß der
DD 232481 ist von Nachteil,
dass dieses Verfahren außerordentlich energieaufwändig und
insofern für
die Reststoffverwertung an sich nicht lohnend ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein technisch einfaches und kostengünstiges
Verfahren zur Verfügung
zu stellen, mit dem die physikalischen und chemischen Eigenschaften
der Holzasche derart modifiziert werden, dass sie ohne weiteres
ausgebracht werden kann.
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Die
Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen werden in Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß wird Holzasche
aus der Feuerung insbesondere von Hackschnitzelkraftwerken unter
Zugabe von gehäckselter
Baumrinde jedoch ohne Temperatur- und/oder Dampfeinfluss zu Pellets
verpresst, die für
gängige
Ausbringungstechniken ausreichend stabil sind sowie einen deutlich günstigeren
pH-Wert und eine herabgesetzte Löslichkeit
der Inhaltsstoffe der Holzasche besitzen.
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Erfindungsgemäß werden
Holzasche und Rinde bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 bis 50% in
Mischungsverhältnissen
von 4:6 bis 6:4 zu Pellets verpresst, wodurch der ph-Wert auf 7
bis 12 eingestellt wird. Ohne Verwendung von Zuschlagstoffen kann
eine optimale Festigkeit bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 bis
40% und einem Asche-/Rindeverhältnis
von 2:8 bis 4:6 erzielt werden.
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Wird
Methylzellulose zugegeben lassen sich auch noch bei höheren Ascheanteilen
stabile Presslinge erhalten. Der Feuchtigkeitsgehalt frischer Rinde liegt
in der Größenordnung
von 50%, bei lufttrockner Rinde etwa 20%. Dies bedeutet, dass sich
in der Regel der Feuchtigkeitsgehalt der Rinde für die Herstellung der erfindungsgemäßen Pellets
im optimalen Bereich befindet. Hierbei ist von Vorteil, dass diese Holzrinde
in großen
Mengen zur Verfügung
steht, jedoch häufig
nicht genutzt wird und insbesondere in Form kleinerer Halden im
Wald verbleibt. Insbesondere, wenn bei der maschinellen Holzernte
und dem maschinellen Holzrücken
die geernteten Stämme
vor Ort entrindet werden, verbleiben derartige Rindenhalden an den
Holzlagerplätzen
in den Wäldern.
Ein flächiges
Ausbringen dieser Nadelbaumrinde ist nicht günstig, da die Nadelbaumrinde
relativ langsam abgebaut wird, zu einer Versiegelung der oberen
Bodenschichten führt
und zudem sauer reagiert. Bei der ohnehin saueren Reaktion der meisten
Waldböden ist
dies aber nicht gewollt.
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Die
Erfindung kombiniert somit zwei Reststoffe der gleichen Produktionskette
die zuvor nicht genutzt werden konnten. Dadurch, dass das Verfahren
im Wesentlichen ein Mischen und nach dem Mischen ein Pelletieren
vorsieht, ist es möglich,
das erfindungsgemäße Verfahren
mit mobilen Einheiten durchzuführen,
d. h. vor Ort an den entsprechenden Feuerungsanlagen.
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Die
pH-Werte des Endprodukts werden je nach Mischungsverhältnis im
Bereich von pH 12,4 (reine Asche) bis pH 5,0 (reine Rinde) auf 7
bis 12 eingestellt. Der gewünschte
pH-Wert lässt
sich durch das Mischungsverhältnis
der beiden Komponenten leicht einstellen und ggf. auch auf den auszubringenden
Boden abstimmen. Aus Sicht der Ascheentsorgung wird der Ascheanteil
möglichst
hoch gewählt, wobei
aus ökologischer
Sicht der pH-Wert
den Bereich eines Kalk- oder Dolomitdüngers (pH circa 9,7) nur unwesentlich überschreiten
soll. Insbesondere günstig
ist beispielsweise ein Mischungsverhältnis von Asche zu Rinde von
circa 4:6. Ferner ist bei diesem Mischungsverhältnis die Löslichkeit der Kationen im Verhältnis zu
reiner Asche um circa 50% herabgesetzt, so dass vorteilhafter Weise
eine hohe Anfangskonzentration vermieden wird und ein Depoteffekt
erreicht wird.
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Die
Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert, es
zeigen dabei:
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1:
eine Tabelle zeigend die Eigenschaften von Pellets aus verschiedenen
Ascherindenverhältnissen
mit und ohne Methylzellulosezusatz im Verhalten bei Fall aus 1,5
m Höhe,
wobei der prozentuale Verlust als Stabilitätskriterium gewertet wird;
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2:
chemische Eigenschaften der erfindungsgemäßen Pellets bei verschiedenen
Mischungsverhältnissen
und Wassergehalten ohne Zuschlagsstoffe;
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3:
eine Tabelle zeigend den Nährelementgehalt
in Fichtenrinde, Holzasche und den erfindungsgemäßen Pellets;
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4:
stark schematisiert den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf.
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Zunächst soll
auf das erfindungsgemäße Verfahren
eingegangen werden. Aus der Entrindung von Nadelbäumen anfallende
Rinde wird gelagert. Insbesondere wird die Rinde bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
so lange gelagert, bis beispielsweise eine mobile erfindungsgemäße Vorrichtung
vor Ort ist um die Verarbeitung vorzunehmen. Die Rinde wird in einem
ersten Schritt zerkleinert und ggf. klassiert und/oder abgesiebt
und befeuchtet, wenn bestimmte Teilchengrößenverteilungen und ein bestimmter
Feuchtegehalt gewünscht
werden. Im Übrigen
wird bei Schüttgutlagerung
durch die Zerkleinerung gleichzeitig eine Homogenisierung und Durchmischung
bezüglich
der Feuchtigkeit erzielt.
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Die
vorhandene und gesammelte Asche wird je nach anfallenden Holz vor
dem Einbringen in einen Mischer über
einen Magnetabscheider geführt
um sicherzustellen, dass bei der Verbrennung von Bauholz anfallende
Nägel,
Schrauben und Dergleichen nicht in einen Mischer und/oder den Pelletierer
gelangen können,
da derartige Metallteile in diesen Aggregaten empfindliche Schäden anrichten
können.
Bei naturbelassenem Holz, welches sicher keine derartigen Metallteile
enthalten kann, kann eine solche Stufe entfallen.
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Anschließend werden
Asche und Rinde in einem gewünschten
Verhältnis
miteinander gemischt. Das gewünschte
Verhältnis
kann abhängig
vom Feuchtegehalt und/oder dem Nährstoffgehalt und/oder
einer gewünschten
Kationensumme eingestellt werden und insbesondere auch auf bestimmte pH-Werte
eingestellt werden. Derartige pH-Werte können beispielsweise in Vorversuchen
ermittelt werden.
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Die
Mischung erfolgt in einem separaten Mischaggregat, wobei je nach
Ausgangsfeuchtigkeit und gewünschten
Mischungsverhältnis
Wasser und/oder ein organisches Bindemittel wie Methylzellulose
zugegeben werden können. Üblicherweise kann
erfindungsgemäß aber ohne
die Zugabe weiterer Stoffe wie Wasser oder Methylzellulose gearbeitet werden.
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Die
vermischte und homogenisierte Masse wird nachfolgend einem Pelletierer
aufgegeben und dort zu Pellets verarbeitet, wobei sich um einen
in der Holzverarbeitung üblichen
Pelletierer handelt.
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Sind
die Ausgangsteilchengrößen der
Asche und der Rinde bereits so, dass eine einfache Mischung für die Homogenisierung
ausreicht, kann die Mischung auch im Pelletierer selbst durchgeführt werden.
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Die
aus dem Pelletierer austretenden Pellets können anschließend je
nach Feuchtegehalt getrocknet werden und dann als Schüttgut gelagert
werden oder abgepackt werden, beispielsweise in große Kunststoffbehälter oder
Säcke.
Anschließend
sind die Pellets fertig für
die Ausbringung.
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Die
Nährstoffgehalte
von Nadelbaumrinde, hier am Beispiel von Fichtenrinde einerseits
und Asche andererseits sind in 3 dargestellt.
Es zeigt sich, dass die Nährstoffgehalte
die sich bei einer erfindungsgemäßen Mischung
insbesondere im Verhältnis
Asche zu Rinde 4:6 ergeben eine ausgewogene Nährstoffkombination darstellen.
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Für die Aschen-Rinden-Verhältnisse
4:6 und 6:4 die erfindungsgemäß sind,
ergibt sich zudem ein ausgewogenes pH-Wert Verhältnis von 9,89 bis maximal
11,16 bei einer Kationensumme am achten Tag von minimal 14,17 bis
maximal 21,0. Dies zeigt, dass in einem Mischungsbereich des Asche-Rinde-Verhältnisses
von 4:6 bis 6:4 ein Düngemittel
möglich
ist mit dem sich der pH-Wert in einem gewissen bodenverträglichen
Bereich steuern lässt,
wobei zugleich die Löslichkeit
der Kationen im Verhältnis
zu reiner Asche um etwa 50% herabgesetzt ist, so dass vorteilhafter
Weise eine hohe Anfangskonzentration vermieden wird und ein Depoteffekt
erreicht wird.
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Bei
den entsprechenden Mischungsverhältnissen
werden Wassergehalte von 20 bis 40% angestrebt, wobei auch 60% möglich wären insbesondere bei
einem Asche-Rind-Verhältnis
von 6:4 kann noch relativ gut auch mit hohen Wassergehalten gearbeitet werden.
Bei einem Asche-Rinde-Verhältnis
von 4:6 werden allein beim Pelletieren ohne Zusatz von Methylzellulose
schon stabile Pellets erreicht, wobei der Fallverlust aus 1,5 m
Höhe bei
20 und 40% Wassergehalt mit 1,2 bzw. 6% durchaus vertretbar ist.
Bei der Verwendung von einem Zusatz von 0,5% Methylzellulose lassen
sich Verluste von 0 bis maximal 1,2% erreichen, was als hervorragend
zu bezeichnen ist. Bei einem Asche-Rinde-Verhältnis
von 6:4 lassen sich mit Zusatz von Methylzellulose durchweg 0% Verlust
beim Fall aus 1,5 m Höhe,
d. h. eine sehr gute Stabilität
erreichen, wobei sich bei einem Asche-Rinde-Verhältnis
von 6:4 ohne Methylzellulosezusatz ausreichend stabile Pellets kaum
erzielen lassen. Bei höheren
Ascheverhältnissen
kann es jedoch ratsam sein, auch mittels einer entsprechenden Vorzerkleinerung
nicht über
eine Pelletierung sondern über eine
Bricketierung oder Tabletierung zu arbeiten die für pulverförmige Stoffe
besser geeignet ist.
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Der
Mischung die pelletiert werden soll können vor dem Pelletieren noch
Karbonate, Hydroxyde, Hydrogenkarbonate oder Oxyde des Kalziums und/oder
Magnesiums zugesetzt werden.
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Zusätzlich können andere
organische Bindemittel zugesetzt werden, insbesondere kann für eine weitere
Verfestigung der Pellets Lignin oder Ligninverbindungen aus der
holzverarbeitenden oder Papierindustrie zugesetzt werden.
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Um
die Versorgung von Böden
mit Spurenelement zu verbessern können der Mischung auch gezielt
Spurenelemente zugesetzt werden wie der Mischung auch alle anderen
Nährstoffe
gezielt zugesetzt werden können
um einen Ausgleich für
bestimmte verarmte Böden
zu erreichen.
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Bei
der Erfindung ist von Vorteil, dass das erfindungsgemäße Düngemittel
bei einem ausgewogenen Nährstoffgehalt
einen pH-Wert besitzt,
der üblichen
Düngemitteln
wie Düngekalk
und Düngedolomit entspricht,
sehr gut bodenverträglich
ist und die Nährstoffe
langsam genug abgibt.
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Bei
der Erfindung ist von Vorteil, dass das erfindungsgemäße Düngemittel
kationische Nährelemente
und Phosphor in einem dem Pflanzenbedarf gemäßen Verhältnis enthält. Des weiteren ist bei der Ausbringung
des erfindungsgemäßen Düngemittels ohne
Stickstoffadditive in naturnahem Ökosysteme von Vorteil, dass
das Düngemittel
nahezu frei von Stickstoff ist und damit kein nennenswerter Stickstoffeintrag
in stickstoffhaltige Ökosysteme
erfolgt.
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Bei
dem Verfahren ist von Vorteil, das es besonders einfach durchführbar ist
und durch das Fehlen aufwändiger
Aufheizschritte und dergleichen auch mit mobilen Anlagen ohne weiteres
zu realisieren ist.