Kreislaufwirtschaft: Nutzung von Abwasser, Abfall und Abgas

Für die Transformation zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft sind neue Verfahren zur Nutzbarmachung von Rest- und Abfallstoffen erforderlich. Das Fraunhofer IGB entwickelt Verfahren zur Rückgewinnung wertvoller Inhaltsstoffe aus Abwasser, Abfall und Abgas – vom Labor- über den Technikums- bis zum Pilotmaßstab. Mit seinem Know-how zur Digitalisierung und Skalierung von Prozessen sowie eigenen Pilotanlagen unterstützt das Fraunhofer IGB Start-ups, KMU sowie Kommunen, Stadtwerke und Zweckverbände bei der Umsetzung neuer Technologien. 

Bisher werden in der Industrie und in den Kommunen anfallende Nebenprodukte oder Abfälle häufig noch entsorgt. In einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft stellen Rest- und Abfallstoffe dagegen eine wichtige Ressource dar.

• Kohlenstoff darf nicht mehr aus fossilen Ablagerungen in die Atmosphäre freigesetzt werden, sondern muss im Kreislauf geführt und möglichst in Wertstoffen gebunden werden.
• Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor müssen ebenfalls im Kreislauf geführt werden, und zwar mit minimalem Energieverbrauch und ohne die Umwelt negativ zu beeinflussen (keine Überdüngung, Eutrophierung).
• Rückgewinnung und Recycling sind für eine Kreislaufwirtschaft essenziell. Um dies wirtschaftlich und effizient zu ermöglichen, ist einerseits ein intelligentes Management (z. B. Vermeiden von Verunreinigungen bzw. Verdünnungen), andererseits gute Verfahrenstechnik (Stofftrennung, Aufreinigung, Umwandlung etc.) notwendig.
• Angesichts der Endlichkeit fossiler und biologischer Rohstoffe wird es für Unternehmen, Kommunen und Staaten immer wichtiger, vorhandene Ressourcen effizienter und intelligenter zu nutzen und Inhaltsstoffe nach dem Ansatz der Kreislaufwirtschaft für eine stoffliche oder energetische Nutzung zurückzugewinnen.

Profitieren Sie von Know-how und Infrastruktur

In unseren Labors und Technika untersuchen wir Grundlagen, wie die Torrefizierung oder Vergärbarkeit verschiedener biogener Reststoffe und Möglichkeiten zur Rückgewinnung von Nährstoffen, und entwickeln Konzepte für die großtechnische Umsetzung.

Für einige Verfahren stehen Pilotanlagen zur Verfügung, um sie entweder in unseren Technika oder aber direkt vor Ort an Standorten, an denen Abfälle anfallen, einzusetzen und zu erproben.

Zudem gehören die Planung, die Auslegung und der Bau von Pilot- und Demonstrationsanlagen für spezifische Anwendungen zu unserem Leistungsspektrum. Für großtechnische Anlagen werden das Basic- und Detail-Engineering durch unsere industriellen Partner aus dem Anlagenbau bewerkstelligt.

Unterstützung bis zur Markteinführung

Das Fraunhofer IGB entwickelt neue Prozesse und unterstützt Unternehmen mit seiner Expertise und seiner technischen Ausstattung ebenso bei der Skalierung der Verfahren sowie der Auslegung und dem Bau von Pilotanlagen: von der technischen Realisierung und Inbetriebnahme bis hin zu Fragen der Prozesssicherheit, Regulierungsfragen, Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit.

Darüber hinaus stellen wir Ihnen modernste Infrastruktur und Apparatetechnik mit unseren eigenen Pilotanlagen zur Verfügung. Damit sparen Sie nicht nur Kosten, sondern reduzieren auch Entwicklungsrisiken.

Wir übertragen Ihre Prozesse in den Pilotmaßstab

• Auswahl des passenden Equipments
• Prozessauslegung für optimales Ineinandergreifen aller Prozessschritte
• Optimierung im Hinblick auf Produktausbeute und -qualität, Material- und Energieeffizienz
• Unterstützung bis zur Inbetriebnahme im Unternehmen / Übergabe an einen Lohnfertiger oder bis zur Anlagenauslegung

Sie nutzen unser Know-how und unsere Pilotanlagen zur Optimierung Ihrer Prozesse.

Wir verfügen über Pilotanlagen, teilweise auch mobil, für die Erprobung von Verfahren in unseren Technika oder bei Ihnen vor Ort.

• Durch die Zusammenarbeit mit uns ersparen Sie sich Investitionen in eigene Pilotanlagen.
• Die Nutzung bereits existierender Pilotanalagen erspart Ihnen Zeit, sodass die Markteinführung wesentlich beschleunigt wird.
• Sie brauchen kein Personal für den Betrieb der Anlagen abstellen.
• Wir unterstützen Sie bei der Identifizierung von Fördermaßnahmen, etwa im Rahmen der Ausschreibung »Industrielle Bioökonomie« des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).

Anwendungsbeispiel: Hochlastfaulung zur Vergärung organischer Reststoffe

Eine sinnvolle Möglichkeit, komplexe Abfallströme wie Klärschlamm, Gülle, Bioabfall oder andere organische Reststoffe zu nutzen, besteht in der Vergärung der organischen Substanz mittels Hochlastfaulung. Das am IGB zur Effizienzsteigerung bei der Klärschlammfaulung entwickelte Verfahren zeichnet sich durch einen wesentlich verbesserten Wirkungsgrad, kurze Verweilzeiten und hohen Abbaugrad gegenüber herkömmlichen Faulungen aus, verbunden mit einer wesentlich erhöhten Ausbeute an Biogas als regenerativer Kohlenstoff- und Energiequelle. Hochlastfaulungen werden hinsichtlich ihrer Integration in den Gesamtprozess der Schlammbehandlung einer Kläranlage individuell dimensioniert und ausgeführt. Für die erfolgreiche Realisierung einer Hochlastfaulung untersuchen wir die Vergärbarkeit, z. B. des Rohschlammes, im Hochlastbetrieb zuvor im Technikumsmaßstab.

Bei Bedarf können wir das Verfahren der Hochlastfaulung auch zunächst im Pilotmaßstab auf der Kläranlage umsetzen und vor Ort betreiben. 

Anwendungsbeispiel: Rückgewinnung von Nährstoffen 

Nährstoffe sind als Hauptbestandteile von Düngemitteln unverzichtbar für die weltweite Nahrungsmittelproduktion. Bisher werden sie mit der Ernte der Pflanzen aus dem Agrarökosystem entfernt. Dabei sind nicht nur Gülle und Gärreste, sondern auch kommunale Abwässer und Reststoffe der Lebensmittelindustrie reich an Stickstoff, Phosphor, Kalium oder Calcium. Das Fraunhofer IGB hat verschiedene Technologien und Verfahren entwickelt, um wertvolle Nährstoffe aus landwirtschaftlichen und kommunalen Reststofffraktionen zurückzugewinnen und zu pflanzenverfügbaren Düngern aufzuarbeiten.

Gerne untersuchen wir, wie sich Nährstoffe auch aus Ihren Reststoffen zurückgewinnen lassen.

Wir demonstrieren neue Prozesse in einem geförderten (Verbund-)Projekt.

• Identifizierung geeigneter Fördermaßnahmen und notwendiger Partner
• Ausarbeiten von Projektstrukturen
• Mögliche Koordination von Verbundvorhaben
• Skalierung in bestehenden Anlagen oder Konzeptionierung und Neubau dezidierter Anlagen
• Gemeinsame Vermarktung und Lizenzierung bei geteilter IP

Entwicklungsbeispiele: Pilotanlagen zur Demonstration von Abfall- und Abwasser-Bioraffinerien

Mithilfe von Bioraffinerien lassen sich organische Reststoffe auf verschiedenste Art stofflich verwerten. Das Prinzip einer Bioraffinerie weist – bis auf die verwendeten Rohstoffe – Ähnlichkeiten mit dem einer Erdölraffinerie auf, in der ein komplex zusammengesetzter Rohstoff in einzelne Fraktionen oder Komponenten getrennt wird.

Durch die biotechnologische, chemische, elektrochemische oder thermische Umwandlung von Reststoffen nach dem Prinzip einer Bioraffinerie können so unterschiedliche wertschöpfende Produkte hergestellt werden: Basischemikalien und Biowasserstoff, Algenbiomasse und Biokohle, hochwertige organische Dünger u. v. m.

Für die Demonstration in einem größeren Maßstab haben wir verschiedene Verfahren erstmals in Pilotanlagen kombiniert und unter realen Bedingungen erprobt.

Ausgewählte aktuelle Beispiele für die Zusammenarbeit in Verbundprojekten finden Sie unten. Ein Großteil dieser Projekte wurde vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung EFRE im Rahmen der Fachinitiative »Bioökonomie – Bioraffinerien zur Gewinnung von Rohstoffen aus Abfall und Abwasser − Bio-Ab-Cycling« gefördert.

Um die entwickelten Technologien und Verfahren in die Anwendung zu bringen und anfallendes Abwasser und Abfälle als Rohstofflieferant nutzen zu können, stehen die Pilotanlagen am IGB zur Nutzung bereit.