DE102006019939A1

DE102006019939A1 - Düngemittel und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102006019939A1
Application number: DE102006019939A
Authority: DE
Inventors: Axel Goettlein; Wendelin Weis; Christian Huber
Original assignee: Gottlein Axel Prof Drdr; Weis Wendelin Dr
Current assignee: Gottlein Axel Prof Drdr; Weis Wendelin Dr
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-04-29
Also published as: DE102006019939B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Düngemittels, wobei Asche aus der Verbrennung von Holz und Baumrinde miteinander gemischt, homogenisiert und pelletiert werden, wobei der Wassergehalt der homogenisierten Mischung auf 20 bis 60% eingestellt wird und ein nach dem Verfahren hergestelltes Düngemittel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Düngemittel aus Reststoffen und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Bei Biomassefeuerungen insbesondere Hackschnitzelheizungen fällt Asche an, die der Feuerungsbetreiber als Abfallprodukt zu entsorgen hat. Bei der in Zukunft wohl intensivierten Nutzung nachwachsender Rohstoffe nicht nur in Biogasanlagen, sondern auch in Feuerungsanlagen wird jedoch mehr und mehr Asche anfallen. Bei diesen Aschen ist von Nachteil, dass diese einen sehr hohen pH-Wert haben, also ausgesprochen basisch reagieren. Andererseits enthalten diese basischen Aschen einen hohen Anteil der mineralischen Nährelemente welche am Standort des Wuchses ursprünglich eingebracht wurden. Derartige Aschen lassen sich jedoch nicht in die Ökosysteme aus denen die Holzhackschnitzel stammen einbringen, da aufgrund des sehr hohen pH-Werts und aufgrund der Staubentwicklung eine Ascheausbringung ohne vorherige Aufbereitung aus ökologischen und arbeitsschutzrechtlichen Gründen im Wesentlichen ausgeschlossen ist.
Auf dem Gebiet der physikalischen Aufbereitung von Aschen existieren bereits technische Lösung.
Aus Holmberg, Sirkku L.; Claesson, Tomy; "Mineralogy of granulated wood ash from a heating plant in Calmar, Sweden" sowie Homberg, S.L.; Lindt, B. B.; Claesson, T.; "Chemical composition and leaching characteristics of granules made of wood ash and dolomite und Holmberg", S. L.; Claesson, T.; Abul-Emilh, M.; Steenari, B.-M.; "Drying of granulated wood ash by flue gas from soar dust and natural gas combustion" ist es bekannt, Holzaschen zu befeuchten und anschließend unter Verwendung von Dolomit zu trocknen und zu granulieren, um die derart behandelten Holzaschen auf Waldboden auszubringen. In diesen Ausarbeitungen werden insbesondere auch die Einflüsse der Verbrennungstemperaturen und der anwesenden Verbrennungsgase besprochen. Die Rückführung derartiger relativ aufwändig und kostenintensiv chemisch modifizierter Aschen führt jedoch zu erheblichen Problemen wie z. B. dem hohen pH-Wert der Aschen und einer sehr schnellen Freisetzung der Inhaltsstoffe. Dies ist unter anderem dokumentiert in Bericht der Freiburger forstlicher Forschung, Heft 43, "Holzasche-Ausbringung im Wald, ein Kreislaufkonzept", FVA-Kolloquium Beiwerk, 5/6 März 2002 sowie in "Optimale Ernährung und Holzasche-Recycling im Wald, Untersuchung und Wirkungszusammenhänge im Bezug auf die Ausbringung von Nährstoffen im Wald"; Dissertation zur Erlangung des Dr. der Naturwissenschaften, Dionys Hallenbarter, Zürich 2002 und Holzner, Heinrich, "Die Verwendung von Holzasche aus Biomassefeuerung zur Düngung von Acker und Grünland", Dissertation 1990, Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung.
Aus der DD 232481 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln bekannt, wobei das Verfahren vorsieht, Düngemittel aus Nadelbaumrinde oder sonstigen Holzabfällen und aus Asche mittels Wärme und Überdruck durch Beimengen von Holz- und Rindenasche zur Nadelbaumrinden- oder Holzabfallmasse herzustellen, wobei die Masse auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, bei einem Druck von 1 bis 1,6 Atmosphäre die Masse granuliert wird und Asche auf die Kornflächen aufgespritzt wird. Bei diesem Verfahren werden der Rinden- oder Holzmasse und der Asche Torf beigemengt. Anschließend wird die Masse auf eine Temperatur von 70 bis 110°C erhitzt falls die Nadelbaumrindenmasse alt ist und auf eine Temperatur von 110 bis 140°C erhitzt falls die Nadelbaumrindenmasse frisch ist. Nach Abküh lung und Dampfausströmung wird der Düngemittelmasse bei einer Temperatur von etwa 90°C oder niedriger eine. Menge von 20 bis 30 kg/qm² Urealösung zugeführt. Wahlweise sollen Torf und Asche oder Nadelbaumrinde und Asche oder Nadelbaumrinde und Torf oder Nadelbaumrinde, Torf und Asche als Mischung verwendet werden. Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass es außerordentlich energieaufwändig ist und einen erheblichen apparativen Aufwand verursacht.
Aus der US 6,582,637 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem gemahlenes Kompostmaterial mit z. B. stärkehaltigem Bindemittel und pH-Wert verändernden Substanzen zu einem Granulat verarbeitet wird.
Aus der US 4,067,716 ist ein Verfahren bekannt, bei dem teilweise verbrannte Rinde zusammen mit anderem Gartenbaumaterial zu Düngemittel verarbeitet wird.
Aus der EP 0308555 A1 ist ein Pflanzenwachstumsmedium bekannt, welches Reisschalenasche enthält. Die Reisschalenasche soll in einen im Wesentlichen amorphen Zustand sein und eine poröse skelettartige Struktur besitzen. Die Reisschalenasche soll verwendet werden für synthetisch oder Einpflanzböden wenn dies gewünscht sollen wasserquellbare Binder oder Polymere eingearbeitet werden um die Wasserrückhalteeigenschaften zu verbessern.
Bei allen genannten Verfahren ist von Nachteil, dass derartige Produkte einen sehr hohen pH-Wert besitzen, so dass deren Ausbringung in naturnahe Ökosysteme, wie Wälder problematisch ist. Ferner ist aufgrund der Staubentwicklung eine Ascheausbringung der Asche allein ohne vorherige Aufbereitung aus ökologischen und arbeitsschutzbedingten Gründen bedenklich.
Darüber hinaus ist von Nachteil, dass die in der Asche gelösten Bestandteile sehr schnell ausgewaschen werden und damit in anfänglich sehr hoher Konzentration zur Verfügung stehen. Insofern lässt sich das Rohstoffpotenzial derartiger Aschen nicht nutzen.
Bei dem Verfahren gemäß der DD 232481 ist von Nachteil, dass dieses Verfahren außerordentlich energieaufwändig und insofern für die Reststoffverwertung an sich nicht lohnend ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein technisch einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Holzasche derart modifiziert werden, dass sie ohne weiteres ausgebracht werden kann.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen werden in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß wird Holzasche aus der Feuerung insbesondere von Hackschnitzelkraftwerken unter Zugabe von gehäckselter Baumrinde jedoch ohne Temperatur- und/oder Dampfeinfluss zu Pellets verpresst, die für gängige Ausbringungstechniken ausreichend stabil sind sowie einen deutlich günstigeren pH-Wert und eine herabgesetzte Löslichkeit der Inhaltsstoffe der Holzasche besitzen.
Erfindungsgemäß werden Holzasche und Rinde bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 bis 50% in jedem Mischungsverhältnis zu Pellets verpresst. Ohne Verwendung von Zuschlagstoffen kann eine optimale Festigkeit bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 bis 40% und einem Asche-/Rindeverhältnis von 2:8 bis 4:6 erzielt werden.
Wird Methylzellulose zugegeben lassen sich auch noch bei höheren Ascheanteilen stabile Presslinge erhalten. Der Feuchtigkeitsgehalt frischer Rinde liegt in der Größenordnung von 50%, bei lufttrockner Rinde etwa 20%. Dies bedeutet, dass sich in der Regel der Feuchtigkeitsgehalt der Rinde für die Herstellung der erfindungsgemäßen Pellets im optimalen Bereich befindet. Hierbei ist von Vorteil, dass diese Holzrinde in großen Mengen zur Verfügung steht, jedoch häufig nicht genutzt wird und insbesondere in Form kleinerer Halden im Wald verbleibt. Insbesondere, wenn bei der maschinellen Holzernte und dem maschinellen Holzrücken die geernteten Stämme vor Ort entrindet werden, verbleiben derartige Rindenhalden an den Holzlagerplätzen in den Wäldern. Ein flächiges Ausbringen dieser Nadelbaumrinde ist nicht günstig, da die Nadelbaumrinde relativ langsam abgebaut wird, zu einer Versiegelung der oberen Bodenschichten führt und zudem sauer reagiert. Bei der ohnehin saueren Reaktion der meisten Waldböden ist dies aber nicht gewollt.
Die Erfindung kombiniert somit zwei Reststoffe der gleichen Produktionskette die zuvor nicht genutzt werden konnten. Dadurch, dass das Verfahren im Wesentlichen ein Mischen und nach dem Mischen ein Pelletieren vorsieht, ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren mit mobilen Einheiten durchzuführen, d. h. vor Ort an den entsprechenden Feuerungsanlagen.
Die pH-Werte des Endprodukts liegen je nach Mischungsverhältnis im Bereich von pH 12,4 (reine Asche) bis pH 5,0 (reine Rinde). Der gewünschte pH-Wert lässt sich durch das Mischungsverhältnis der beiden Komponenten leicht einstellen und ggf. auch auf den auszubringenden Boden abstimmen. Aus Sicht der Ascheentsorgung wird der Ascheanteil möglichst hoch gewählt, wobei aus ökologischer Sicht der pH-Wert den Bereich eines Kalk- oder Dolomitdüngers (pH circa 9,7) nur unwesentlich überschreiten soll. Insbesondere günstig ist beispielsweise ein Mischungsverhältnis von Asche zu Rinde von circa 4:6. Ferner ist bei diesem Mischungsverhältnis die Löslichkeit der Kationen im Verhältnis zu reiner Asche um circa 50% herabgesetzt, so dass vorteilhafter Weise eine hohe Anfangskonzentration vermieden wird und ein Depoteffekt erreicht wird.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert, es zeigen dabei:
1: eine Tabelle zeigend die Eigenschaften von Pellets aus verschiedenen Ascherindenverhältnissen mit und ohne Methylzellulosezusatz im Verhalten bei Fall aus 1,5 m Höhe, wobei der prozentuale Verlust als Stabilitätskriterium gewertet wird;
2: chemische Eigenschaften der erfindungsgemäßen Pellets bei verschiedenen Mischungsverhältnissen und Wassergehalten ohne Zuschlagsstoffe;
3: eine Tabelle zeigend den Nährelementgehalt in Fichtenrinde, Holzasche und den erfindungsgemäßen Pellets;
4: stark schematisiert den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf.
Zunächst soll auf das erfindungsgemäße Verfahren eingegangen werden. Aus der Entrindung von Nadelbäumen anfallende Rinde wird gelagert. Insbesondere wird die Rinde bei dem erfindungsgemäßen Verfahren so lange gelagert, bis beispielsweise eine mobile erfindungsgemäße Vorrichtung vor Ort ist um die Verarbeitung vorzunehmen. Die Rinde wird in einem ersten Schritt zerkleinert und ggf. klassiert und/oder abgesiebt und befeuchtet, wenn bestimmte Teilchengrößenverteilungen und ein bestimmter Feuchtegehalt gewünscht werden. Im Übrigen wird bei Schüttgutlagerung durch die Zerkleinerung gleichzeitig eine Homogenisierung und Durchmischung bezüglich der Feuchtigkeit erzielt.
Die vorhandene und gesammelte Asche wird je nach anfallenden Holz vor dem Einbringen in einen Mischer über einen Magnetabscheider geführt um sicherzustellen, dass bei der Verbrennung von Bauholz anfallende Nägel, Schrauben und Dergleichen nicht in einen Mischer und/oder den Pelletierer gelangen können, da derartige Metallteile in diesen Aggregaten empfindliche Schäden anrichten können. Bei naturbelassenem Holz, welches sicher keine derartigen Metallteile enthalten kann, kann eine solche Stufe entfallen.
Anschließend werden Asche und Rinde in einem gewünschten Verhältnis miteinander gemischt. Das gewünschte Verhältnis kann abhängig vom Feuchtegehalt und/oder dem Nährstoffgehalt und/oder einer gewünschten Kationensumme eingestellt werden und insbesondere auch auf bestimmte pH-Werte eingestellt werden. Derartige pH-Werte können beispielsweise in Vorversuchen ermittelt werden.
Die Mischung erfolgt in einem separaten Mischaggregat, wobei je nach Ausgangsfeuchtigkeit und gewünschten Mischungsverhältnis Wasser und/oder ein organisches Bindemittel wie Methylzellulose zugegeben werden können. Üblicherweise kann erfindungsgemäß aber ohne die Zugabe weiterer Stoffe wie Wasser oder Methylzellulose gearbeitet werden.
Die vermischte und homogenisierte Masse wird nachfolgend einem Pelletierer aufgegeben und dort zu Pellets verarbeitet, wobei sich um einen in der Holzverarbeitung üblichen Pelletierer handelt.
Sind die Ausgangsteilchengrößen der Asche und der Rinde bereits so, dass eine einfache Mischung für die Homogenisierung ausreicht, kann die Mischung auch im Pelletierer selbst durchgeführt werden.
Die aus dem Pelletierer austretenden Pellets können anschließend je nach Feuchtegehalt getrocknet werden und dann als Schüttgut gelagert werden oder abgepackt werden, beispielsweise in große Kunststoffbehälter oder Säcke. Anschließend sind die Pellets fertig für die Ausbringung.
Die Nährstoffgehalte von Nadelbaumrinde, hier am Beispiel von Fichtenrinde einerseits und Asche andererseits sind in 3 dargestellt. Es zeigt sich, dass die Nährstoffgehalte die sich bei einer erfindungsgemäßen Mischung insbesondere im Verhältnis Asche zu Rinde 4:6 ergeben eine ausgewogene Nährstoffkombination darstellen.
Für die Aschen-Rinden-Verhältnisse 4:6 und 6:4 die erfindungsgemäß bevorzugt sind ergibt sich zudem ein ausgewogenes pH-Wert Verhältnis von 9,89 bis maximal 11,16 bei einer Kationensumme am achten Tag von minimal 14,17 bis maximal 21,0. Dies zeigt, dass in einem Mischungsbereich des Asche-Rinde-Verhältnisses von 4:6 bis 6:4 ein Düngemittel möglich ist mit dem sich der pH-Wert in einem gewissen bodenverträglichen Bereich steuern lässt, wobei zugleich die Löslichkeit der Kationen im Verhältnis zu reiner Asche um etwa 50% herabgesetzt ist, so dass vorteilhafter Weise eine hohe Anfangskonzentration vermieden wird und ein Depoteffekt erreicht wird.
Bei den entsprechenden Mischungsverhältnissen werden Wassergehalte von 20 bis 40% angestrebt, wobei auch 60% möglich wären insbesondere bei einem Asche-Rind-Verhältnis von 6:4 kann noch relativ gut auch mit hohen Wassergehalten gearbeitet werden. Bei einem Asche-Rinde-Verhältnis von 4:6 werden allein beim Pelletieren ohne Zusatz von Methylzellulose schon stabile Pellets erreicht, wobei der Fallverlust aus 1,5 m Höhe bei 20 und 40% Wassergehalt mit 1,2 bzw. 6% durchaus vertretbar ist. Bei der Verwendung von einem Zusatz von 0,5% Methylzellulose lassen sich Verluste von 0 bis maximal 1,2% erreichen, was als hervorragend zu bezeichnen ist. Bei einem Asche-Rinde-Verhältnis von 6:4 lassen sich mit Zusatz von Methylzellulose durchweg 0% Verlust beim Fall aus 1,5 m Höhe, d. h. eine sehr gute Stabilität erreichen, wobei sich bei einem Asche-Rinde-Verhältnis von 6:4 ohne Methylzellulosezusatz ausreichend stabile Pellets kaum erzielen lassen. Bei höheren Ascheverhältnissen kann es jedoch ratsam sein, auch mittels einer entsprechenden Vorzerkleinerung nicht über eine Pelletierung sondern über eine Bricketierung oder Tabletierung zu arbeiten die für pulverförmige Stoffe besser geeignet ist.
Der Mischung die pelletiert werden soll können vor dem Pelletieren noch Karbonate, Hydroxyde, Hydrogenkarbonate oder Oxyde des Kalziums und/oder Magnesiums zugesetzt werden.
Zusätzlich können andere organische Bindemittel zugesetzt werden, insbesondere kann für eine weitere Verfestigung der Pellets Lignin oder Ligninverbindungen aus der holzverarbeitenden oder Papierindustrie zugesetzt werden.
Um die Versorgung von Böden mit Spurenelement zu verbessern können der Mischung auch gezielt Spurenelemente zugesetzt werden wie der Mischung auch alle anderen Nährstoffe gezielt zu gesetzt werden können um einen Ausgleich für bestimmte verarmte Böden zu erreichen.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass das erfindungsgemäße Düngemittel bei einem ausgewogenen Nährstoffgehalt einen pH-Wert besitzt, der üblichen Düngemitteln wie Düngekalk und Düngedolomit entspricht, sehr gut bodenverträglich ist und die Nährstoffe langsam genug abgibt.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass das erfindungsgemäße Düngemittel kationische Nährelemente und Phosphor in einem dem Pflanzenbedarf gemäßen Verhältnis enthält. Des weiteren ist bei der Ausbringung des erfindungsgemäßen Düngemittels ohne Stickstoffadditive in naturnahem Ökosysteme von Vorteil, dass das Düngemittel nahezu frei von Stickstoff ist und damit kein nennenswerter Stickstoffeintrag in stickstoffhaltige Ökosysteme erfolgt.
Bei dem Verfahren ist von Vorteil, das es besonders einfach durchführbar ist und durch das Fehlen aufwändiger Aufheizschritte und dergleichen auch mit mobilen Anlagen ohne weiteres zu realisieren ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Düngemittels, wobei Asche aus der Verbrennung von Holz und Baumrinde miteinander gemischt, homogenisiert und pelletiert werden, wobei der Wassergehalt der homogenisierten Mischung auf 20 bis 60 eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Asche-Rinde-Verhältnis bevorzugt auf 4:6 bis 6:4 eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert auf 7 bis 12 eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baumrinde vor dem Mischen mit der Holzasche zerkleinert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Holzasche und/oder der Baumrinde vor dem Mischen und homogenisieren und/oder der Mischung vor dem Pelletieren Wasser zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu 10% Methylzellulose zugegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets nach dem Pelletieren bei Bedarf getrocknet werden können.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung Säure- und/oder Basepuffer zugegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung Karbonate, Hydrogenkarbonate, Hydroxyde oder Oxyde des Kalziums und/oder des Magnesiums zugegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung Spurenelemente oder andere Nährstoffe zugegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzasche vor dem Mischen abgesiebt und/oder zerkleinert und/oder über einen Magnetabscheider geführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischung vor dem Pelletieren Lignin oder Ligninverbindungen oder andere organische Bindemittel zugesetzt werden.
Düngemittel zum Ausbringen auf Böden, insbesondere Waldböden, insbesondere hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Düngemittel aus Holzasche und Baumrinde ausgebildet ist.
Düngemittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Holzasche zu Baumrinde 4:6 bis 6:4 beträgt.
Düngemittel nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzasche aus der Verbrennung naturbelassener Hölzer entstammt.
Verwendung eines Düngemittels nach Anspruch 12, zum Düngen von Waldböden.