EP2874979A1 - Verfahren zur herstellung von langzeitdünger aus gärresten mittels verkapselung - Google Patents

Verfahren zur herstellung von langzeitdünger aus gärresten mittels verkapselung

Info

Publication number
EP2874979A1
EP2874979A1 EP13740266.5A EP13740266A EP2874979A1 EP 2874979 A1 EP2874979 A1 EP 2874979A1 EP 13740266 A EP13740266 A EP 13740266A EP 2874979 A1 EP2874979 A1 EP 2874979A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
digestate
encapsulation
fermentation residues
fertilizer
fermentation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13740266.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Satyanarayana Narra
Peter Ay
Claudia Glaser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Original Assignee
Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus filed Critical Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Publication of EP2874979A1 publication Critical patent/EP2874979A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F5/00—Fertilisers from distillery wastes, molasses, vinasses, sugar plant or similar wastes or residues, e.g. from waste originating from industrial processing of raw material of agricultural origin or derived products thereof
    • C05F5/006—Waste from chemical processing of material, e.g. diestillation, roasting, cooking
    • C05F5/008—Waste from biochemical processing of material, e.g. fermentation, breweries
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/10—Solid or semi-solid fertilisers, e.g. powders
    • C05G5/16—Films or sheets; Webs; Fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/30—Layered or coated, e.g. dust-preventing coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/30—Layered or coated, e.g. dust-preventing coatings
    • C05G5/37—Layered or coated, e.g. dust-preventing coatings layered or coated with a polymer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/40—Fertilisers incorporated into a matrix
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05G—MIXTURES OF FERTILISERS COVERED INDIVIDUALLY BY DIFFERENT SUBCLASSES OF CLASS C05; MIXTURES OF ONE OR MORE FERTILISERS WITH MATERIALS NOT HAVING A SPECIFIC FERTILISING ACTIVITY, e.g. PESTICIDES, SOIL-CONDITIONERS, WETTING AGENTS; FERTILISERS CHARACTERISED BY THEIR FORM
    • C05G5/00—Fertilisers characterised by their form
    • C05G5/45—Form not covered by groups C05G5/10 - C05G5/18, C05G5/20 - C05G5/27, C05G5/30 - C05G5/38 or C05G5/40, e.g. soluble or permeable packaging
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/20—Fertilizers of biological origin, e.g. guano or fertilizers made from animal corpses

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of long-term fertilizer from digestate, wherein the ingredients are released from the resulting preparations for a long time.
  • renewable resources are becoming increasingly important for the production of energy, whether in the form of biofuels or in the production of biogas.
  • the process steps to provide these forms of energy are complex and must be checked in terms of carbon footprint, water consumption or the disposal of waste materials.
  • the increasing number of biogas plants leads to a new problem in the field of digestate disposal.
  • a large part of the digestate is used as fertilizer.
  • the exact timing of fertilizer application, as well as the strict monitoring of the ingredients lead to difficulties.
  • new methods must be considered, to store them meaningfully and to protect the ingredients from environmental influences.
  • a currently common method for processing the digestate includes drying prior to application in the field and the discharge of the recovered wastewater into surface waters.
  • a disadvantage of the prior art is that the high proportion of nutrients in the wastewater is associated with a great danger of eutrophication. If there is no separation of liquid and solid phases, there is a risk of the liquid phase seeping into deeper soil layers. The nutrient-rich wastewater can reach groundwater via the groundwater and lead to over-fertilization.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method and a preparation which does not have the disadvantages and deficiencies of the prior art.
  • the invention relates to a method for the encapsulation of digestate, which comprises the following steps:
  • the encapsulation in particular comprises a process in which at least two starting materials are connected to one another. These substances can be present in different states of aggregation. Preferably, one of the substances serves as encasing substance for the other components and includes these. According to the invention, it is preferable if in particular different forms of the encapsulation take place, for example a single, multiple or partial encapsulation, but also a direct and indirect encapsulation is a preferred embodiment. It is further preferred if, in the case of the encapsulation according to the invention, in particular, fermentation residues comprise the capsule contents. In the method, the sequence of the method steps preferably takes place in succession in accordance with steps a) to f). The fermentation residues are especially moist, fibrous, particulate, solid or semi-solid.
  • Fertilizer in the context of the present invention comprises in particular slow-release fertilizer, farm fertilizer, intensive fertilizer.
  • Long-term fertilizer comprises in particular fermentation residues, which are encapsulated in particular by the method according to the present invention.
  • fermentation residues comprise a mixture of liquid and / or solid components, wherein the solid constituents, fibers and / or particles, a length of 1 ⁇ to 100 cm, preferably from 1 mm to 50 cm, more preferably from 500 mm to 25 cm and most preferably from 1 cm to 10 cm.
  • the fermentation residues come from biotechnological processes, in particular fermentations with biogenic material and the production of gas (biogas), liquids (bioethanol) and the process residues.
  • process residues are in particular fermentation residues, digestate residues, digestate residues or fermentation substances.
  • the digestate includes solid-liquid or liquid-liquid mixtures in various proportions. Digestate are subject to during the fermentation process in particular an accumulation of nitrogen and potassium. An enrichment takes place both in solid phase (fibers and / or particles) and liquid phase (soluble ammonium).
  • the fermentation residues after the encapsulation according to the invention are used in particular directly as slow-release fertilizers, enable a long-lasting, controlled release of nutrients, in particular nitrogen and potassium, and there is no pollution (eutrophication) of groundwater, surface waters and wastewater.
  • a surprising effect is that the encapsulation improves soil quality, forms humus, improves crop yield, and enables nutrient accumulation in the soil without the disadvantages of the prior art. It is preferred if the process according to the invention and the preparation according to the invention are used in particular for replacing / reducing the production and use of commercial fertilizer.
  • the use of the present invention in particular as slow-release fertilizer according to the regulatory regulation of fertilization time and fertilization period on the basis of statutory provisions (Regulation on the marketing of fertilizers, culture substrates and plant auxiliaries) is made possible by the encapsulation. It is preferred if the invention makes it possible in particular fertilization in the winter months. That the fertilization can be achieved in particular in winter by the encapsulation of fermentation residues according to the invention was completely surprising. Preferably, the invention prevents in particular an excessive nutrient entry into the soil and also prevents contamination of soil and / or groundwater. It is also surprising that with the present invention in particular an odor nuisance is reduced or eliminated by the digestate.
  • fermentation residues are, in particular, animal or vegetable waste products which are produced, for example, during the production of biogas and the fermentation taking place in the process.
  • the fermentation residues from, for example, biogas plants can, depending on their origin, be subject to include different properties in terms of material composition.
  • the dry matter content varies as well as the proportion of acids and the density of the fibrous content.
  • the size and shape distributions of the fibers may vary depending on the origin of the starting materials.
  • fertilizers from fermentation residues in particular include farmyard manure and organic fertilizers. Farmyard manure refers to those fermentation residues that have arisen from the fermentation of vegetable substances from forestry, agriculture or horticultural enterprises. These may also be partially mixed with animal excreta.
  • organic fertilizers are fertilizers which, for example, have arisen from co-digestion of biowaste in particular.
  • Digestate from animal excretions includes as starting material, for example, pork and / or cattle manure.
  • the unfermented cattle slurry preferably has a dry matter content of, for example, 8%.
  • an average total nitrogen content of, for example, 3.6 kg / t (solid meter) is included, for example, 1, 6 kg / t (solid meter) of ammonium nitrogen (NH4-N) are present.
  • phosphorus is contained at 0.7 kg / t (solid meter), potassium at 2.8 kg / t (solid meter) and magnesium at 0.6 kg / t (solid meter).
  • the content of dry matter is, for example, about 6% and is thus lower than that of the cow manure.
  • the average value of total nitrogen is, for example, 3.8 kg / t (solid meter) and the content of NH4-N is 2.5 kg / t (solid meter).
  • 0.6 kg / t (solid meter) of phosphorus, 2.1 kg / t (solid meter) of potassium and in particular 0.4 kg / t (solid meter) of magnesium are included.
  • Pig manure and cattle slurry can also be mixed. There is also the possibility that in smaller parts other types of manure such as chicken dry manure can be used.
  • Fermentation residues within the meaning of the present invention have, for example, altered properties after anaerobic fermentation.
  • the dry matter is converted to methane and, for example, the dry matter content is reduced.
  • the dry matter content of the cattle slurry after fermentation is, for example, 5.8% and the value of pig slurry, for example, 3.8%.
  • the fermentation residues, in particular after anaerobic fermentation are more free-flowing and the pH of the fermentation residues in comparison to the starting material is in particular increased.
  • organic acids are due to fermentation reduced.
  • the total nitrogen content of the digestate is in particular comparable to the starting substance before fermentation.
  • the phosphate, potassium and magnesium contents also preferably remain constant during the fermentation process.
  • cereal and maize silage and other vegetable residual products serve as starting materials for fermentation residues of plant origin. Fermentation residues from corn silage in particular contain particles of different sizes.
  • corn silage has a dry matter content of 32% before fermentation.
  • the total nitrogen content is, for example, 1, 2% (dry matter) and a content of, for example, 1 1, 3% (dry matter) is in the form of NH4-N.
  • 0.24% (dry substance) of phosphate and 1, 13% (dry substance) of potassium are contained.
  • the dry matter content of the silage is for example 10.6%.
  • the mass of nitrogen is in particular 3.42 kg / t (solid meter), of which in particular 20% NH4-N.
  • 0.001 kg / t (solid meter) of potassium and, for example, 0.004 kg / t (solid meter) of phosphates are included.
  • the liquid phase of the fermentation residues comprises in particular a dry matter content of, for example, 5.7% and the solid phase a content of, for example, 24.3%.
  • the total nitrogen value is in particular 4.9 kg / m 3 in the liquid phase and in the solid phase at 5.8 kg / m 3 .
  • the phosphate content (P 2 0 5 ) dominates in the solid phase with 5 kg / m 3 , in contrast, the content of P 2 0 5 in the liquid part of the fermentation residues at, for example, 2.3 kg / m 3 .
  • the NH4 content is slightly higher in the liquid phase at 3.0 kg / m 3 , in contrast to 2.7 kg / m 3 in the solid.
  • the potassium content prevails in the liquid phase with 6.2 kg / m 3 to 5.8 kg / m 3 .
  • Adjuvants include in particular biopolymers, binders and additives.
  • Biopolymers are preferably selected from the group cellulose, polylactic acid (PLA), zein, poly-3-hydroxybutyrate, polyglonic acid, polyethylene, lignin and / or substances which are classified as polypeptide, polynucleotide and polysaccharide.
  • the binders are selected from starch, carboxymethyl cellulose (CMC), gelatin, pectin, flour, silicon dioxide, lime, water glass, gypsum, clay, which can be used in particular in various concentrations.
  • the binders are preferably capable of binding liquids and solids in the constituent agglomeration process.
  • the additives are in particular able to provide a fertilizing effect depending on the soil specification.
  • the additives preferably include phosphate and potassium.
  • palm fat is preferred, which is preferably obtained by the hydrogenation of palm oil and which, for example, has a density of 826 kg / m 3 (at 105 ° C) and for example a vapor pressure of ⁇ 0.01 mbar (at 20 ° C).
  • the melting temperature of the fat is in particular between 58 ° C and 60 ° C, the dynamic viscosity (at 75 ° C) is preferably 19.5 10 "3 Pa * s.
  • bleached palm oil is used. This includes saturated fatty acids such as palmitic and stearic acid.
  • Castor fat for example, has a melting range of between 88-90 ° C and a density (at 105 ° C) of, for example, 822 kg / m 3 .
  • the vapor pressure (at 20 ° C) is in particular ⁇ 0.01 mbar and the dynamic viscosity of palm fat is preferably 25.3 10 "3 Pa * s (at 100 ° C).
  • the fat is obtained by hydrogenating castor oil.
  • Rizinusfett includes in particular organic fatty acids, such as palmitic and stearic acid.
  • starch is used in the encapsulation according to the invention.
  • the starch granules used in the context of the invention comprise about 20-30% amylose and 70-80% amylopectin and may vary in their physical and chemical properties.
  • the amylose consists of glucose molecules, which are strung together to unbranched chains and linked via a (1, 4) -glucosidic bonds.
  • the main constituent of starch, amylopectin, as well as amylose, consists of D-glucose units. These are in particular branched and arranged in shorter chains.
  • wheat and potato starch is preferably used according to the invention, but corn, rice and cereal starch are also constituents of the present invention.
  • the starch used has a density of between 530-750 kg / m 3.
  • the addition of different enzymes leads, for example, to a breakdown of the structure of the starch chains into different forms and thus to different end products.
  • the enzyme amylase cleaves the structure of linear starch and forms a complex network of ring structures that are free in solution (liquid phase).
  • the spray-drying of starch-amylase solution produces granules with exhaust holes or pores that lead to an inside surface comparable to that of a sponge.
  • These sponge-like granules can in particular absorb within the meaning of the present invention, in particular diverse types and amounts of liquids and allow, for example, that the liquid fermentation residues are released via controlled release to the environment.
  • the mechanical strength of the intermediate and / or end products and the absorption capacity of liquid can be influenced.
  • alginate is used as polysaccharide derivatives in the encapsulation, which is obtained in a further preferred form of brown algae by various treatment steps.
  • Alginate is preferably used in the context of the present invention, which has a solid state and is poorly soluble in water.
  • gelatin is used in particular in the encapsulation according to the invention, comprising 84-86% pure, natural proteins.
  • a small proportion of mineral salts and water is preferably also contained.
  • the gelatin is produced in particular from collagen-containing animal raw materials. Both type A gelatin, which is obtained by acid hydrolysis, mostly from pig skins, and type B gelatin, which is prepared by basic hydrolysis, find particular application in the present invention.
  • the present invention preferably makes use of the property of gelatin, which consists, for example, in that temperature-dependent gels can be formed and from a temperature below 30 ° C gelatin begins to solidify. It is preferred if the melting temperature of anhydrous gelatin is in particular at 230 ° C and the average density, for example at 1350 kg / m 3 .
  • carboxymethyl cellulose is used in the encapsulation according to the invention.
  • carboxymethyl cellulose is used to bind the liquid phase of digestates with fibers.
  • Carboxymethylcellulose is a typical derivative of cellulose and is used, for example, for the production of wallpaper glue.
  • the polysaccharide is obtained as modified cellulose from plant fibers.
  • the polymer carboxymethylcellulose comprises anhydroglucose units and, depending on the degree of polymerization and degree of substitution, has different degrees of solubility and forms more or less viscous solutions.
  • Carboxymethyl cellulose is not soluble in ethanol and only slightly soluble in water.
  • the production of the agglomerates of liquid fermentation residues in the context of the invention takes place, for example, without removal of water. It is further preferred if the agglomeration can be carried out in particular with or without additives.
  • the encapsulation process according to the invention in particular solid and / or liquid fiber material can be obtained as agglomerate. It was surprising that not only unpleasant odors are reduced or eliminated with the method of encapsulation and in particular the agglomeration step for the production of fertilizer capsules in particular from fermentation residues, but preferably also the handling of digestate as fertilizer is simplified. This relates in particular to storage of the fertilizer according to the invention and the transport of the fertilizer according to the invention.
  • an intermediate product is formed which comprises one or more liquid cores of digestate and is surrounded by a shell of auxiliaries.
  • the fermentation residues are encapsulated with a shell comprising alginate and calcium.
  • an intermediate product is formed, which comprises a network structure of liquid and / or solid digestate.
  • the encapsulation according to the invention is usable in particular with respect to the particle size for macroscopically visible particles and / or fibers. But for example, only microscopically visible particles are covered by the invention. Accordingly, the present invention includes in particular methods for microencapsulation as well as methods for macroencapsulation in order to encapsulate fermentation residues, liquid and / or solid. Encapsulation within the meaning of the invention also includes, in particular, coating processes, so-called coatings, in which the fermentation residues are enveloped by auxiliaries and thus encapsulated.
  • microencapsulation and / or macroencapsulation as the production and coating method in the sense of the encapsulation according to the invention is carried out, for example, with the aid of spray nozzles, via which excipients, for example biopolymers and / or additives, are sprayed from the outside onto the fermentation residues.
  • excipients for example biopolymers and / or additives
  • a wrapping of the digestate for example by means of coating, preferably calcium chloride and alginate is used.
  • Coating of the fermentation residues with biopolymers is also preferred according to the invention and can be used, in particular, to produce sponge-like granules as intermediates during agglomeration and to improve these intermediates with regard to the retention of active ingredients, the nutrients of the fermentation residues, in the core material.
  • the biopolymers crosslinked by means of calcium chloride and alginate improve the retention capacity of Active ingredients / ingredients and the granule integrity of the intermediates of the invention.
  • the release of ingredients can be influenced by, in particular, mechanical compression, diffusion or degradation.
  • the preparation in particular comprises films. Further preferred is the use of the preparation as fertilizer and the use of the preparation for the position of sponges and films.
  • the present invention comprises in particular spray-drying processes as a method of encapsulating fermentation residues by means of which, for example, in the presence of, in particular, amylase and starch, sponges and foils are obtainable.
  • the encapsulation of digestate is carried out in such a way that the foams are further processed into films by means of pressing and stamping tools, roller compactors and so-called encapsulation machines.
  • the preparation according to the invention is preferably produced from digestates by the process according to the invention and comprises in particular intermediate and / or end products which comprise auxiliaries, preferably retarding agents, with release-delaying properties.
  • the present invention comprises in particular sponge-like structures, which are capsules with cavities, which are produced by means of an impregnation process, followed by drying. The parameters used are comparable to those of a spray-drying process.
  • the encapsulation of fermentation residues within the meaning of the present invention also includes in particular the filling of capsules.
  • the present invention preferably uses constituent agglomeration processes by means of, for example, pelletizing plates or mixers.
  • the method according to the invention comprises in particular encapsulations with or without dehydration technique, with or without grinding, with or without binder or additives, single or multiple encapsulation, porous or encapsulating encapsulation and combinations thereof.
  • the agglomeration according to the invention preferably comprises a constitutive agglomeration and constituent granulation in which, in particular, various auxiliaries are added and in this way the usability for an individual and specific fertilization effect corresponding to the respective soil types is possible.
  • the invention comprises in particular a direct or indirect encapsulation and the process preparation steps dewatering and / or comminution.
  • the method is so flexible that based on the characteristics of the digestate (solid-liquid or liquid-liquid mixtures) and based on the soil properties and the nature of the fertilizer machines to be used, the method and the respective process steps of the invention can be set individually particular.
  • the release of ingredients from the preparations according to the invention, prepared by the method according to the invention specifically adjustable. This is preferably done by selection
  • agglomerates porous or non-porous, intermediate or final product
  • the biodegradability of the capsules in the soil is achieved by the activity of microorganisms, enzymes or other biomolecules. It is preferred if it is in particular possible with the preparations according to the invention, for example the capsules for use as slow-release fertilizer, to set the desired release frequency of the encapsulated ingredients as a function of time (short-term and long-term effects) and depending on the corresponding soil profile, the fertilization effect.
  • An important parameter in the controlled release of ingredients from capsules is the permeability of the biopolymer.
  • the biopolymer according to the invention allows water-dependent release characteristics of the active substances to be constant over a long period of time.
  • the capsules with their characteristics according to the invention, in particular very effectively improve the long-lasting fertilization time in comparison to conventional products and agglomerates.
  • the controlled release characteristics of capsules are also able to prevent and / or reduce risks related to soil and groundwater contamination and also nitrous oxide emissions.
  • the macroencapsulation comprises agglomerates with fibers and / or particles having a length of from 1 ⁇ m to 100 cm, preferably from 1 mm to 50 cm, more preferably from 500 mm to 25 cm and most preferably from 1 cm to 10 cm includes.
  • the diameter of the fibers and / or particles comprises a range from 1 mm to 100 cm, preferably from 10 mm to 50 cm, more preferably from 100 mm to 10 cm and the diameter most preferably up to 1 cm is.
  • the macroencapsulation in particular uses biodegradable materials (biopolymers) for the encapsulation of, for example, biogenic fermentation residues.
  • the invention encompasses various possibilities of encapsulation, for example single-step or two-step processes. It is preferred if, for example, a porous or enveloping encapsulation in the context of the invention is feasible. It is further preferred if the capsules obtained as the end product can be obtained in various embodiments and sizes such as, for example, spherical, cylindrical, conical or angular shape. Most preferred is the spherical shape.
  • the invention comprises biodegradable polymers (preferably polylactic acid, starch and aginates in combination, alginates, polyethylene and lignin) as encapsulating material.
  • This encapsulant material is preferably processed so that the manufactured capsules for use as slow-release fertilizer meet the requirements of fertilizer guidelines, soil standards and environmental standards.
  • the biopolymers are used in both the direct and indirect enveloping encapsulation of digestate.
  • the most preferred material is starch in combination with other biopolymers in both direct and indirect encapsulation.
  • crushing biogas residues is not mandatory.
  • the processing / encapsulation of the digestate with the method according to the invention is carried out in particular without qualitative and / or quantitative loss of the ingredients / nutrients in the digestate.
  • nitrous oxide emissions are reduced compared to unprocessed digestate or prior art processes.
  • the handling characteristics of the encapsulated digestate are improved compared to the unprocessed digestate or prior art processes.
  • the intermediate and end products obtained by means of the process according to the invention allow, in particular, a long-term fertilization effect by, for example, nitrogen binding and delayed release.
  • the intermediate and end products obtained by means of the process according to the invention show, in particular, a high fertilization efficiency.
  • digestate can be made available as a naturally derived fertilizer (without an industrial production process) for sustained release of soil nutrients.
  • the method comprising the agglomeration of fermentation residues and / or their encapsulation can be varied as required, in particular by selecting the process parameters and / or by, for example, the excipient components. In this way, environmental factors such as soil properties, weather conditions or even seasons can be taken into account by the release rate of nutrients is specifically adjusted. That this is possible with digestates, which constitute a waste product, is surprising and was not obvious to the skilled person by the prior art. Although the suitability of inorganic fertilizer as long-term fertilizer is known to those skilled in the art. It was completely surprising that fermentation residues which are, for example, fibrous, liquid and / or semi-solid and in particular of organic origin, can be obtained as ecologically advantageous long-term fertilizer with the method on which the invention is based.
  • the present invention represents an abrupt improvement of the previous teaching, because fermentation residues discharged as fertilizer have hitherto rapidly released a large proportion of the nutrients, which can lead to a water pollution, for example.
  • the combination of agglomeration and encapsulation opens the possibility for the person skilled in the art to process fermentation residues to slow-release fertilizers, which was hitherto impossible due to their fibrous and heterogeneous structure and the high liquid content.
  • Especially the functional sequence of the individual process steps has proved to be a surprising advantage.
  • the liquid fraction can be separated and also be processed for example by means of encapsulation for long-term fertilizer, which is also a surprising advantage. Achieving a long-term effect especially with liquids is a challenge that has hitherto been unsolved in the field of fertilizers.
  • the method of encapsulating digestate provides in particular an optimal solution for achieving a sustained controlled release of nutrients into the soil with the intermediate and / or final products obtained.
  • the soil fertility is improved with the use of the fertilizer according to the invention, in particular the crop yield is increased and the use of intensive fertilizers can be reduced. Further advantageous measures are contained in the remaining subclaims.
  • FIG. 1 shows agglomerated fibers.
  • FIG. 2 shows encapsulated fermentation liquid with fiber casing.
  • FIG. 3 shows fermentation liquid capsules agglomerated in fibers.
  • Figure 4 shows agglomerated fibers with sheath.
  • FIG. 5 shows encapsulated fermentation liquid with fiber casing and enveloping capsule.
  • FIG. 6 shows fermentation liquid capsules agglomerated in fibers in a casing.
  • FIG. 7 shows the schematic representation of encapsulation processes.
  • FIG. 8 shows the schematic representation of encapsulation processes.
  • FIG. 9 shows the schematic representation of encapsulation processes.
  • FIG. 10 shows the schematic representation of encapsulation processes.
  • FIG. 11 shows the schematic representation of encapsulation processes.
  • FIG. 1 shows the representation of a target product obtained, for example, in a buildup agglomeration.
  • target product 1 and / or target product 3 which are obtained from the processes shown in FIGS. 7, 8, 9, 10 and 11.
  • FIG. 2 for example, represents target product 5, which can be obtained by means of the processes illustrated in FIGS. 7, 9, 10 and 11.
  • FIG. 3 shows target product 5 in the form of a matrix. This matrix can be obtained, for example, by the methods shown in FIGS. 7, 9, 10 and 11.
  • FIG. 4 shows target product 2 and / or 4, which are produced, for example, by means of the schematically illustrated method in FIGS. 7, 8, 9, 10 and 11.
  • target product 4 can be seen, which can be prepared for example by the methods shown in Figures 7, 8, 9, 10 and 1 1.
  • the target product 4 in FIG. For example, the target product 5 provided with a capsule shell.
  • FIG. 6 shows, for example, the target product 4 of the processes shown in FIGS. 7, 8, 9, 10 and 11.
  • Target product 4 comprises as capsule content, for example, the target product 5 in the form of a matrix.
  • Digestate can be crushed, crushed (10 mm particle classification) and crushed (6 mm particle classification).
  • capsules may contain fermentation residues. Fermentation residues are, for example, encapsulated with gelatin or shaken by a PLA shell. Liquid fermentation residues are for example directly or indirectly, after separation of the solids, encapsulated.
  • the direct encapsulation of liquids is possible, for example.
  • liquids can be encapsulated in a matrix.
  • the multiple encapsulation of already encapsulated digestate can also be achieved with PLG as a biopolymer.
  • An indirect encapsulation takes place, for example, with pelletizing plates or mixers.
  • a buildup agglomeration is possible.
  • the resulting agglomerates are to be encapsulated by means of alginate.
  • FIG. 7 shows, for example, which intermediate and end products can be obtained with the encapsulation process and which variations are possible. For example, the process can be done with and without dehydration or with and without comminution.
  • a direct and indirect encapsulation is shown in Figure 7, for example.
  • FIG. 8 shows, for example, an illustration of the method for the direct encapsulation of digestate.
  • FIG. 8 shows the process without drainage and without crushing.
  • FIG. 9 shows, for example, the process for the indirect encapsulation of digestate with dehydration and with comminution. It can be seen, for example, from FIG. 10 how the process for direct encapsulation without drainage and the process for indirect encapsulation with drainage take place.
  • FIG. 11 shows, for example, the process of direct encapsulation without comminution and the process of indirect encapsulation with comminution.
  • Starch-fiber agglomerates with starch as binder are produced. 200 g of dry fibers are mixed with 200 g of gelled starch solution and agglomerated on a granulating plate at a speed of 156 rpm. In order to gelatinize the starch, a starch / water mixture is heated on a hotplate to 70 ° C. with constant stirring. The ratio of starch-water solution will varies in descending order and the experiments are repeated until no more agglomeration succeeds.
  • 200 g of dry fibers are agglomerated with 200 g of liquid gelatin solution. The instant gelatin does not need to be supplied with heat as it starts to gel without temperature.
  • CMC carboxymethylcellulose
  • 200 g of fibers are mixed with 200 g of CMC solution and agglomerated.
  • CMC does not require a gelation temperature.
  • the binder content may for example be between 2% and 50%.
  • Fermentation residues are processed into agglomerates, which are first separated into two phases with a centrifuge at a speed of 2000 rpm.
  • the further experimental procedure differs from that in Example 1 only in three points.
  • the fermentation liquid is used instead of water, the gelling temperature in the starch solution drops by about 8 ° C and the digestate fibers have a high water content.
  • Same binders and comparable proportions as in Example 1 are applicable.
  • the liquid phase is not free. Therefore, in order to process previously untreated fermentation residues into agglomerates, the binders must be mixed directly in solid form under the digestate.
  • the varying ratios of binder are based on the liquid phase. For this, the mass of liquid in 200 g of digestate are determined.
  • the binders can thus gel directly in the wet fibers and exert a binding effect.
  • Starch can not be used in this example 3, as these gelled only by a temperature increase.
  • Gelatin and CMC can be used. It can be produced in this way, different types of products, which differ only in the proportion of the binder contained.
  • the binder content may be, for example, between 2% and 50%, as in Example 1. Subsequent wrapping with alginate is possible.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pest Control & Pesticides (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fertilizers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dünger aus Gärresten mittels Verkapselung der Gärresten, wobei die Inhaltsstoffe aus den erhaltenen Zubereitungen lang anhaltend freigesetzt werden. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der Zubereitung als Dünger, die Verwendung der Zubereitung zur Herstellung von Schwämmen und Folien und eine Folie, umfassend diese Zubereitung.

Description

Verfahren zur Herstellung von Langzeitdünger aus Gärresten
mittels Verkapselung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Langzeitdünger aus Gärresten, wobei die Inhaltsstoffe aus den erhaltenen Zubereitungen lang anhaltend freigesetzt werden.
Nachwachsende Rohstoffe werden immer bedeutender für die Erzeugung von Energie, sei es in Form von Biokraftstoffen oder bei der Gewinnung von Biogas. Die Prozessschritte zur Bereitstellung dieser Energieformen sind jedoch aufwendig und müssen hinsichtlich der Klimabilanz, dem Wasserverbrauch oder der Entsorgung anfallender Abfallstoffe überprüft werden. Die zunehmende Anzahl an Biogasanlagen führt zu einer neuen Problematik im Bereich der Gärrestentsorgung. Derzeit wird ein großer Teil der Gärreste als Düngemittel weiterverwendet. Die genauen zeitlichen Vorgaben zur Düngemittelausbringung, sowie die strenge Überwachung der Inhaltsstoffe führen jedoch zu Schwierigkeiten. Mit steigenden Gärrestmassen muss über neue Methoden nachgedacht werden, diese sinnvoll zu lagern und die Inhaltsstoffe vor Umwelteinflüssen zu schützen. Ein momentan gängiges Verfahren zur Aufbereitung der Gärreste beinhaltet eine Trocknung vor dem Ausbringen auf dem Feld und die Einleitung des gewonnenen Abwassers in Oberflächengewässer.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass mit dem hohen Nährstoffanteil im Abwasser eine große Eutrophierungsgefahr einhergeht. Findet keine Separierung von Flüssig- und Feststoffphase statt, besteht das Risiko des Versickerns der Flüssigphase in tiefere Bodenschichten. Das nährstoffreiche Abwasser kann über das Grundwasser in Gewässer gelangen und zur Überdüngung führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Zubereitung bereitzustellen, welche nicht die Nachteile und Mängel des Standes der Technik aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe durch die unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verkapselung von Gärresten, welches folgende Schritte umfasst:
a. Bereitstellen eines zu verkapselnden Gärrestes,
b. Entwässern des zu verkapselnden Gärrestes,
c. Mahlen des zu verkapselnden Gärrestes,
d. Zugabe eines oder mehrerer Hilfsstoffe,
e. Agglomerieren von Hilfsstoff und Gärrest, und/oder
f. Verkapselung eines beim Agglomerationsprozess erhalten Zwischenproduktes, wodurch die Gärreste umhüllt werden.
Bevorzugt ist, wenn im Sinne der vorliegenden Erfindung die Verkapselung insbesondere einen Prozess umfasst, bei dem mindestens zwei Ausgangsstoffe miteinander verbunden werden. Diese Stoffe können in unterschiedlichen Aggregatzuständen vorliegen. Vorzugsweise dient einer der Stoffe als Hüllsubstanz für die weiteren Komponenten und schließt diese ein. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn insbesondere unterschiedliche Formen der Verkapselung stattfinden, beispielsweise eine Einfach-, Mehrfach- oder Teilverkapselung, aber auch eine direkte und indirekte Verkapselung ist eine bevorzugte Ausführungsform. Es ist weiter bevorzugt, wenn bei der erfindungsgemäßen Verkapselung insbesondere Gärreste den Kapselinhalt umfassen. Vorzugsweise findet beim Verfahren die Abfolge der Verfahrensschritte insbesondere nacheinander entsprechend der Schritte a) bis f) statt. Die Gärreste liegen insbesondere feucht, faserartig, partikulär, fest oder halbfest vor.
Völlig überraschend war, dass mit der vorliegenden Erfindung insbesondere die Verkapselung von faserartigen und nicht faserartigen biogenen Fermentationsrückständen möglich ist. Überraschender Weise wird mit der vorliegenden Erfindung insbesondere erreicht, dass über eine kontrollierte Freigabe eine lang anhaltende Düngung mittels bioabbaubarer Gärreste zu erreichen ist. In einer bevorzugten Form können insbesondere sowohl die Zwischenprodukte als auch die Endprodukte dieser Erfindung als Langzeitdünger mit den überraschenden erfindungsgemäßen Eigenschaften verwendet werden. Dazu zählt insbesondere der überraschende lang anhaltende Düngungseffekt der erfindungsgemäßen Zubereitung. Der Düngungseffekt wird insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verkapselung von Gärresten erhalten. Weiter bevorzugt ist, dass die Freigabe der Nährstoffe aus der Zubereitung kontrolliert verläuft. Überraschender Weise ist die Erfindung insbesondere dazu geeignet, kommerziell erhältliche Düngemittel insbesondere gleichwirkend zu ersetzen. Dünger im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere Langzeitdünger, Wirtschaftsdünger, Intensivdünger. Langzeitdünger umfasst insbesondere Gärreste, welche insbesondere mit dem Verfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung verkapselt sind.
Vorzugsweise umfassen Gärreste eine Mischung aus flüssigen und/oder festen Bestandteilen, wobei die festen Bestandteile, Fasern und/oder Partikel, eine Länge von 1 μηη bis 100 cm, bevorzugt von 1 mm bis 50 cm, mehr bevorzugt von 500 mm bis 25 cm und am meisten bevorzugt von 1 cm bis 10 cm umfassen.
Bevorzugt ist, wenn die Gärrückstände aus biotechnologischen Prozessen stammen, insbesondere von Fermentationen mit biogenem Material und der Produktion von Gas (Biogas), Flüssigkeiten (Bioethanol) und den Prozessrückständen. Prozessrückstände sind im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere Fermentationsrückstände, Gärrückstände, Gärreste oder Gärsubstanzen. Die Gärreste umfassen fest-flüssig oder flüssig-flüssig Mischungen in verschiedenen Verhältnissen. Gärreste unterliegen während des Fermentationsprozesses insbesondere einer Anreicherung an Stickstoff und Kalium. Eine Anreicherung findet sowohl in fester Phase (Fasern und/oder Partikel) und flüssiger Phase (lösliches Ammonium) statt.
Völlig überraschend war, dass die Gärreste nach der erfindungsgemäßen Verkapse- lung insbesondere direkt als Langzeitdünger verwendet werden, eine lang anhaltende, kontrollierte Freigabe von Nährstoffen wie insbesondere Stickstoff und Kalium ermöglichen und es zu keiner Belastung (Eutrophierung) von Grundwasser, Oberflächengewässern und Abwasser kommt. Ein überraschender Effekt ist, dass mit der Verkapselung die Bodengüte verbessert wird, sich Humus bildet, sich der Ernteertrag verbessert und eine Nährstoffanreicherung im Boden ermöglicht wird, ohne die Nachteile des Standes der Technik aufzuweisen. Bevorzugt ist, wenn es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Zubereitung insbesondere zum Ersetzen/Reduzieren der Produktion und Verwendung von kommerziellem Dünger kommt. Es war des Weiteren überraschend, dass mit der vorliegenden Erfindung insbesondere die direkte Verwendung von Gärresten mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt von beispielsweise mehr als 80% und mit einer breiten Faserpartikelverteilung, beispielsweise von 1 Mikrometer bis beispielsweise 10 cm möglich ist. Überraschender Weise können mit der Erfindung insbesondere die Trans- portkosten reduziert werden und ein Transport von verkapselten Gärresten über große Distanzen ist möglich und nicht auf den regionalen Vertrieb im beispielsweise 35 km Umkreis begrenzt.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, dass die Verwendung der vorliegenden Erfindung insbesondere als Langzeitdünger entsprechend der behördlichen Regulierung von Düngezeit und Düngeperiode auf Basis der gesetzlichen Bestimmungen (Verordnung über das Inverkehrbringen von Düngemitteln, Kultursubstraten und Pflanzenhilfsmitteln) durch die Verkapselung ermöglicht ist. Bevorzugt ist, wenn die Erfindung insbesondere eine Düngung auch in den Wintermonaten möglich macht. Dass die Düngung insbesondere auch im Winter durch die erfindungsgemäße Verkapselung von Gärresten erreicht werden kann, war vollkommen überraschend. Vorzugsweise wird mit der Erfindung insbesondere ein exzessiver Nährstoffeintrag in den Boden verhindert und auch eine Kontamination von Boden und/oder Grundwasser unterbunden. Überraschend ist auch, dass mit der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Geruchsbelästigung durch die Gärreste reduziert oder eliminiert ist.
Es ist weiterhin von Vorteil, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise insbesondere auf eine Zerkleinerung verzichtet werden kann. Vorteilhaft ist, wenn bei der Agglomeration kein Verlust von angereichertem Stickstoff in der separierten flüssigen Phase auftritt. Dass insbesondere eine verlustfreie Agglomeration mit der Erfindung möglich ist, war vollkommen überraschend. Auf diese Weise kann der Verlust an Stickstoff und die damit verbundene Reduktion der Düngeeffizienz vermieden werden. Überraschend ist auch, dass es bei der Agglomeration nicht zu hohen Temperaturen, beispielsweise von größer 50°C bis beispielsweise 100°C kommt und daher kein Ammonium in die Atmosphäre abgegeben wird. Folglich ist in einer bevorzugten Ausführung mit der vorliegenden Erfindung insbesondere die Emission von Lachgas reduziert und vorzugsweise vollkommen eliminiert. Besonders überraschend ist, dass die Treibhausgasemission mit der vorliegenden Erfindung insbesondere reduziert oder eliminiert ist.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei Gärresten um insbesondere tierische oder pflanzliche Abfallprodukte, die beispielsweise bei der Produktion von Biogas und der dabei stattfindenden Vergärung anfallen. Die Gärrückstände aus beispielsweise Biogasanlagen können in Abhängigkeit von ihrer Herkunft unter- schiedliche Eigenschaften in Bezug auf die stoffliche Zusammensetzung umfassen. Beispielsweise variiert der Trockensubstanzgehalt ebenso wie der Anteil an Säuren und die Dichte des faserigen Inhalts. Insbesondere auch die Größen- und Formverteilungen der Fasern können je nach Herkunft der Ausgangsprodukte schwanken. Erfindungsgemäß umfasst Düngemittel aus Gärresten insbesondere Wirtschaftsdünger und organische Düngemittel. Als Wirtschaftsdünger werden jene Gärreste bezeichnet, welche durch die Vergärung von pflanzlichen Substanzen aus der Forstwirtschaft, der Landwirtschaft oder gartenbaulichen Betrieben entstanden sind. Diese können auch teilweise mit tierischen Ausscheidungen vermischt sein. Organische Düngemitteln sind erfindungsgemäß Düngemittel, die beispielsweise aus einer Mitvergärung von insbesondere Bioabfällen hervorgegangen sind. Gärreste aus tierischen Ausscheidungen umfasst als Ausgangsmaterial beispielsweise Schweine- und/oder Rindergülle. Die unvergorene Rindergülle hat vorzugsweise einen Trockensubstanzgehalt der beispielsweise 8% beträgt. In dieser Gülle ist ein durchschnittlicher Gesamtstickstoffgehalt von beispielsweise 3,6 kg/t (Festmeter) enthalten, auch sind beispielsweise 1 ,6 kg/t (Festmeter) Ammoniumstickstoff (NH4-N) anwesend. Des Weiteren ist beispielsweise Phosphor mit 0,7 kg/t (Festmeter), Kalium mit 2,8 kg/t (Festmeter) und Magnesium mit 0,6 kg/t (Festmeter) enthalten. Bei der Schweinegülle hingegen liegt der Gehalt an Trockensubstanz beispielsweise bei etwa 6 % und ist somit geringer ist als bei der Rindergülle. Der durchschnittliche Wert an Gesamtstickstoff liegt bei beispielsweise 3,8 kg/t (Festmeter) und der Gehalt des NH4-N bei 2,5 kg/t (Festmeter). Ferner sind beispielsweise 0,6 kg/t (Festmeter) Phosphor, 2,1 kg/t (Festmeter) Kalium sowie insbesondere 0,4 kg/t (Festmeter) Magnesium eingeschlossen. Schweinegülle und Rindergülle können auch vermischt vorliegen. Es besteht außerdem die Möglichkeit, dass in geringen Teilen weitere Güllearten wie beispielsweise Hühnertrockenkot verwendet werden.
Gärreste im Sinne der vorliegenden Erfindung, insbesondere von Schweine- und/oder Rindergülle, weisen nach der anaeroben Vergärung beispielsweise veränderte Eigenschaften auf. Insbesondere wird bei dem Gärprozess die Trockensubstanz zu Methan umgewandelt und beispielsweise ist der Trockensubstanzgehalt verringert. Der Trockensubstanzgehalt der Rindergülle liegt nach der Gärung beispielsweise bei 5,8% und der Wert von Schweinegülle bei beispielsweise 3,8%. Erfindungsgemäß sind die Gärreste insbesondere nach der anaeroben Vergärung fließfähiger und der pH-Wert der Gärreste im Vergleich zum Ausgangsmaterial ist insbesondere erhöht. Insbesondere sind organische Säuren in Folge der Vergärung abgebaut. Je höher der pH-Wert des Gärsubstrats ist, desto größer ist auch der Anteil von Stickstoff, welcher nicht mehr als Ammonium enthalten ist, sondern zum Beispiel in Ammoniak umgewandelt wurde. Der Gesamtstickstoffgehalt der Gärreste ist insbesondere vergleichbar mit der Ausgangssubstanz vor der Vergärung. Auch die Phosphat-, Kalium-, und Magnesiumgehalte bleiben bei dem Gärprozess vorzugsweise konstant.
Erfindungsgemäß dienen insbesondere Getreide- und Maissilage sowie weitere pflanzliche Restprodukte als Ausgangsmaterialien für Gärreste pflanzlicher Herkunft. Gärreste aus Maissilagen enthalten insbesondere unterschiedlich große Partikel. Maissilage hat vor der Gärung beispielsweise einen Trockensubstanzgehalt von 32 %. Der Gesamtstickstoffgehalt liegt beispielsweise bei 1 ,2 % (Trockensubstanz) und ein Gehalt von beispielsweise 1 1 ,3 % (Trockensubstanz) liegt in Form von NH4-N vor. Des Weiteren sind insbesondere 0.24 % (Trockensubstanz) Phosphat und 1 ,13 % (Trockensubstanz) Kalium enthalten. Nach der Vergärung beträgt der Trockensubstanzgehalt der Silage beispielsweise 10,6 %. Die Masse an Stickstoff beträgt insbesondere 3,42 kg/t (Festmeter), davon sind insbesondere 20 % NH4-N. Ferner sind beispielsweise 0,001 kg/t (Festmeter) Kalium und beispielsweise 0,004 kg/t (Festmeter) Phosphate enthalten.
Hinsichtlich der Verteilung der Nährstoffe in den Gärresten umfasst die Flüssigphase der Gärreste insbesondere einen Trockensubstanzgehalt von beispielsweise 5,7% und die feste Phase einen Gehalt von beispielsweise 24,3%. Der Gesamtstickstoffwert liegt insbesondere bei 4,9 kg/m3 in der flüssigen Phase und in der Festphase bei 5,8 kg/m3. Der Phosphatgehalt (P205) dominiert in der Feststoffphase mit 5 kg/m3, im Gegensatz dazu liegt der Gehalt an P205 im flüssigen Teil der Gärreste bei beispielsweise 2,3 kg/m3. Der NH4-Anteil hingegen ist in der Flüssigphase mit 3,0 kg/m3, im Gegenteil zu 2,7 kg/m3 im Feststoff, etwas höher. Auch beispielsweise der Kaliumgehalt überwiegt in der Flüssigphase mit 6,2 kg/m3 zu 5,8 kg/m3.
Es ist bevorzugt, wenn bei der erfindungsgemäßen Verkapselung insbesondere Hilfsstoffe zugesetzt sind. Hilfsstoffe umfassen insbesondere Biopolymere, Bindemittel und Additive. Vorzugsweise sind Biopolymer ausgewählt aus der Gruppe Cel- lulose, Polymilchsäure (PLA), Zein, Poly-3-hydroxybutyrat, Polyglonic acid, Polyethylen, Lignin und/oder Substanzen die unter die Bezeichnung Polypeptid, Poly- nucleotid and Polysaccharid fallen. Vorzugsweise sind die Binder ausgewählt aus der Gruppe Stärke, Carboxymethylcellulose (CMC), Gelatine, Pectin, Mehl, Silici- umdioxid, Kalk, Wasserglas, Gips, Ton, welche insbesondere in verschiedenen Konzentrationen eingesetzbar sind. Die Bindemittel sind vorzugsweise in der Lage, in dem aufbauenden Agglomerationsprozess Flüssigkeiten und Feststoffe zu binden. Die Additive sind insbesondere in der Lage einen Düngungseffekt in Abhängigkeit der Bodenspezifikation zu ermöglichen. Die Additive umfassen vorzugsweise Phosphat und Kalium.
Bevorzugt ist, wenn im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere verschiedene Hüllsubstanzen und Bindemittel verwendbar sind. Insbesondere Palmfett ist bevorzugt, welches vorzugsweise durch die Hydrierung von Palmöl gewonnen wird und welches beispielsweise eine Dichte von 826 kg/m3 (bei 105°C) und beispielsweise einen Dampfdruck von < 0,01 mbar (bei 20°C) aufweist. Die Schmelztemperatur des Fettes liegt insbesondere zwischen 58°C und 60°C, die dynamische Viskosität (bei 75°C) beträgt vorzugsweise 19,5 10"3 Pa*s. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn insbesondere entfärbtes Palmfett verwendet wird. Dieses umfasst gesättigte Fettsäuren, wie beispielsweise Palmitin- und Stearinsäure.
Weiter bevorzugt zur Verkapselung ist die Verwendung von Rizinusfett. Rizinusfett hat beispielsweise einen Schmelzbereich der zwischen 88-90°C liegt und eine Dichte (bei 105°C) von beispielsweise 822 kg/m3. Der Dampfdruck (bei 20°C) ist insbesondere < 0,01 mbar und die dynamische Viskosität von Palmfett beträgt vorzugsweise 25,3 10"3 Pa*s (bei 100°C). Das Fett wird durch das hydrieren von Rizinusöl gewonnen. Rizinusfett umfasst insbesondere organische Fettsäuren, wie beispielsweise Palmitin- und Stearinsäure.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform findet insbesondere Stärke bei der erfindungsgemäßen Verkapselung Anwendung. Die im Sinne der Erfindung verwendeten Stärkekörner umfassen etwa 20 - 30 % Amylose und 70 - 80 % Amylo- pektin und können in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften variieren. Die Amylose besteht aus Glucosemolekülen, die zu unverzweigten Ketten aufgereiht sind und über eine a(1 ,4)-glucosidische Bindungen verknüpft werden. Der Hauptbestandteil der Stärke, das Amylopektin besteht ebenso wie die Amylose aus D-Glucose-Einheiten. Diese sind insbesondere verzweigt und in kürzeren Ketten angeordnet. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise insbesondere Weizen- und Kartoffelstärke verwendet, aber auch Stärke aus Mais, Reis und Getreide ist Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Vorzugsweise weist die verwendete Stärke eine Dichte zwischen 530-750 kg/m3 auf.
Bevorzugt ist, wenn die Zugabe von verschiedenen Enzymen beispielsweise zu einem Aufspalten der Struktur der Stärkeketten in verschiedene Formen und somit zu unterschiedlichen Endprodukten führt. Das Enzym Amylase spaltet insbesondere die Struktur linearer Stärke und bildet ein komplexes Netzwerk von Ringstrukturen aus, die in Lösung frei vorliegen (flüssige Phase). Die Sprühtrocknung von Stärke- Amylase Lösung produziert Granulate mit Ausblasöffnungen oder Poren, die zu einer Oberfläche im Inneren führen, vergleichbar mit denen eines Schwammes. Diese schwammartigen Granulate können insbesondere im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere vielfältige Arten und Mengen an Flüssigkeiten absorbieren und ermöglichen es beispielsweise, dass die flüssigen Gärreste über kontrollierte Freigabe an die Umgebung abgegeben werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann insbesondere mittels einer Vorbehandlung der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Hilfsstoffe, insbesondere der Stärke, durch beispielsweise chemische Modifikation die mechanische Festigkeit der Zwischen- und/oder Endprodukte sowie die Aufnahmefähigkeit an Flüssigkeit beeinflusst werden.
Bevorzugt ist, wenn Alginat als Polysaccharid-Derivate bei der Verkapselung verwendet wird, welches in einer weiteren bevorzugten Form aus Braunalgen durch verschiedene Aufbereitungsschritte gewonnen wird. Vorzugsweise findet insbesondere Alginat im Sinne der vorliegenden Erfindung Verwendung, welches einen festen Aggregatzustand aufweist und in Wasser schlecht löslich ist.
Des Weiteren ist bevorzugt, wenn bei der erfindungsgemäßen Verkapselung insbesondere Gelatine verwendet wird, umfassend zu 84-86 % reine, natürliche Proteine. Neben dem Proteinanteil ist vorzugsweise noch ein geringer Anteil an Mineralsalzen und Wasser enthalten. Die Gelatine ist insbesondere aus Kollagen enthaltenden tierischen Grundstoffen hergestellt. Sowohl Typ A-Gelatine, welche durch saure Hydrolyse, meist aus Schweinehäuten, gewonnen wird als auch Typ B-Gelatine, welche durch basische Hydrolyse hergestellt ist, finden insbesondere Anwendung in der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung macht sich vorzugsweise die Eigenschaft der Gelatine zu Nutze, welche beispielsweise darin besteht, dass temperaturabhängige Gele gebildet werden können und ab einer Temperatur unter 30°C Gelatine zu erstarren beginnt. Bevorzugt ist, wenn die Schmelztemperatur von wasserfreier Gelatine insbesondere bei 230°C liegt und die durchschnittliche Dichte beispielsweise bei 1350 kg/m3.
Weiter bevorzugt ist, wenn insbesondere Carboxymethylcellulose bei der erfindungsgemäßen Verkapselung Verwendung findet. Vorzugsweise wird Carboxymethylcellulose zur Bindung der Flüssigphase von Gärresten mit Fasern verwendet. Carboxymethylcellulose ist ein typisches Derivat der Cellulose und wird beispielsweise zur Produktion von Tapetenleim verwendet. Das Polysaccharid wird als modifizierte Cellulose aus Pflanzenfasern gewonnen. Das Polymer Carboxymethylcellulose umfasst Anhydroglucoseeinheiten und ist in Abhängigkeit vom Polymerisationsund Substitutionsgrad unterschiedlich stark löslich und bildet mehr oder weniger viskose Lösungen. In Ethanol ist Carboxymethylcellulose nicht und in Wasser nur gering löslich.
Bevorzugt ist, wenn die Herstellung der Agglomerate von flüssigen Gärresten im Sinne der Erfindung beispielsweise ohne Wasserentzug erfolgt. Weiter bevorzugt ist, wenn die Agglomeration insbesondere mit oder ohne Additive durchführbar ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verkapselungsverfahren ist insbesondere festes und/oder flüssiges Fasermaterial als Agglomerat zu erhalten. Überraschend war, das mit dem Verfahren der Verkapselung und insbesondere dem Agglomerationsschritt zur Herstellung von insbesondere Düngekapseln aus Fermentationsrückständen nicht nur unangenehme Gerüche reduziert oder eliminiert sind, sondern vorzugsweise auch die Handhabung von Gärrückständen als Dünger vereinfacht ist. Die bezieht sich insbesondere auf Lagerung des erfindungsgemäßen Düngers und den Transport des erfindungsgemäßen Düngers. So sind insbesondere keine speziellen Lagerhallen oder spezielle Transportcontainer oder Transportfahrzeuge notwendig. Insbesondere auch das Ausbringen des erfindungsgemäßen Düngers beim Düngen ist überraschender weise ohne Spezialapparaturen möglich. Dies führt insbesondere zu Kostenersparnis und ökonomischen Vorteilen. Bevorzugt ist, wenn nach Zugabe eines oder mehrerer Hilfsstoffe ein Zwischenprodukt entsteht, welches einen oder mehrere flüssige Kerne aus Gärresten umfasst und von einer Hülle aus Hilfsstoffen umgeben ist. Vorzugsweise sind die Gärreste mit einer Hülle umfassend Alginat und Calcium verkapselt. Weiter bevorzugt ist, wenn nach dem Agglomerieren ein Zwischenprodukt entsteht, welches eine Netzwerkstruktur aus flüssigen und/oder festen Gärresten umfasst. Bevorzugt ist, wenn die erfindungsgemäße Verkapselung insbesondere in Bezug auf die Partikelgröße für makroskopisch sichtbare Partikel und/oder Fasern verwendbar ist. Aber beispielsweise auch nur mikroskopisch sichtbare Partikel werden von der Erfindung erfasst. Entsprechend umfasst die vorliegende Erfindung insbesondere Verfahren zur Mikroverkapselung als auch Verfahren zur Makroverkapselung, um Gärreste, flüssig und/oder fest, zu verkapseln. Unter Verkapselung im Sinne der Erfindung fallen insbesondere auch Umhüllungsprozesse, sogenannte Coa- tings, bei denen die Gärreste mittels Hilfsstoffen umhüllt werden und so verkapselt werden. Die insbesondere Mirko- und/oder Makroverkapselung als Herstellungsund Umhüllungsverfahren im Sinne der erfindungsgemäßen Verkapselung wird beispielsweise mit Hilfe von Sprühdüsen durchgeführt, über die Hilfsstoffe, beispielsweise Biopolymere und/oder Additive von außen auf die Gärreste aufgesprüht werden. Es war völlig überraschend, dass insbesondere durch Coating und eine direkte Interaktion der Gärreste mit den Hilfsstoffen die natürlichen biologischen Prozesse verhindert sind und dadurch insbesondere eine Verbesserung der Haltbarkeit der erfindungsgemäßen Zubereitung, insbesondere des Düngers, über die Zeit erreicht ist.
Völlig überraschend ist weiter, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere auch die Verarbeitung von Gärresten mit insbesondere langen Fasern durchführbar ist. Überraschend ist weiter, dass insbesondere auch Gärrückstände mit sehr heterogener Charakteristik mit dem erfindungsgemäßen Verfahren prozessierbar sind und insbesondere das erhaltene Produkt die erfindungsgemäßen Vorteile umfasst.
Bevorzugt ist, wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Sinne der vorliegenden Erfindung, insbesondere ein Umhüllen der Gärreste, beispielsweise mittels Coating erfolgt, wobei vorzugsweise Kalziumchlorid und Alginat verwendet wird. Auch ein Umhüllen der Gärreste mit Biopolymeren ist erfindungsgemäß bevorzugt und kann insbesondere angewendet werden, um schwammartige Granulate bei der Agglomeration als Zwischenprodukte zu erzeugen und diese Zwischenprodukte hinsichtlich des Zurückhaltens von aktiven Wirkstoffen, den Nährstoffen der Gärreste, im Kernmaterial zu verbessern. Die Biopolymere, welche mittels Kalziumchlorid und Alginat quervernetzt sind, verbessern insbesondere die Rückhaltefähigkeit von Wirkstoffen/Inhaltsstoffen und die Granulatintegrität der erfindungsgemäßen Zwischenprodukte. Die Freigabe von Inhaltstoffen kann beeinflusst werden durch insbesondere mechanische Kompression, Diffusion oder Degradation. Erfindungsgemäß ist bevorzugt, wenn die Zubereitung insbesondere Folien umfasst. Weiter bevorzugt ist die Verwendung der Zubereitung als Dünger und die Verwendung der Zubereitung zur Stellung von Schwämmen und Folien.
Die vorliegende Erfindung umfasst insbesondere Sprühtrocknungsprozesse als Verfahren zur Verkapselung von Gärresten mittels welchen beispielsweise in Anwesenheit von insbesondere Amylase und Stärke Schwämme und Folien zu erhalten sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Verkapselung von Gärresten in der Weise ausgeführt, dass Schämme zu Folien mit Hilfe von Press-, Stempelwerkzeugen, Walzenkompaktoren und sogenannten Verkapselungsmaschinen wei- terverarbeitbar sind.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Zubereitung aus Gärresten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und umfasst insbesondere Zwischen- und/oder Endprodukte, welche Hilfsstoffe, bevorzugt Retardierungsmittel, mit freigabeverzögernden Eigenschaften umfassen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die vorliegende Erfindung insbesondere schwammartige Strukturen, die Kapseln mit Aushöhlungen darstellen, welche mittels eines Imersionspro- zesses, gefolgt von einer Trocknung hergestellt werden. Die dabei verwendeten Parameter sind vergleichbar mit denen eines Sprühtrocknungsprozesses. Die Verkapselung von Fermentationsrückständen im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhaltet insbesondere auch das Füllen von Kapseln. Die vorliegende Erfindung verwendet vorzugsweise aufbauende Agglomerationsprozesse mit Hilfe von beispielsweise Pelletiertellern oder Mischern. Es ist weiter bevorzugt, wenn das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere Verkapselungen mit oder ohne Entwässerungstechnik, mit oder ohne Mahlung, mit oder ohne Binder oder Additive, einfache oder multiple Verkapselung, poröse oder umhüllende Verkapselung und deren Kombinationen umfasst. Die erfindungsgemäße Agglomeration umfasst vorzugsweise eine aufbauende Agglomeration und aufbauende Granulierung, bei der insbesondere verschiedene Hilfsstoffe zugegeben werden und auf diese Weise die Verwendbarkeit für einen individuellen und spezifischen Düngungseffekt entsprechend der jeweiligen Bodentypen möglich ist. Bevorzugt ist, wenn die Erfindung insbesondere eine direkte oder indirekte Verkap- selung und die Prozessvorbereitungsschritte Entwässerung und/oder Zerkleinerung umfasst. Vorzugsweise ist das Verfahren so flexibel, dass auf Basis der Charakteristik der Gärreste (fest-flüssig oder flüssig-flüssig Mischungen) und anhand der Bodeneigenschaften sowie der Beschaffenheit der zu verwendenden Düngemaschinen das Verfahren und die jeweiligen Verfahrensschritte der Erfindung insbesondere individuell festgelegt werden können.
Vorzugsweise ist insbesondere die Freigabe von Inhaltsstoffen aus den erfindungsgemäßen Zubereitungen, hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, gezielt einstellbar. Dies geschieht vorzugsweise durch die Auswahl
• des Typ und der Art der Agglomerate (porös oder nicht porös, Zwischenoder Endprodukt)
• insbesondere der Prozessparameter beim erfindungsgemäßen Verfahren (mit oder ohne Entwässerung, mit oder ohne Mahlung, mit oder ohne Hilfsstoffe, einfaches oder multiples Verkapselungsverfahren)
• der Art der Biopolymere und dessen Bioabbaubarkeit.
Vorzugsweise wird die Bioabbaubarkeit der Kapseln im Boden durch die Aktivität von Mikroorganismen, Enzymen oder anderen Biomolekülen erreicht. Es ist bevorzugt, wenn es mit den erfindungsgemäßen Zubereitungen, beispielsweise den Kapseln zur Verwendung als Langzeitdünger, insbesondere möglich ist, die gewünschte Freigabefrequenz der verkapselten Inhaltsstoffe in Abhängigkeit der Zeit (Kurz- und Langzeiteffekte) und in Abhängigkeit des entsprechenden Bodenprofils den Düngungseffekt gezielt einzustellen. Ein wichtiger Parameter bei der kontrollierten Freigabe von Inhaltsstoffen aus Kapseln ist die Permeabilität des Biopolymers. Das Biopolymer im Sinne der Erfindung ermöglicht beispielsweise wasserabhängige Freigabecharakteristiken der aktiven Substanzen konstant über einen langen Zeitraum. Völlig überraschend verbessern die Kapseln mit ihren erfindungsgemäßen Charakteristiken insbesondere sehr effektiv die lang anhaltende Düngezeit im Vergleich zu konventionellen Produkten und Agglomeraten. Die kontrollierte Freigabecharakteristik von Kapseln ist auch dazu in der Lage, Risiken hinsichtlich der Boden- und Grundwasserkontamination und auch der Lachgasemission zu verhindern und/oder zu reduzieren. Es ist bevorzugt, wenn die Makroverkapselung Agglomerate mit Fasern und/oder Partikel mit einer Länge von 1 μηη bis 100 cm, bevorzugt von 1 mm bis 50 cm, mehr bevorzugt von 500 mm bis 25 cm und am meisten bevorzugt von 1 cm bis 10 cm umfasst. Weiter bevorzugt ist, wenn der Durchmesser der Fasern und/oder Partikel einen Bereich von 1 mm bis 100 cm, bevorzugt von 10 mm bis 50 cm, mehr bevorzugt von 100 mm bis 10 cm umfasst und der Durchmesser am meisten bevorzugt bis zu 1 cm groß ist. Die Makroverkapselung im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet insbesondere bioabbaubare Materialien (Biopolymere) für die Verkapse- lung von beispielsweise biogenen Gärresten.
Die Erfindung umfasst insbesondere verschiedene Möglichkeiten der Verkapselung, beispielsweise Einschritt- oder Zweischrittprozesse. Bevorzugt ist, wenn beispielsweise eine poröse oder umhüllende Verkapselung im Sinne der Erfindung durchführbar ist. Weiter bevorzugt ist, wenn die als Endprodukt erhaltenen Kapseln in verschiedenen Ausführungsformen und Größen wie beispielsweise sphärischer, zylindrischer, konischer oder eckiger Form zu erhalten sind. Am meisten bevorzugt ist die sphärische Form.
Die Erfindung umfasst insbesondere bioabbaubare Polymere (vorzugsweise Poly- milchsäure, Stärke und Aginate in Kombination, Alginate, Polyethylen und Lignin) als Verkapselungsmaterial. Dieses Verkapselungsmaterial wird vorzugsweise so verarbeitet, dass die hergestellten Kapseln zur Verwendung als Langzeitdünger die Anforderung in Bezug auf Düngungsrichtlinien, Bodenstandards und Umweltstandards erfüllen. Die Biopolymere werden sowohl bei der direkten als auch indirekten umhüllenden Verkapselung von Gärresten eingesetzt. Das am meisten bevorzugte Material ist beispielsweise Stärke in Kombination mit anderen Biopolymeren bei sowohl direkter als auch indirekter Verkapselung.
Die Makroverkapselung von Gärresten zeigt die folgenden Vorteile:
• Eine Zerkleinerung von Biogasrückständen ist beispielsweise nicht zwingend erforderlich.
• Es sind beispielsweise keine hohe Verdichtungsdrücke bei der Entwässerung notwendig.
• Die Verarbeitung / Verkapselung der Gärreste mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt insbesondere ohne qualitativen und/oder quantitativen Verlust der Inhaltsstoffe / Nährstoffe in den Gärresten. • Insbesondere die Lachgasemission ist im Vergleich zu den unverarbeiteten Gärresten oder den Verfahren im Stand der Technik reduziert.
• Die Handhabungscharakteristik der verkapselten Gärreste ist im Vergleich zu den unverarbeiteten Gärresten oder den Verfahren im Stand der Technik verbessert.
• Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Zwischen- und Endprodukte ermöglichen insbesondere einen Langzeitdüngungseffekt durch beispielsweise Stickstoffbindung und verzögerte Freigabe.
• Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Zwischen- und Endprodukte zeigen insbesondere eine hohe Düngungseffizienz.
Die vorliegende Erfindung weist dahingehend einen deutlichen Abstand zum Stand der Technik auf, dass Gärreste als auf natürlichem Wege gewonnener Dünger (ohne industrielles Herstellungsverfahren) einer verzögerten Freisetzung der Bodennährstoffe zugänglich gemacht werden können. Das Verfahren umfassend die Agglomeration von Gärresten und/oder deren Verkapselung kann insbesondere durch Auswahl der Verfahrensparameter und/oder durch beispielsweise die Hilfsstoffkom- ponenten bedarfsgerecht variiert werden. Auf diese Weise kann Umweltfaktoren wie Bodeneigenschaften, Witterungseinflüsse oder auch Jahreszeiten Rechnung getragen werden, indem die Freisetzungsrate der Nährstoffe gezielt angepasst wird. Dass dies mit Gärresten, welche ein Abfallprodukt darstellen, möglich ist, ist überraschend und war für den Fachmann durch den Stand der Technik nicht nahegelegt. Zwar ist dem Fachmann aus dem Stand der Technik die Eignung von anorganischem Dünger als Langzeitdünger bekannt. Es war völlig überraschend, dass auch Gärreste, die beispielsweise faserartig, flüssig und/oder halbfest und insbesondere organischen Ursprungs sind, als ökologisch vorteilhafter Langzeitdünger mit dem Verfahren, welches der Erfindung zugrunde liegt, erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine sprunghafte Verbesserung der bisherigen Lehre dar, weil als Dünger ausgetragene Gärreste bisher einen Großteil der Nährstoffe schnell freisetzten, was beispielsweise zu einer Gewässerbelastung führen kann. Die Kombination von Agglomerieren und Verkapselung eröffnet dem Fachmann die Möglichkeit, Gärreste zu Langzeitdünger zu verarbeiten, was aufgrund deren faserartigen und heterogenen Struktur sowie dem hohen Flüssigkeitsanteil bisher nicht möglich war. Gerade die funktionelle Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte hat sich als überraschender Vorteil erwiesen. Durch die Kombination einfacher und für sich genommen aus dem Stand der Technik bekannter Verfahrensschritte, konnten durch das synergistische Zusammenwirken von Entwässern des zu verkapselnden Gärrestes, dem Mahlen des zu verkapselnden Gärrestes, der Zugabe eines oder mehrerer Hilfsstoffe, dem Agglomerieren von Hilfsstoff und Gärrest und/oder der Verkapselung des beim Agglomerierprozess erhaltenen Zwischenproduktes ein neuartiges und überraschend vielseitig und vielfältig einsetzbares Düngeprodukt erhalten werden. Insbesondere die Einfachheit der einzelnen Schritte, welche miteinander kombiniert werden, und deren Anwendung in Zusammenhang mit Gärresten stellt eine für den Fachmann unerwartete und den Stand der Technik sprunghafte Weiterentwicklung dar. Die sich daraus ergebenden Vorteile sind ökonomischer und ökologischer Art. Ein Abfallprodukt, für das bisher keine Verwendung bestand, weil Nachteile wie Eutrophierung oder starke Witterungsabhängigkeit bei der Anwendung dies nicht ratsam erschienen ließen, können mit dem vorliegenden Verfahren verarbeitet werden. Für die Fachwelt war die Verarbeitung von Gärresten zu Langzeitdünger nicht zu erwarten, da gerade die bisherigen Schwierigkeiten beispielsweise bei der Separierung des Flüssiganteils in Gärresten oder die schnelle Freisetzung der in den Gärresten enthaltenen Nährstoffen im Stand der Technik nicht überwunden werden konnten. Doch nicht nur die Verkapselung des Faseranteils der Gärreste und dessen Eignung und Verarbeitung als Langzeitdünger mit dem vorliegenden Verfahren stellen einen nicht erwarteten Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar. Mit dem Verfahren auch die bei der Verkapselung anfallenden Zwischenprodukte separat weiterverarbeiten zu können war überraschend. So kann beispielsweise der Flüssiganteil separiert werden und ebenfalls beispielsweise mittels Verkapselung zum Langzeitdünger verarbeitet werden, was ebenfalls ein überraschender Vorteil ist. Gerade mit Flüssigkeiten eine Langzeitwirkung zu erzielen ist eine im Düngemittelbereich bisher ungelöste Herausforderung.
In einer bevorzugten Ausführungsform liefert die vorliegende Erfindung, das Verfahren zur Verkapselung von Gärresten, insbesondere eine optimale Lösung, um mit den erhaltenen Zwischen- und/oder Endprodukten eine lang anhaltende kontrollierte Freisetzung von Nährstoffen in den Boden zu erreichen. Vorzugsweise ist insbesondere die Bodenfruchtbarkeit mit der Verwendung des erfindungsgemäßen Düngers verbessert, insbesondere die Pflanzenausbeute ist erhöht und die Verwendung von Intensivdüngern kann reduziert werden. Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Unteransprüchen enthalten. Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels und den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Bei den Beispielen und Figuren handelt es sich um bevorzugte Ausführungsvarianten welche die Erfindung nicht beschränken.
Figur 1 zeigt agglomerierte Fasern. Figur 2 zeigt verkapselte Gärflüssigkeit mit Faserhülle. Figur 3 zeigt Gärflüssigkeitskapseln in Fasern agglomeriert. Figur 4 zeigt agglomerierte Fasern mit Hülle.
Figur 5 zeigt verkapselte Gärflüssigkeit mit Faserhülle und Hüllkapsel.
Figur 6 zeigt Gärflüssigkeitskapseln in Fasern agglomeriert in einer Hülle.
Figur 7 zeigt die schematische Darstellung von Verkapselungsprozessen.
Figur 8 zeigt die schematische Darstellung von Verkapselungsprozessen.
Figur 9 zeigt die schematische Darstellung von Verkapselungsprozessen.
Figur 10 zeigt die schematische Darstellung von Verkapselungsprozessen.
Figur 11 zeigt die schematische Darstellung von Verkapselungsprozessen.
Aus Figur 1 ist die Darstellung eines Zielproduktes zu entnehmen, dass beispielsweise bei einer Aufbau-Agglomeration erhalten wird. Es handelt sich beispielsweise um Zielprodukt 1 und/oder Zielprodukt 3, welche aus den Prozessen erhalten werden, die in den Figuren 7, 8, 9, 10 und 11 dargestellt sind. Figur 2 stellt beispielsweise Zielprodukt 5 dar, welches mittels der Prozesse dargestellt in den Figuren 7, 9, 10 und 11 zu erhalten ist. Figur 3 zeigt beispielsweise Zielprodukt 5 in Form einer Matrix. Diese Matrix kann beispielsweise durch die Verfahren, welche in den Figuren 7, 9, 10 und 1 1 dargestellt sind, erhalten werden. Der Figur 4 ist Zielprodukt 2 und/oder 4 zu entnehmen, welche beispielsweise mittels der schematisch dargestellten Verfahren in den Figuren 7, 8, 9, 10 und 1 1 erzeugt werden. Aus Figur 5 ist Zielprodukt 4 zu entnehmen, welches beispielsweise mit den Verfahren hergestellt werden kann, die in den Figuren 7, 8, 9, 10 und 1 1 dargestellt sind. Bei dem Zielprodukt 4 in Figur 5 wurde bei- spielsweise das Zielprodukt 5 mit einer Kapselhülle versehen. Figur 6 zeigt beispielsweise das Zielprodukt 4 der Verfahren, welche in den Figuren 7, 8, 9, 10 und 11 dargestellt sind. Zielprodukt 4 umfasst als Kapselinhalt beispielsweise das Zielprodukt 5 in Form einer Matrix. Gärreste können unterzerkleinert, zerkleinert (10 mm Partikelklassifizierung) und zerkleinert (6 mm Partikelklassifizierung) vorliegen. Beispielsweise können Kapseln Gärreste enthalten. Gärreste sind beispielsweise mit Gelatine verkapselt oder von einer PLA-Hülle umbeben. Flüssige Gärreste sind beispielsweise direkt oder indirekt, nach Separierung der Feststoffe, verkapselbar. Die direkte Verkapselung von Flüssigkeiten ist beispielsweise möglich. Beispielsweise können Flüssigkeiten in einer Matrix verkapselt werden. Auch die multiple Verkapselung von bereits verkapselten Gärresten kann beispielsweise mit PLG als Biopolymer erzielt werden. Eine indirekte Verkapselung erfolgt beispielsweise mit Pelletiertellern oder Mischern. Auch eine Aufbau-Agglomeration ist möglich. Die erhaltenen Agglomerate sind mittels Alginat zu verkapseln. Figur 7 ist beispielsweise zu entnehmen, welche Zwischen- und Endprodukte mit dem Verkapselungsprozess zu erhalten sind und welche Variationen möglich sind. So kann der Prozess beispielsweise mit und ohne Entwässerung oder mit und ohne Zerkleinerung erfolgen. Auch eine direkte und indirekte Verkapselung ist in Figur 7 beispielsweise gezeigt. Aus Figur 8 ist beispielsweise eine Darstellung des Verfahrens zur Direkt-Verkapselung von Gärresten zu entnehmen. Figur 8 zeigt beispielsweise den Prozess ohne Entwässerung und ohne Zerkleinerung. Die Figur 9 zeigt beispielsweise den Prozess zur Indirekt-Verkapselung von Gärresten mit Entwässerung und mit Zerkleinerung. Es ist beispielsweise aus Figur 10 zu erkennen, wie der Prozess zur Direkt-Verkapselung ohne Entwässerung und der Prozess zur Indirekt- Verkapselung mit Entwässerung abläuft. In der Figur 1 1 ist beispielsweise der Prozess einer Direkt-Verkapselung ohne Zerkleinerung und der Prozess einer Indirekt-Verkapselung mit Zerkleinerung dargestellt.
Beispiel 1 - Versuche mit trockenen Fasern
Es werden Stärke-Faser-Agglomerate mit Stärke als Bindemittel produziert. Dazu werden 200 g trockene Fasern mit 200 g gelierter Stärkelösung vermischt und auf einem Granulierteller bei einer Drehzahl von 156 U/min agglomeriert. Um die Stärke zu gelieren, werden jeweils ein Stärke-Wasser-Gemisch auf einer Heizplatte unter ständigem rühren auf 70 °C erhitzt. Das Verhältnis der Stärke-Wasser-Lösung wird absteigend variiert und die Versuche werden wiederholt bis keine Agglomeration mehr gelingt. Für die Herstellung von Gelatine-Faser-Agglomeraten mit Gelatine als Bindemittel werden 200 g trockene Fasern mit 200 g flüssiger Gelatinelösung agglomeriert. Der Sofortgelatine muss keine Hitze zugeführt werden, da diese ohne Temperaturzufuhr zu gelieren beginnt. Als weiteres Bindemittel ist die Carboxy- methylcellulose (CMC) für die Verarbeitung von trockenen Fasern einsetzbar. Dazu werden 200 g Fasern mit 200 g CMC-Lösung versetzt und agglomeriert. Wie bei der Gelatine, muss auch bei CMC keine Temperatur zum Gelieren zugeführt werden. Der Bindemittelanteil kann beispielsweise zwischen 2% und 50% liegen. Im An- schluss an die Agglomeration werden Teilmengen von Partikeln einfach oder zweifach mit Alginat beschichtet.
Beispiel 2 - Versuche mit zentrifugierten Gärresten
Es werden Gärreste zu Agglomeraten verarbeitet, die zunächst mit einer Zentrifuge bei einer Drehzahl von 2000 U/min in zwei Phasen aufgetrennt werden. Die weitere Versuchsdurchführung unterscheidet sich von der in Beispiel 1 nur in drei Punkten. Für das Mischen der Bindemittel-Flüssigkeits-Lösung wird statt Wasser die Gärflüssigkeit benutzt, die Geliertemperatur bei der Stärkelösung sinkt um etwa 8 °C und die Gärrestfasern haben einen hohen Wassergehalt. Gleiche Bindemittel und vergleichbare Mengenverhältnisse wie in Beispiel 1 sind anwendbar.
Beispiel 3 - Versuche mit im Vorfeld unbehandelten Gärresten
Bei im Vorfeld unbehandelten Gärresten liegt die Flüssigphase nicht frei vor. Daher müssen zur Verarbeitung von im Vorfeld unbehandelten Gärresten zu Agglomeraten die Bindemittel direkt in fester Form unter die Gärreste gemischt werden. Die variierenden Verhältnisse an Bindemittel werden auf die Flüssigphase bezogen. Dafür werden die Masse an Flüssigkeit in 200 g Gärrest bestimmt. Die Bindemittel können somit direkt in den feuchten Fasern gelieren und eine Bindewirkung ausüben. Stärke kann in diesem Beispiel 3 nicht eingesetzt werden, da diese nur durch eine Temperaturerhöhung geliert. Gelatine und CMC sind einsetzbar. Es können auf diese Weise verschiedene Produkttypen hergestellt werden, die sich nur im Anteil des enthaltenen Bindemittels unterschieden. Der Bindemittelanteil kann wie im Beispiel 1 beispielsweise zwischen 2% und 50% liegen. Eine anschließende Umhüllung mit Alginat ist möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verkapselung von Gärresten,
dadurch gekennzeichnet, dass
es folgende Schritte umfasst
a. Bereitstellen eines zu verkapselnden Gärrestes,
b. Entwässern des zu verkapselnden Gärrestes,
c. Mahlen des zu verkapselnden Gärrestes,
d. Zugabe eines oder mehrerer Hilfsstoffe,
e. Agglomerieren von Hilfsstoff und Gärrest, und/oder
f. Verkapselung eines beim Agglomerationsprozess erhalten Zwischenproduktes, wodurch die Gärreste umhüllt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gärrest eine Mischung aus flüssigen und/oder festen Bestandteilen umfasst, wobei die festen Bestandteile Fasern und/oder Partikel einer Länge von 1 μηη bis 100 cm, bevorzugt von 1 mm bis 50 cm, mehr bevorzugt von 500 mm bis 25 cm und am meisten bevorzugt von 1 cm bis 10 cm umfassen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hilfsstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe umfassend Biopolymere, Bindemittel und/oder Additive.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach Zugabe eines oder mehrerer Hilfsstoffe ein Zwischenprodukt entsteht, welches einen oder mehrere flüssige Kerne aus Gärresten umfasst und von einer Hülle aus Hilfsstoffen umgeben ist.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem Agglomerieren ein Zwischenprodukt entsteht, welches eine Netzwerkstruktur aus flüssigen und/oder festen Gärresten umfasst.
6. Zubereitung aus Gärresten, hergestellt mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, umfassend Zwischen- und/oder Endprodukte, welche Hilfsstoffe, bevorzugt Retardierungsmittel, mit freigabeverzögernden Eigenschaften umfassen.
7. Zubereitung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gärreste mit einer Hülle umfassend Alginat und Calcium verkapselt sind.
8. Folie, umfassend eine Zubereitung nach Anspruch 6 oder 7.
9. Verwendung der Zubereitung nach Anspruch 6 bis 8 als Dünger.
10. Verwendung der Zubereitung nach Anspruch 6 bis 9 zur Herstellung von
Schwämmen und Folien.
EP13740266.5A 2012-07-20 2013-07-22 Verfahren zur herstellung von langzeitdünger aus gärresten mittels verkapselung Withdrawn EP2874979A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012106610.8A DE102012106610B4 (de) 2012-07-20 2012-07-20 Verfahren zur Herstellung von Langzeitdünger aus Gärresten mittels Verkapselung
PCT/EP2013/065416 WO2014013086A1 (de) 2012-07-20 2013-07-22 Verfahren zur herstellung von langzeitdünger aus gärresten mittels verkapselung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2874979A1 true EP2874979A1 (de) 2015-05-27

Family

ID=48874282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13740266.5A Withdrawn EP2874979A1 (de) 2012-07-20 2013-07-22 Verfahren zur herstellung von langzeitdünger aus gärresten mittels verkapselung

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2874979A1 (de)
DE (1) DE102012106610B4 (de)
WO (1) WO2014013086A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014003036A1 (de) 2014-03-07 2015-09-24 Gedor Recycling & Rohstoffhandel Gmbh Langzeitdünger
DE102014111821A1 (de) 2014-08-19 2016-02-25 Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover Verfahren zur Abtrennung von stickstoffreichen und stickstoffarmen Kondensatfraktionen und Vorrichtung zum Erhalt hiervon
DE102023000322A1 (de) 2022-10-05 2024-04-11 Luce Patent Gmbh Verfahren zur stofflichen und energetischen Verwertung der festen Rückstände der Methanfermentation von Pflanzenteilen
WO2024075126A1 (en) * 2022-10-06 2024-04-11 Gigablue Ltd Population of particles, method for preparation and uses thereof

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2082026A5 (en) * 1969-12-26 1971-12-10 Bayer Ag Granular agricultural chemicals - having a solid core coated with absorbent powder
GB2129785B (en) * 1982-08-21 1986-04-30 Chemical Discoveries Sa Plant growing media
DE4040771C1 (de) * 1990-12-19 1992-07-30 Mfe Marienfelde Gmbh Unternehmen Fuer Ernaehrung, 8542 Roth, De
DE4443881A1 (de) * 1994-12-09 1996-06-13 Tebbe Gerold Düngeelement
DE19717219A1 (de) * 1997-04-24 1998-10-29 Holger Dr Brill Düngemittel
DE10214327A1 (de) * 2001-10-23 2003-05-22 Innogel Ag Zug Netzwerk auf Polysaccharidbasis und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102004058934B4 (de) * 2004-12-07 2010-04-29 Josef Moser Langzeitdünger/Bodenverbesserer mit wildabweisender Wirkung
DE102005048116A1 (de) * 2005-10-06 2007-04-12 Nawaro Bioenergie Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Düngemittelformkörpern aus durch die Energieerzeugung mittels Fermentation in einer Biogasanlage erhaltenen Gärresten
EP2017243B1 (de) * 2007-06-11 2016-03-16 Landesbetrieb Hessisches Landeslabor Strukturgebender dünger zur steigerung der wasserhaltekapazität
EP2284141A1 (de) * 2009-08-12 2011-02-16 Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von mit Mineralstoffen angereicherten Kohlepartikeln
FR2969464B1 (fr) * 2010-12-23 2015-10-23 Inst Rech Developpement Ird Nouvelles compositions d'inocula fongiques, leur procede de preparation et leur application a l'amelioration de la croissance des cultures

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2014013086A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012106610B4 (de) 2015-04-09
DE102012106610A1 (de) 2014-01-23
WO2014013086A1 (de) 2014-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103613447B (zh) 一种多元高肥效缓释颗粒肥及其制备方法
EP2307333A1 (de) Materialverbund aus polymermaterialien und einer porösen, mineralischen matrix sowie deren herstellung und anwendung
DE102011010329A1 (de) Wasser speicherndes und abgebendes organisch basiertes Kompositmaterial sowie dessen Herstellung und Anwendung
WO2011009441A2 (de) Flüssigkeiten speicherndes und expandierbares kompositmaterial sowie dessen herstellung und anwendung
EP1740517A1 (de) Formkörper zum düngen und verfahren zu seiner herstellung
DE102012106610B4 (de) Verfahren zur Herstellung von Langzeitdünger aus Gärresten mittels Verkapselung
DE202007002569U1 (de) Organisches Düngemittel
CN104177171A (zh) 一种具有高能活性的草莓包膜肥料及其制备方法
EP3194334B1 (de) Verfahren zur herstellung eines mikroporösen kohlenstoffhaltigen materials und seine verwendung
KR101688766B1 (ko) Tpa를 함유한 유기질비료 제조 방법
CN104892326A (zh) 一种以甘蔗渣为主要原料的保水肥
WO1996006060A1 (de) Verfahren zur aufbereitung, verwertung und pelletierung von organischen und anorganischen verbindungen in fester und flüssiger form insbesondere von biomasse und biogenen schlämmen, mehr insbesondere von klärschlamm
DE102004057841A1 (de) Formkörper zum Düngen und Verfahren zu seiner Herstellung
DE202011004661U1 (de) Expandierender und Flüssigkeiten speichernder Materialverbund und Formkörper
WO2001016055A1 (de) Verwendung von quellfähigen substanzen als bindemittel für flüssige tierische ausscheidungen und düngeverfahren
DE102004017876A1 (de) Verfahren zur Herstellung von organischen und organisch-mineralischen Düngemitteln unter Verwendung von Vinasse und die nach dem Verfahren hergestellten Düngemittel
DE102006019939B4 (de) Düngemittel und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10339624A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln durch Konditionierung der Düngungsstoffe vor der Verformung zu Agglomeraten
CN105000950A (zh) 一种富含生物质胶的包膜肥料及其制备方法
WO2022167595A1 (de) KÖRPER, INSBESONDERE EIN FORMKÖRPER ODER EINE FOLIE, HERGESTELLT AUS EINER GIEß- ODER TEIGFÖRMIGEN MASSE ODER EINEM GRANULAT
DE1792218A1 (de) Verfahren zur Verarbeitung organischer feuchter bzw. pastoeser Abfallprodukte
DE102014003036A1 (de) Langzeitdünger
CN110950710A (zh) 一种有机肥料及制备方法
DE3724551A1 (de) Verfahren zur herstellung eines organisch-organischen duengemittels
DE19900071A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Düngemittels aus den Endprodukten biochemischer Gärungsprozesse

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20150211

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20170201