PIGM (Projekt Innovatives Gülle Management) ist ein Kreislaufwirtschafts-Konzept für land- und gartenbauliche Wertstoffe. Nach der erfolgreichen Pilotierung des BioEcoSim-Verfahrens zur Rückgewinnung von Nährstoffen aus Gülle und Gärresten wird akuell in einer Machbarkeitsstudie die Planung und der Bau einer Demonstrationsanlage vorbereitet.
Das Konzept umfasst die Schaffung dreier Wertstoffkreisläufe:
Gülle aus der Tierhaltung ist ein wertvoller Dünger. Sie versorgt landwirtschaftliche Böden mit organischer Substanz und wichtigen Nährstoffen und trägt dazu bei, den Nährstoffbedarf der Pflanzen zu decken und die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten. Auf der anderen Seite ist Gülle, genau wie Gärrest, ein unspezifisches Düngemittel: die von den Pflanzen benötigten Phosphate und Stickstoffverbindungen liegen in unbestimmten Verhältnissen und unterschiedlichen Konzentrationen vor. So wird mit der Gülledüngung bei Stickstoffbedarf auch Phosphat ausgebracht, das nicht von der Pflanze aufgenommen wird, sondern vielmehr Böden, Grund- und Oberflächenwasser belastet – und vice versa.
Zudem fallen durch die Intensivierung der Viehhaltung und die regionale Ballung der Betriebe erhebliche Mengen überschüssiger Gülle an, die in den Erzeugerregionen allein nicht effizient als Ressource genutzt werden kann. In diesen Regionen wird Gülle zu einem Abfallstrom, der behandelt oder entsorgt werden muss, wodurch Energie, z. B. für Transport und Entsorgung, verbraucht wird.
Zugleich werden EU-weit in der Tierhaltung jährlich Stickstoff und Phosphor in Mengen ausgeschieden, die ausreichen würden, den EU-Bedarf an Mineraldünger zu decken. Der übermäßige Einsatz synthetischer Düngemittel und damit verbunden entsprechende Ernteerträge verdecken die Tatsache, dass organische Substanz im Boden abgebaut und nicht ersetzt wird. Dies führt zu einem Verlust der Bodenfruchtbarkeit, der biologischen Vielfalt, einer geringeren Wasserrückhaltekapazität und einer Unterbrechung der natürlichen Nährstoffkreisläufe.
Das Ziel von PIGM ist eine kontinuierliche, nachhaltige und ökonomische Umwandlung von Gülle in spezifische Pflanzenhilfsstoffe, beispielsweise Naturdünger. Dazu soll das ressourcen- und energieeffiziente BioEcoSIM-Verfahren, das am Fraunhofer IGB erfolgreich im Labormaßstab entwickelt und in Folgeprojekten im Pilotmaßstab getestet wurde, in eine industrielle Demonstrationsanlage überführt werden. Hierzu entwirft und plant PreZero im Rahmen einer Durchführbarkeitsstudie eine Full-Scale-Single-Purpose-Demonstrationsanlage zur vollständigen energetischen und stofflichen Aufarbeitung von Schweinegülle und weiteren landwirtschaftlichen Reststoffen zu natürlichen Pflanzenhilfsstoffen. Das Fraunhofer IGB begleitet die Studie wissenschaftlich.
Da Rohgülle deutlich aufwendiger zu verarbeiten ist als Gärrest, wird dem BioEcoSim-Verfahren eine Biogas-Anlage vorgeschaltet, um störende Begleitstoffe zu verstoffwechseln, die Energieausbeute aus der Gülle zu erhöhen, den Energiebedarf der Anlage für Pflanzenhilfsstoffe zu decken und die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprojekts durch Veräußerung von überschüssigem Bio-Methangas und Strom (BHKW) zu erhöhen.
Planung der PIGM-Anlage
Für die Umsetzung der PIGM-Anlage wird die Gülle zunächst in einer Biogasanlage energetisch aufgearbeitet und das entstehende Biogas für die Energieversorgung der Gesamtanlage genutzt.
Der Gärrest aus der Biogas-Anlage wird in der PIGM-Naturdünger-Anlage nach dem BioEcoSIM-Verfahren in einzelne Pflanzenhilfsmittelfraktionen zerlegt:
Die vollständige Verwertung von Gülle in einer PIGM-Anlage kann zum einen der mit der traditionellen Gülledüngung verbundenen Eutrophierung von Böden und Gewässern entgegenwirken. Zum anderen werden die wertvollen Güllebestandteile, insbesondere Stickstoff und Phosphat, für eine ziel- und bedarfsgerechte Düngung der Ackerflächen zur Verfügung gestellt. Dies reduziert die Produktion dieser Düngerkomponenten durch Abbau oder Gewinnung aus fossilen Rohstoffen.
Die Ergebnisse der Machbarkeitsstudie dienen als Grundlage für die Investitionsentscheidung und erlauben, alle relevanten Stakeholder – besonders kleine, mittelständische Unternehmen im landwirtschaftlichen Betrieb – in der Wertschöpfungskette in Regionen mit starker Großviehhaltung für das Verfahren zu gewinnen und die Verwertungsstrategie zu validieren.
Ein neues Wertschöpfungsmodell zur Valorisierung von Gülle
Vor der finalen Investitionsentscheidung für den Bau einer entsprechenden Anlagenkonstellation sind die technische Machbarkeit, die Verfügbarkeit von Einsatzstoffen und räumlich bezogenen Flächen sowie die politische Akzeptanz und wirtschaftliche Verwertung abzusichern und in einem mehrstufigen Planungsprozess die technischen Anforderungen, die ökologischen und ökonomischen Rahmenbedingungen und Belange aller Stakeholder, von den Viehhaltungsbetrieben über Flächeneigner und Kommunen bis zu regionalen Energieversorgern miteinander zu koordinieren.
Durchführbarkeitsstudie für eine Demonstrationsanlage zur nachhaltigen und ökonomischen Umwandlung von Gülle in spezifische Pflanzenhilfsstoffe im Wertstoffkreislauf – Projekt Innovatives Güllemanagement (PIGM)
Dezember 2023 – September 2025
Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) für die Förderung des Projekts »PIGM«, Förderkennzeichen 13BDB50020, im Rahmen des Programms »Industrielle Bioökonomie – Förderung der Nutzung und des Baus von Demonstrationsanlagen und von Beispielregionen für die industrielle Bioökonomie«.
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB