TerraNova Energy

Reduktion von Restmengen

Bioabfall und Klärschlamm werden üblicherweise mit einem hohen Wassergehalt bis zu 80% entsorgt. Dies erfordert große Transportaufwände und bei einer Verbrennung zur sicheren Entsorgung einen hohen Energieeinsatz.

TerraNova®ultra reduziert beispielsweise 1000 kg entwässerten Klärschlamm, wie er in den meisten Kläranlagen anfällt, auf nur noch etwa 250 kg Reststoff. Dies wird einerseits durch eine energiesparende Abtrennung des Klärschlammwassers erreicht, andererseits wird auch Kohlenstoff und Stickstoff im Klärschlamm in einer exothermen Reaktion während des Verfahrens abgebaut und abgetrennt, sodass die Restmenge und damit die Entsorgungskosten für die Kläranlagen deutlich reduziert werden.

Je nach Klärschlammmenge und Anlagengröße liegen die Vollkosten ( = Betriebskosten + Kapitalkosten der Investition) des TerraNova®ultra Verfahrens pro Tonne Klärschlamm bei 25-50 EUR. Fallen auf einer Kläranlage jährlich beispielsweise 15.000 t entwässerter Klärschlamm an, der heute für 70 EUR pro Tonne entsorgt wird, werden durch den Einsatz von TerraNova®ultra etwa 300.000 EUR Kosten pro Jahr gespart. Da aufgrund strengerer Umweltauflagen mit steigenden Entsorgungskosten für Klärschlamm gerechnet werden muss, verbessert sich die Wirtschaftlichkeit in der Zukunft sogar noch.

Herstellung eines regenerativen Brennstoffs als Ersatz für fossile Kohle

Die TerraNova® Kohle ist regenerativ, da sie aus Abfallstoffen hergestellt wurde, die nachwachsend sind. Somit wird bei der Verbrennung nur die Menge CO2 freigesetzt, die während des Wachstums der Biomasse der Atmosphäre entzogen wurde. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber fossiler Kohle, die CO2 freisetzt, das seit Jahrtausenden gebunden ist und damit die Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre erhöht.

Bei der Verbrennung der TerraNova® Kohle spart der Nutzer somit nicht nur die Kosten für die fossile Kohle oder andere Brennstoffe, sondern er muß auch keine weiteren Abgaben für die entstehenden CO2 Emissionen leisten, die in vielen Ländern gefordert sind.

Ersatz von biologischen Stabilisierungsverfahren

Unter diesen Verfahren versteht man u.a. anaerobe oder aerobe Behandlungsstufen, deren Ziel einerseits die Reduktion der biologischen Aktivität der Reststoffe und andererseits der Abbau von Organik ist. Da es sich um einen biologischen Prozess handelt, sind dazu lange Behandlungszeiten notwendig, die entsprechend große Behandlungsanlagen erfordern. Zudem ist der gewünschte Abbau von Organik nicht effektiv – oft wird nur etwa die Hälfte davon abgebaut, da die Bakterien innerhalb der Behandlungszeit nur die leicht verwertbare Fraktion umsetzen. Als Folge verbleibt immer noch ein Reststoff, der entsorgt werden muß.

Die TerraNova® Anlagen setzen dagegen fast vollständig die Organik um und stabilisieren diese in Form der TerraNova® Kohle. Damit wird eine wesentlich höhere Umwandlungseffizienz erreicht und es verbleiben keine Reststoffe. Zudem sind die Anlagen kleiner aufgebaut und erfordern weniger Aufstellungsfläche. In der Kostenbetrachtung am Beispiel von Klärschlamm zeigt sich, daß das TerraNova® Verfahren schon bei kleineren Kläranlagen geringere Vollkosten aufweist als Anlagen zur anaeroben Schlammfaulung.

Erhöhung Biogasertrag

Biogasanlagen erzielen durch die Integration einer TerraNova® Anlage wesentliche Ertragssteigerungen. Dabei wird TerraNova®lysis zum thermischen Aufschluß der Eingangsstoffe eingesetzt, wodurch das organische Material leichter abbaubar für die Biogasbakterien im nachfolgenden Prozess wird. Es wird, vereinfacht gesagt, „vorgekocht“.

So werden die Umsetzungsprozesse erleichtert und der Ertrag an Bio-Methan bei der Faulung von Klärschlamm (Mischung Primärschlamm und Belebtschlamm) um 25-35% gesteigert. Weiterhin können kleinere Faulbehälter eingesetzt werden, da die Aufenthaltsdauer reduziert werden kann.

Wenn der verbleibende Faulschlamm zudem in einer nachgeschalteten TerraNova®ultra Anlage weiter verarbeitet und das dabei abgetrennte Wasser in den Faulbehälter zurückgeführt wird, erhöht sich die Bio-Methan Ausbeute um weitere 15%, da in dem Wasser große Mengen leicht abbaubarer Kohlenstoff enthalten ist.

Damit wird die Gesamtausbeute an Bio-Methan gegenüber dem heutigen Stand der Technik um bis zu 50% erhöht und die Wirtschaftlichkeit und Umsetzungseffizienz wesentlich verbessert.

Rückgewinnung Phosphor

Die Rückgewinnung von Phosphor aus Reststoffen ist politisch gewollt und notwendig, da die natürlichen Ressourcen zu Neige gehen. In einigen Ländern wurde bereits die Pflicht zur Phosphorrückgewinnung, z.B. aus Klärschlamm, gesetzlich verankert.

Dennoch ist die Phosphorrückgewinnung mit keinem der heute verfügbaren Verfahren wirtschaftlich umsetzbar. Die Kosten liegen, je nach Verfahren, zwischen 2,50 EUR und 15 EUR pro kg Phosphor (P). Zudem erfordert die Rückgewinnung meistens eine Vorbehandlung des Klärschlamms in eigens dafür zu errichtenden Monoverbrennungsanlagen, die die Gesamtkosten weiter erhöhen.

Das TerraNova® Verfahren kann ohne eine Vorbehandlung des Klärschlamms in einer Monoverbrennungsanlage durchgeführt werden, direkt am Standort der Kläranlage. Die Kosten liegen mit 3,00 EUR bis 4,00 EUR pro kg Phosphor (P) dabei vergleichsweise niedrig.

Klimafreundliche Klärschlammentsorgung

Die Energie- und CO2-Bilanz der Klärschlammentsorgung wird durch den Einsatz des TerraNova®ultra Verfahrens wesentlich verbessert, da weniger Wasser transportiert und energieaufwändig verdampft werden muß, mehr Biogas produziert werden kann und Transportwege eingespart werden.

Lt. der unabhängigen Studie des Kompetenzzentrums Wasser Berlin¹ kann der erzeugbare Energieüberschuss fast verdoppelt werden, wenn in die Klärschlammbehandlung von der Entwässerung des Klärschlamms bis zu dessen Verbrennung das TerraNova®ultra Verfahren eingefügt wird.

Zudem wird für jede Tonne (berechnet in Trockensubstanz) Klärschlamm, die im TerraNova®ultra Verfahren behandelt wird, 0,5 Tonnen CO2 Emissionen eingespart. Dies entspricht bei einer Kläranlage für 100.000 Einwohner jährlich etwa 600 t weniger Treibhausgasemissionen.

Verbesserung der Energieeffizienz von Klärschlammverbrennungsanlagen

Klärschlammverbrennungsanlagen werden seit über 50 Jahren nach dem gleichen Prinzip gebaut. Um den wasserhaltigen Klärschlamm brennbar zu machen, muß die bei der Verbrennung anfallende Wärme dazu verwendet werden, den Klärschlamm vorzutrocknen und das Schlammwasser zu verdampfen. Dies ist ein sehr energieaufwändiger Vorbehandlungsschritt, der den größten Teil der entstehenden Energie verbraucht. In manchen moderneren Anlagen wird die verbleibende Restwärme zur Stromerzeugung genutzt. Die Gesamteffizienz ist aber mit <10% der Brennstoffleistung sehr gering und deckt oftmals gerade einmal den Eigenenergiebedarf der Anlage ab.

TerraNova®ultra trennt im Gegensatz dazu das im Klärschlamm enthaltene Wasser sehr energieeffizient ab. Entsprechend mehr regenerative Energie kann in der Verbrennungsanlage entweder in Form von Abwärme in ein angeschlossenes Wärmenetz abgegeben oder verstromt werden – und das sogar flexibel anpassbar an den Bedarf. Der Effekt ist dabei signifikant:

Wenn nur etwa 1/4 der Klärschlammmenge in einer Verbrennungsanlage durch TerraNova®ultra vorbehandelt wird, kann im Winter 50% mehr elektrische Energie erzeugt werden als mit konventionellen Klärschlammverbrennungsanlagen. Im Sommer, wenn die Wärmeabgabe ans Wärmenetz reduziert wird, kann mit dem TerraNova®ultra Verfahren flexibel die Fahrweise angepaßt und sogar 100% mehr regenerative elektrische Energie erzeugt werden.

Klärschlammtrocknung mit minimalem Energieeinsatz

Konventionelle Anlagen zur Klärschlammtrocknung trennen das im Schlamm enthaltene Wasser über Verdampfung ab. Da die Überwindung des Aggregatszustands flüssig-dampfförmig sehr energieaufwändig ist und die dafür notwendige Energie nur teilweise in nachfolgenden Anlagenteilen als Kondensationswärme wieder zurückgewonnen werden kann, benötigen selbst moderne Trockner heute zwischen 800 kWh und 1000 kWh Wärmeenergie pro Tonne abgetrenntes Wasser. Zudem müssen große Mengen Luft bewegt werden, was sich zusätzlich in einem hohen elektrischen Energiebedarf im Bereich über 100 kWh pro Tonne abgetrenntes Wasser niederschlägt.

Im TerraNova®ultra Verfahren wird dagegen fast das gesamte im Klärschlamm enthaltene Wasser mechanisch abgetrennt. Dies ist vergleichbar mit einem nassen Küchenlappen, den Sie auswringen statt ihn mit einem Fön zu trocknen. Es ist lediglich eine geringe Menge Wärmeenergie zur Vorbehandlung des Klärschlamms im TerraNova®ultra Verfahren notwendig, um das effiziente „Auswringen“ zu ermöglichen. Dadurch ist der Energiebedarf des TerraNova®ultra Verfahrens bis zu 80% niedriger als der von konventionellen Klärschlammtrocknungsverfahren und beläuft sich auf 130 kWh Wärmeenergie und 18 kWh elektrische Energie pro Tonne Klärschlamm.

Als Wärmequelle für das TerraNova®ultra Verfahren kann Abwärme im erhöhten Temperaturbereich, z.B. der Abgasstrom von Gasmotoren, verwendet werden, die in Blockheizkraftwerken zur Verstromung von Biogas oder Faulgas verwendet werden.

Steigerung des Biogasertrags

Zur Effizienzsteigerung von Biogasanlagen bieten wir zwei Lösungen an:

TerraNova®lysis führt eine neuartige, intensive Thermo-Druck Hydrolyse des Eingangsmaterials durch. Dabei wird das Material über einen besonders langen Zeitraum von mehreren Stunden bei Temperaturen von 160-170°C vorbehandelt, um eine effektivere anaerobe Umsetzung in Biogas durch die Bakterien im nachfolgenden Faulprozess zu ermöglichen. Damit wird beispielsweise bei Klärschlamm eine Erhöhung des Biomethanpotentials (BMP) von ca. 35% erzielt – im Vergleich zu anderen Verfahren einer der höchsten Werte.

Die Besonderheit von TerraNova®lysis liegt neben der langen Behandlungsdauer in der Fähigkeit, selbst Material mit sehr hohem Trockensubstanzanteil bis zu 30% zu verarbeiten. Dies ermöglicht kleine, kompakte Anlagen. Der Energieverbrauch des Verfahrens ist durch die integrierte Wärmerückgewinnung, die hohe Konzentration des zu behandelnden Materials und den Verzicht auf Dampf als Wärmeträger sehr gering und liegt bei nur 110 kWh Wärme und 16 kWh elektrischer Energie pro Tonne Input.

Zum Upgrading der Gärreste in eine Biokohle wird das TerraNova®ultra Verfahren eingesetzt und damit einer weiteren Nutzung zugeführt. Das im TerraNova®ultra Verfahren abgetrennte Prozesswasser enthält einen hohen Anteil leicht abbaubaren Kohlestoff, der dem Biogasprozess zurückgeführt wird und den Biogasertrag zusätzlich steigert.

Die patentierte Kombination von TerraNova®lysis und TerraNova®ultra bewirkt dadurch eine Steigerung des Biogasertrags von ca. 50% und die Herstellung eines weiter verwertbaren Produkts in Form von Biokohle.

Vermeidung von LKW-Transporten

Die Entsorgung von Klärschlamm erfolgt im Normalfall mit LKWs. Da die regionale Verwertung von Klärschlamm auf landwirtschaftlichen Flächen aufgrund höherer Umweltstandards immer mehr eingeschränkt wird, sind oft längere Entsorgungswege in zentrale Verbrennungsanlagen notwendig.

Leider sind diese Transporte zudem häufig mit Leerfahrten auf dem Rückweg verbunden, sodass beispielsweise für eine Stadt mit 100.000 Einwohnern zur Entsorgung des Klärschlamms in eine 50 km weit entfernte Verbrennungsanlage jährlich ca. 24.000 LKW-Kilometer erforderlich sind. Wenn am Standort der Kläranlage keine Schlammfaulung existiert, erhöht sich dieser Wert sogar auf knapp 40.000 LKW-Kilometer.

Durch die Vorbehandlung des Klärschlamms im TerraNova®ultra Verfahren am Standort der Kläranlage wird die zu entsorgende Restmenge auf etwa 1/4 reduziert. Dies geschieht durch die mechanische Entfernung des enthaltenen Schlammwassers und durch den Abbau und die Abtrennung von Kohlenstoff und Stickstoff während der exothermen Reaktion des TerraNova®ultra Verfahrens.

Dadurch werden jährlich ca. 18.000 bzw. 30.000 LKW-Kilometer eingespart – ein wichtiger Beitrag zur Entlastung des Straßenverkehrs.

Vermeidung von Schadstoffen in Böden und Grundwasser

Gülle, Gärreste und Klärschlamm werden heute vielfach zur Düngung landwirtschaftlich genutzt. Der Einsatz ist jedoch nicht unumstritten, da neben der Rückführung von Nährstoffen auch Schadstoffe wie Arzneimittelrückstände, Schwermetalle, Keime, Viren, Bakterien und organische Schadstoffe in den Boden eingebracht werden.

Durch TerraNova®ultra kann dieser Schadstoffeintrag bedarfsgerecht je nach Anwendungsfall erheblich reduziert werden:

Soll die Schwermetallbelastung im Boden minimiert werden, werden die organischen Reststoffe im TerraNova®ultra Verfahren vorbehandelt, die TerraNova® Kohle im Verfahren abgetrennt und in einer Verbrennung energetisch genutzt. Das verbleibende Prozesswasser enthält einen großen Teil der Nährstoffe, ist sterilisiert und schwermetallarm. Es kann als organischer Flüssigdünger eingesetzt werden.

Soll die Grundwasserbelastungen durch Nährstoffe, insbesondere Stickstoff, verhindert werden, ist die Nutzung der TerraNova® Kohle zur Düngung vorteilhaft: So ist die Auswaschung von Nitrat um Faktor 4 und von Ammonium-Stickstoff sogar um Faktor 60 geringer als bei unbehandelten Reststoffen.²

Auch Kalium, Phosphor und Mikronährstoffe sind für eine effektive Düngung besser in der TerraNova® Kohle gebunden, während gleichzeitig die Kationenaustauschfähigkeit zur Verbesserung der Aufnahme durch die Pflanze um Faktor 3 verbessert wird.

Der positive Düngeeffekt der TerraNova® Kohle wurde in einem 3-jährigen Feldversuch der Humboldt-Universität Berlin nachgewiesen.³

Multiresistente Keime, die zunehmend auch in der Intensivtierzucht festzustellen sind und über Gülledüngung der Umwelt ausgesetzt werden, werden von der Weltgesundheitsorganisation als eine der größten zukünftigen Bedrohungen eingestuft. Durch die Prozessbedingungen von TerraNova®ultra werden diese bis auf die DNA-Ebene sicher zerstört.⁴ Dadurch ist auch in Zukunft eine sichere Kreislaufführung von Wirtschaftsdünger möglich.

Vermeidung der Emission klimaschädlicher Gase

Werden organische Abfallstoffe auf Böden aufgebracht oder auf Deponien entsorgt, zersetzen sich die Kohlenstoffverbindungen über die Zeit in CO2, das in die Atmosphäre entweicht. Es können jedoch durch unzureichende Zufuhr von Sauerstoff während des Zerfallprozesses auch Methan (CH4) und bei Stickstoffüberschuss Lachgas (N2O) entstehen. Methan ist dabei um Faktor 25 und Lachgas sogar um Faktor 300 klimaschädlicher als CO2.

Diese Emissionen werden bei einer Verwertung der organischen Abfallstoffe in TerraNova®ultra vollständig vermieden – im Verfahren selbst werden nur ca. 2% des im Eingangsstoff enthaltenen Kohlenstoffs in Form von CO2 durch die exotherme Reaktion in die Atmosphäre abgegeben. Der Rest wird einer Nutzung zugeführt.

Ähnliches gilt für Klärschlamm-Monoverbrennungsanlagen: da diese aufgrund der drohenden Verschlackung des Klärschlamms im Verbrennungsprozess bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen um die 900°C betrieben werden müssen, wird Lachgas mit den Brenngasen emittiert. Abhilfe kann eine aufwändige Nachverbrennung schaffen, die aber den Einsatz fossiler Brennstoffe erfordert.

Alternativ kann auf eine Monoverbrennung verzichtet werden und nach dem TerraNova®ultra Verfahren die Klärschlammkohle in Zementwerken eingesetzt werden: die hier üblichen Prozesstemperaturen von ca. 1.500°C vermeiden die Lachgasbildung zuverlässig.

Rückgewinnung eines schadstoffarmen Phosphordüngers

Die weltweiten Vorkommen an Rohphosphat gehen zu Neige – die Verfügbarkeit ist nur noch für wenige Jahrzehnte gesichert und ist zudem auf wenige Regionen begrenzt. Die Europäische Union ist beispielsweise vollständig vom Import von Phosphor als Düngemittel für die Landwirtschaft abhängig. Bei der ständig wachsenden Weltbevölkerung stellt dies ein existenzielles Problem dar, da Phosphor als Element für das Leben aller Art unverzichtbar und durch keine Alternative ersetzbar ist. Bisher jedoch gehen große Mengen Phosphor durch Auswaschungen von Düngemitteln in die Flüsse und Meere oder durch Verbrennung phosphorhaltiger Abfälle unwiderruflich verloren. Zudem sind die noch verbleibenden Vorkommen zunehmend mit Cadmium und Uran belastet – teilweise werden heute schon Grenzwerte für Düngemittel überschritten.

Ein großes Potential zur zukünftigen Rückgewinnung von Phosphor bietet Klärschlamm. In den letzten Jahren wurden zahlreiche Rückgewinnungsverfahren entwickelt, von denen die meisten eine Verbrennung des Klärschlamms in eigens dafür errichteten Monoverbrennungsanlagen erfordern.

Das TerraNova® Verfahren bietet dazu eine einfachere Alternative: der Phosphor wird direkt aus dem entwässerten Klärschlamm gewonnen, ohne Transport und Vorbehandlung in zentralen Monoverbrennungsanlagen. Es vereinfacht damit die Prozesskette wesentlich und spart Investitionen und Kosten. Zudem ist der TerraNova® Phosphordünger aufgrund der milden Prozessbedingungen sehr gut pflanzenverfügbar, schadstoffarm und erreicht die höchste Düngewirkung im Vergleich zu anderen Verfahren.

Mit einer Rückgewinnungsquote von ca. 70% ist das patentierte TerraNova® Verfahren das effektivste Verfahren zur direkten Rückgewinnung aus Klärschlamm. Dies wird durch die einzigartig hohe Entwässerungsleistung bei der Abtrennung des Phosphors ermöglicht.

Der TerraNova® Phosphordünger ist als Calcium-Phosphat nach der Deutschen Düngemittelverordnung 1.2.9 Tabelle 6.2.4 zugelassen und entspricht den Vorgaben der Europäischen Düngemittelverordnung 2019/1009 für die Produktgruppe CMC12.