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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Produktes zur Saatgutbeschichtung, wobei folgende Ausführungen als allgemeine Einleitung dienlich sind.
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Eine besonders gravierende Auswirkung des Braunkohlenbergbaues in der Lausitz sind die erhöhten Eiseneinträge in das Grund- und Oberflächenwasser der Region. Diese Auswirkungen sind besonders zu verspüren in den Fließen des Spreewaldes. Aber auch in der Schwarzen Elster mit ihren Nebenflüssen ist die zunehmende Braunfärbung des Wassers zu sehen. Die Auswirkungen auf das Ökosystem der Gewässer und ihrer angrenzenden Flusslandschaften sind bereits spürbar. So gilt eine Eisenbelastung von 2 - 4 mg/l als unbedenklich. In den betreffenden Gewässern werden aber Werte von > 40 mg/l gemessen.
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Die Auswirkungen auf die touristische Attraktivität sind ein weiterer Nachteil.
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Durch das Bundesberggesetz ist das bergbautreibende Unternehmen zur Verhinderung / Beseitigung von bergbaubedingten Schäden und Auswirkungen verpflichtet.
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Im Falle der Eisenanreicherung der Gewässer werden diese in speziellen Wasserbehandlungsanlagen (WBA) von ihrer Eisenfracht befreit.
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Eine Methode sind spezielle Absetzbecken mit längeren Verweilzeiten des Wassers, wo sich das Eisen auf dem Beckengrund ablagert und die in regelmäßigen Abständen beräumt werden müssen.
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Daneben gibt es mobile, modulare Behandlungsanlagen, aber auch stationäre. Bei allen Verfahren bleibt am Ende des Prozesses der kompakte Eisenhydroxidschlamm (EHS) als Problemstoff übrig. Die gegenwärtig von der LMBV genutzte Technologie ist die Verspülung der Schlämme in die Tieflagen von Tagebau-Restseen. Die Schlämme aus der Grubenwasserreinigungsanlage (GWRA) Rainitza werden in den Sedlitzer See über eine ca. 5 km lange Druckrohrleitung geleitet und unterirdisch eingespült. Das stößt aber nicht nur bei Naturschützern, sondern auch bei Anliegern und der breiten Öffentlichkeit auf heftige Kritik. Denn der Sedlitzer See als Teil der Lausitzer Seenkette soll ja auch touristisch genutzt werden.
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Besonders im Fokus steht dabei das Langzeitverhalten nach dem Ende des Grundwasser-Wiederanstieges.
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In Abhängigkeit von den geologischen Bedingungen des Einzugsgebietes der Bergbaugewässer gibt es große Unterschiede in der Zusammensetzung und somit auch beim Gehalt an toxischen und umweltbelastenden Stoffen in diesen Schlämmen. Eine wirksame und Erfolg versprechende Maßnahme zur dauerhaften Fixierung dieser Stoffe ist durch den Einsatz von Biokohle gegeben. In einem bereits beschriebenen, patentierten Verfahren wird diese Biokohle als Filtermaterial in eisenbelasteten Fließgewässern eingesetzt (
DE 10 2017 123 092 A1 ). Dabei muss die eisengesättigte Biokohle aber auch regelmäßig ausgetauscht werden. Auch dabei stellt sich die Frage nach dem weiteren Verbleib dieses Materials.
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Um auch die zahlreichen weiteren, positiven Eigenschaften der Biokohle nutzen zu können, hat sich zu ihrer großtechnischen Herstellung das Verfahren der Pyrolyse allgemein durchgesetzt. Durch die Auswahl der Inputmaterialien und durch eine gezielte Prozesssteuerung der Pyrolyse ergeben sich ganz unterschiedliche Eigenschaften der Biokohle, die auch zu vielfältigen Anwendungen führen. Das Grundprinzip der Pyrolyse besteht in der sauerstoffarmen „Verbrennung“ von biogenen Abfallstoffen zu pyrogenem Kohlenstoff. Dabei entstehen Wärme, Öl und Gas als „Nebenprodukte“. Das Hauptprodukt Biokohle mit seinem hohen Kohlenstoffgehalt übernimmt dabei fast beiläufig die Funktion der dauerhaften CO2-Bindung.
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Allgemein bekannt und auch genutzt wird die hochporöse Form der Biokohle. Je nach Korngröße beträgt ihre Oberfläche bis zu 300 m2/g. Dadurch ist sie in der Lage, auch große Mengen von EHS an ihrer Oberfläche anzulagern und wie ein Schwamm festzuhalten. Das gilt natürlich auch für die Anlagerung von Nährstoffen und Wasser. Diese Eigenschaft ist die Grundlage für den Vorschlag, die beiden Komponenten Biokohle und EHS zusammenzubringen und damit bereits eine völlig neue Eigenschaft für den Schlamm zu erzeugen, nämlich seine „Wasser-Unlöslichkeit“. Das bedeutet auch für die Verspülung eine ganz neue Situation, denn die im EHS enthaltenen Schadstoffe können nicht mehr ausgewaschen werden. Dabei kommt es aber darauf an, das richtige Mengenverhältnis von EHS und Biokohle zu ermitteln.
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Ziel dabei ist die maximale Anlagerung von EHS an der Biokohle. In zahlreichen Versuchen mit dem Eisenhydroxidschlamm aus der Grubenwasserreinigungsanlage Rainitza im Tagebau Meuro hat sich ein Verhältnis von 1 Teil EHS und 1 Teil Biokohle fein zermahlen mit Korngröße 0 bis < 0,2 mm herausgestellt. Dieses Mischungsverhältnis ist aber abhängig vom weiteren Verwendungszweck.
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Diese Verwertungsmöglichkeit basiert auf dem bereits bekannten Verfahren der Herstellung von „Terra preta“, jedoch mit der Zusatzkomponente Eisen. Auf diese Weise entsteht ein neues Produkt mit wesentlich verbesserten Eigenschaften. In entsprechenden Versuchen der TU Berlin wurden diese bereits nachgewiesen. Neben den bereits im vorgenannten Patent (
DE 10 2017 123 092 A1 ) nachgewiesenen Vorteilen, die das dabei entstehende Produkt bietet, kommt die besondere Wirkung des Elementes Eisen (Fe) als Mikronährstoff hinzu. Eisen ist nach den Erkenntnissen der TU Berlin, Prof. Dr. Kaupenjohann ein äußerst wirksamer Bodenhilfsstoff. Aber auch das Zusammenspiel der einzelnen Pflanzennährstoffe und ihre Abhängigkeiten untereinander sowie die besondere Rolle von Fe bei der Eliminierung von Schadstoffen wurde dabei erkannt.
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Diese besonderen Eigenschaften ergeben beim Einsatz der Eisenkohle in der Fermentierung auch ein neues Produkt mit weiteren Anwendungsmöglichkeiten, die zurzeit von der TU Berlin untersucht werden.
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Die Ernährung der Weltbevölkerung durch die Landwirtschaft ist in zunehmendem Maße und wie in keinem anderen Industriezweig von äußeren Einflüssen abhängig. Die prognostisch zunehmenden Witterungsextreme führen immer öfter zu Ernteausfällen und sogar zu Missernten. Von den Wissenschaftlern der Harvard-Universität Chicago/USA wurde in einer Studie bereits nachgewiesen, dass zwischen dem zu erwartenden CO2-Anstieg in der Atmosphäre und der Aufnahmefähigkeit der Pflanzen für Eisen ein direkter Zusammenhang besteht. Das trifft besonders für Reis und Weizen zu und könnte damit zu Mangelerscheinungen bei der Ernährung der Weltbevölkerung führen. Eine weltweit bekannte Methode, um diese Risiken zu verringern, ist die Saatgutbeschichtung vor der Aussaat. Dabei werden die einzelnen Samenkörner mit einer Masse aus verschiedenen Wirkstoffen umhüllt, die gegen Frühschädlinge schützen.
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Wenn diese Masse aus nährstoffangereicherter Bio-Eisenkohle als Trägerstoff besteht, kommen die folgenden Wirkfaktoren dazu:
- - Eisen in konzentrierter Form um das Samenkorn könnte sich im Erntekorn stärker wiederfinden.
- - Die Aufnahmefähigkeit für andere Mikronährstoffe wird erhöht.
- - Die Biokohle wirkt hygienisierend und beugt Pflanzenkrankheiten vor, sie kann damit teure Beizmittel ersetzen.
- - Die Anreicherung der Biokohle mit Gülle gibt der Pflanze zu ihrer Entwicklung ein „Startkapital“ von ca. 3.000 organischen Substanzen mit auf den Weg, die in der Gülle enthalten sind. Das kann keine mineralische Düngung auch nur annähernd ersetzen. Die Einsparung von Mineraldünger kommt noch hinzu.
- - Das Wasserspeichervermögen der Biokohle ist für einen optimalen Keimvorgang und gleichmäßigen Aufgang besonders von Vorteil.
- - Alle bekannten Beschichtungsverfahren zur Saatgutbehandlung können zur Anwendung kommen (pillieren, inkrustieren, Filmbeschichtung).
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Die Verwertung von EHS aus Wasserbehandlungsanlagen der LMBV und der LEAG, aber auch die Verwertung der eisengesättigten Biokohle können zu einer Teillösung des Entsorgungsproblems beitragen und zudem ein Faktor der künftigen Welternährung werden.
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Anlagen zur Herstellung eines beschriebenen Pilliermittels könnten unmittelbar neben einer Wasserbehandlungsanlage am Entstehungsort errichtet werden. Somit würden keine Verarbeitungswege anfallen. Die Anlage könnte nach dem Prinzip des Beton-Zwangsmischers arbeiten und die Komponenten EHS, Biokohle und Gülle miteinander vermischen. Durch unterschiedliche Dosierung des Gülleanteils können sogar auch die Nährstoffbedürfnisse der Pflanzen individuell berücksichtigt werden. Das Gemisch muss anschließend mechanisch vorentwässert und anschließend getrocknet werden, ehe es wieder staubfein zermahlen wird, um die Voraussetzungen für die eigentliche Saatgutbehandlung zu erfüllen.
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- „In einem Eisenpulver zum Beschichten eines Saatguts beträgt der Massenanteil eines Eisenpulvers mit einer Partikelgröße von 63 um oder weniger 0% bis 75%, der Massenanteil eines Eisenpulvers mit einer Partikelgröße von mehr als 63 µm bis 150 um 25% bis 100% und der Massenanteil eines Eisenpulvers mit einer Partikelgröße von mehr als 150 um 0% bis 50%. Dadurch kann das Eisenpulver eine Beschichtung bilden, aus der das Eisenpulver nicht nur während der Aussaat, sondern auch während des Transports wahrscheinlich nicht abfällt, und es kann auch ein mit Eisenpulver beschichtetes Saatgut erhalten werden, das mit dem Eisenpulver beschichtet ist. Folgende Eisenpulver- und Reissamen können erhalten werden: ein Eisenpulver, das Reissamen wahrscheinlich nicht beschädigt und einfach zu handhaben ist, zum Überziehen eines Reissamens und ein mit Eisenpulver beschichteter Reissamen, der mit dem Eisenpulver beschichtet ist.“
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Des Weiteren ist bekannt
JP2012244995A :
- „Dieses Verfahren zur Herstellung der mit Eisen überzogenen Reissamen zeichnet sich dadurch aus, dass die Beschichtungsschicht auf der Oberfläche der Reissamen unter Verwendung der Oxidationsreaktion des Eisens gebildet wird, indem Eisenpulver und ≥1 Art ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoffpulver, Pulver von Superphosphat von Kalk und Mineralsäureeisenpulver als Beschleunigungsmittel der Wärmeerzeugung gebracht werden, in Kontakt mit Wasser auf der Oberfläche der Reissamen.“
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Produktes zur Saatgutbeschichtung zu realisieren, wobei vorhandener Eisenhydroxidschlamm und Gülle miteinander verarbeitet werden, so dass ein Grundprodukt entsteht, welches zur weiteren Saatgutbeschichtung verwendet wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Patentanspruch 1 realisiert wird. Dabei wurde ein Verfahren zur Herstellung eines Produktes zur Saatgutbeschichtung so entwickelt,
- - dass Eisenhydroxidschlamm in einen Mischbehälter eingebracht und weiterhin zermahlener Biokohlengrus in den Mischbehälter zugeführt wird, wobei ein Mischungsverhältnis von zwei Teilen Biokohlengrus und einem Teil Eisenhydroxidschlamm ausgeführt wird und weiterhin Gülle dem Mischprozess zugeführt wird, so dass eine breiige Konsistenz im Mischbehälter vorhanden ist; nachfolgend wird die Mischungskonsistenz im Mischbehälter einer Entwässerung über eine Zentrifuge zugeführt; das vorhandene Gemisch wird danach in einen Reaktor mit einer Temperaturbeaufschlagung ausgeführt bis ein pulverförmiges Gemisch entsteht; danach wird das pulverförmige Gemisch bis auf eine Korngröße von 0,1 bis 1,0 mm gemahlen, und dieses gemahlene Gemisch wird der Saatgutbeschichtung in einer Extra-Anlage zugeführt.
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Zur erfindungsgemäßen Realisierung werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
- Die Eisenbelastung der Lausitzer Bergbaugewässer ist eine Folge des Grundwasser-Wiederanstiegs nach der Kohleförderung und noch viele Jahre wirksam. Alle Maßnahmen zur Minderung dieses Problems haben zur Folge, dass am Ende jeder Maßnahme der Eisenhydroxidschlamm (EHS) in konzentrierter Form anfällt und beseitigt werden muss. Dazu gibt es zwar mehrere Möglichkeiten, das Problem liegt aber in den im EHS enthaltenen Schadstoffen und ihrem ungewissen Langzeitverhalten bei einer Deponierung. Deshalb gelten auch strenge Regeln für eine Monodeponie an Land.
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Die zunehmenden extremen Wettererscheinungen, Hitze und Dürre, Hochwasser und Überschwemmungen, Luftverschmutzungen u.ä. führen zu immer größeren Risiken für Ertragsausfälle, Krankheiten und Schädlingsbefall und anderen Mindererträgen. Ein bereits seit längerer Zeit angewendetes Verfahren, um diese Risiken zu minimieren, ist die Erzeugung von qualitativ hochwertigem Saatgut. Neben der Züchtung, Lagerung und Reinigung gibt es spezielle Verfahren der Saatgutbehandlung. Hochwertige Filmbeschichtungen mit verschiedenen Wirkstoffen und Komponenten führen zu verbesserten Aussaatbedingungen, weniger Umweltbelastungen und bieten den jungen Pflanzen Schutz gegen Krankheiten und Schädlinge.
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In verschiedenen, eigenen Versuchen und in einem patentierten Verfahren (
DE 10 2017 123 092 A1 ) hat sich Biokohle als geeignetes Filtermaterial zur Eisenfiltration der Bergbaugewässer herausgestellt.
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Auf Grund ihrer hohen Porösität von bis zu 300 m2/g ist sie in der Lage, große Mengen von EHS an ihrer Oberfläche anzulagern und wie ein Schwamm dauerhaft festzuhalten. Das gilt auch für die im EHS enthaltenen Schadstoffe, aber auch für Nährstoffe, die von der Biokohle dauerhaft gegen Auswaschung festgehalten werden.
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Die seit Jahrtausenden bekannte Methode zur Herstellung von Holzkohle wurde erst in den 1920iger Jahren technisch weiterbearbeitet und führte zur Entwicklung von hochmodernen Pyrolyseanlagen, die auch aus allen biogenen Rest- und Abfallstoffen Kohle herstellen können. Das Grundprinzip der Pyrolyse besteht in der sauerstoffarmen „Verbrennung“ der biogenen Abfallstoffe zu pyrogenem Kohlenstoff. Dabei entstehen als Nebenprodukte Wärme, Öl und Synthesegas. Das Hauptprodukt „Biokohle“ übernimmt dabei als wichtigste Funktion die dauerhafte CO2-Bindung. Eine biologische Variante der CCS-Technologie!
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Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Biokohle sind so vielfältig und noch gar nicht vollständig erforscht. Die Verwendung als Trägermittel für den Eisenhydroxidschlamm (EHS) und für Nährstoffe ist eine weitere Anwendungsmöglichkeit und eröffnet die Möglichkeit der Herstellung eines Gemisches zur Saatgutbehandlung in größeren Mengen.
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Die bergbaubedingten Eisenbelastungen der Lausitzer Gewässer werden in speziellen Wasserbehandlungsanlagen (WBA) von ihrer Eisenfracht befreit. Eine Variante sind die Grubenwasserreinigungsanlagen (GWRA), wo in großen Absetzbecken und bei längeren Verweilzeiten des Wassers der Schlamm sich auf dem Beckengrund ablagert und in regelmäßigen Abständen beräumt werden muss. Daneben gibt es weitere stationäre und mobile Wasserbehandlungsanlagen. Bei allen Verfahren bleibt aber am Ende des Prozesses der kompakte Eisenschlamm als Problemstoff übrig. Die gegenwärtig genutzte Technologie der Verbringung durch die LMBV ist die Verspülung der Schlämme auf dem Seegrund von Bergbau-Restseen. Das stößt in der Öffentlichkeit aber auf heftige Kritik, denn das Langzeitverhalten des EHS ist noch weitgehend unbekannt.
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Die gegenwärtige Situation ist dadurch gekennzeichnet, dass überall nach Möglichkeiten zur EHS-Beseitigung gesucht wird. Dabei geht es vor allem darum, von der Entsorgung zu einer wirtschaftlichen und unbedenklichen Verwertung zu gelangen. Eine entscheidende Rolle dabei spielt die Biokohle. Ihre Fähigkeit der langfristigen Bindung von EHS mit all seinen stark wechselnden Bestandteilen an ihre poröse Oberfläche schafft die Voraussetzungen für alternative Anwendungen. Die zu beschreibende Anwendung ist eine solche Alternative und betrifft die Verwertung des EHS aus Grubenwasserreinigungsanlagen der LMBV und der LEAG.
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Der EHS aus dem Absetzbecken der Grubenwasserreinigungsanlage (GWRA) wird mit einer Pumpe über eine Rohrleitung mit Regulierschieber vom Boden des Absetzbeckens abgesaugt und in einen Mischbehälter gefördert. Die Konsistenz des EHS ist flüssig mit einem Feststoffanteil von ca. 10 %.
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Aus einem Vorratssilo wird über einen Schneckenförderer fein zermahlene Biokohlengrus ebenfalls dem laufenden Mischer zugeführt. Das Mengenverhältnis sollte etwa 2T Biokohle zu 1T EHS betragen.
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Als weitere Komponente wird aus einem Güllefass über die vorhandene Entleerung Gülle aus einem Landwirtschaftsbetrieb der Umgebung dem Mischer zugeführt, bis wieder eine breiige Konsistenz im Mischer entsteht. Die Verwendung von Gülle als universeller Dünger ist deshalb besonders effektiv, weil sie über 2.000 verschiedene Substanzen enthält und damit den handelsüblichen Mineraldüngern weit überlegen ist. Dabei spielt auch die Ausnutzung der von der Düngemittelverordnung vorgegebenen Karenzzeit für die Ausbringung auf dem Acker eine Rolle.
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Um das Gemisch in einen weiterverarbeitungsfähigen Zustand zu bringen, ist nach dem intensiven Mischprozess eine Vorentwässerung durch eine Zentrifuge erforderlich. Über einen weiteren Schneckenförderer gelangt das Gemisch in einen Reaktor, der mit Hilfe von Heißluft ein pulverförmiges Gemisch entstehen lässt. Für den vorgesehenen Verwendungszweck der Saatgutbeschichtung ist eine Feinzermahlung auf eine Korngröße von 0,1 bis 1,0 mm erforderlich. Das übernimmt ein Zellenmahlwerk, welches vor dem Austrag angeordnet ist. Die luftdichte Verpackung und der Transport zur Saatgutbehandlungsanlage bilden den Abschluss des Prozesses.
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Die Herstellung eines Gemischs aus EHS, Biokohle und Gülle zur Saatgutbehandlung stellt eine weitere wirtschaftliche und umweltgerechte Möglichkeit der Verwertung von EHS dar. Die Biokohle im Gemisch bewirkt mit ihrer Speicherfähigkeit auch eine langfristige CO2-Bindung und ist damit ein klimarelevanter Faktor. Das universelle Düngemittel Gülle gibt der jungen Pflanze alle lebenswichtigen Substanzen mit auf den Weg und erspart gleichzeitig die mineralischen Handelsdünger, die leicht ausgewaschen werden und das Grundwasser schädigen. Die Saatgutbehandlung mit dem Gemisch aus EHS, Biokohle und Gülle kann einen bedeutenden Beitrag zur Verbesserung der Ernährung leisten.