Renewable Materials Processing projects

• ReNOx 2.0
• Bio-HTL
• Stickstoffrückgewinnung aus Schweinegülle
• Greening the Gas
• Regionale Wertschöpfung durch innovative Klärschlammverwertung
• SUSKULT
• Bio-ABC
• ClinOPT
• Biodiesel aus Klärschlamm
• ReNOx
• Next Generation Crude Production

ReNOx 2.0

Obwohl die Primärproduktion von Ammoniak (NH3) äußerst energieaufwendig ist und die Rohstoffversorgung bei Phosphor als kritisch angesehen wird, gehen derzeit große Mengen dieser Nährstoffe als Ammonium (NH4+) und Phosphat (PO43-) über das Abwassersystem verloren. Im Projekt „ReNOx 2.0“ wird ein innovativer Prozess zur simultanen, energie- und kostenschonenden Rückgewinnung von Stickstoff und Phosphor aus biogenen Roh- und Abwässern entwickelt, mit dem die Herstellung von industriell verwertbaren, biobasierten Produkten (Düngerrohstoffe, Entstickungsmittel) möglich ist.

Dafür nutzen wir das im Projekt "ReNOx" von uns entwickelte und erfolgreich zur Ammoniumrückgewinnung an Kläranalgen getestete Verfahren („Ionentauscher-Loop-Stripping“). In „ReNOx 2.0“ wird dieses Verfahren unter Einsatz modifizierter Zeolithe zur gleichzeitigen Phosphorrückgewinnung weiterentwickelt und zusätzlich auf neue Anwendungsfelder ausgeweitet (Gärreste, Deponiesickerwasser, industrielle Abwässer). Dabei arbeiten wir im Zeolithbereich intensiv mit dem Lehrstuhl für Rohstoffmineralogie der MUL zusammen. Nach Projektende soll die Vermarktung kompakter Nachrüstanlagen zur wirtschaftlichen Rückgewinnung von überschüssigem Stickstoff und Phosphor aus erneuerbaren, bisher nicht genutzten Quellen möglich sein.

Bio-HTL

Im Bridge-Projekt „Bio-HTL“ untersuchen wir die Gewinnung von biocrude aus Mikroalgen und biogenen Rohstoffen wie zum Beispiel Bioabfall, Speiseresten oder Flotatfetten mittels Hydrothermaler Verflüssigung (HTL). Durch den Einsatz von Mikroalgen/Reststoffmischungen können die Vorteile von Mikroalgen (Homogenität, hohe Umsetzungsraten zu bio-crude) mit denen biogener Reststoffe verbunden werden (hohes Mengenpotential, Erlöse für Entsorgung). Ziel ist es, optimale Mischungen aus Mikroalgen und (aufbereiteten) Reststoffen zu finden, welche zukünftig eine stabile und wirtschaftliche Produktion größerer Mengen an biocrude ermöglichen.

Im Projekt werden die komplexen chemischen Prozesse der HTL bei bis zu 350°C und 150 bar Druck im Detail erforscht und mögliche Verwertungspfade für die HTL-Nebenprodukte identifiziert bzw. erprobt. Stimmt die Qualität des produzierten bio-crude, kann es dem fossilen Rohöl in Raffinerien beigemischt und mitverarbeitet werden. Auf diese Weise kann die Bioquote in sämtlichen Raffinerieprodukten wie z.B. Kraftstoffen, Heizöl aber auch Kunststoffen gesteigert und damit CO2-Emissionen entlang der gesamten Nutzungskette dieser Produkte eingespart werden.

Stickstoffrückgewinnung aus Schweinegülle

Aktuell erforschen wir gemeinsam mit dem Land Steiermark, ob sich unser im Projekt "ReNOx" entwickeltes Verfahren (Ionentauscher-Loop-Stripping) auch für die Rückgewinnung von Stickstoff aus Schweinegülle eignet. Bei der Schweinehaltung fallen jährlich große Mengen an Gülle an, welche zumeist als Dünger auf landwirtschaftliche Flächen ausgebracht werden. Die Ausbringung ist jedoch nur innerhalb weniger Monate eines Jahres erlaubt, weshalb große Güllemengen zwischengelagert werden müssen. Aufgrund der hohen Stickstoffkonzentrationen kann die angesammelte Gülle innerhalb der erlaubten Zeiträume oft nicht ausgebracht werden, weshalb Schweinezuchtbetriebe zusätzliche landwirtschaftliche Flächen pachten müssen. Sowohl die Lagerung als auch die Ausbringung verursachen daher hohe Kosten.

Durch den Einsatz des Ionentauscher-Loop-Stripping zur Gülleaufbereitung und die Nutzung des rückgewonnenen Stickstoffs als industrielles Entstickungsmittel, können die Stoffflüsse der Landwirtschaft und Industrie zum beiderseitigen Vorteil nachhaltig verknüpft werden (circular-economy). Während einerseits der landwirtschaftliche Stickstoffkreislauf entlastet wird, können gleichzeitig fossile CO2-Emissionen und Energie für die Herstellung konventioneller Entstickungsmittel (Harnstoff) eingespart werden.

Greening the Gas

Die Initiative "Greening the gas" beschäftigt sich mit der Integration von „Grünem Gas“ wie Wasserstoff und Biomethan in die Gasnetze als Beitrag zur Klima- und Energiestrategie der Österreichischen Bundesregierung (#mission2030). Im Auftrag der Österreichischen Vereinigung für das Gas-und Wasserfach (ÖVGW) beschäftigt sich der Forschungsbereich zusammen mit dem Lehrstuhl für Energieverbundtechnik der Montanunivsersität Leoben sowie der TU Wien mit der Entwicklung eines Standard-Konzeptes für die Aufbereitung von Rohbiogas zu einem einspeisefähigen Gas.

Dabei wird auf eine allgemein umsetzbare Technologie abgezielt, die insbesondere auch an kleineren Biogasanlagen (< 250 kWel) effektiv, wirtschaftlich und betriebssicher den Methangehalt im Biogas anreichert. Potentielle Gasaufbereitungstechnologien werden technisch sowie hinsichtlich Investitionsaufwand und Betriebskosten verglichen, und der Aufwand für die Erreichung unterschiedlicher Einspeisequalitäten erhoben. Als wesentliches Ergebnis wird ein allgemein einsetzbares Standardkonzept für die Aufbereitung von Biogas vorgeschlagen.

Regionale Wertschöpfung durch innovative Klärschlammverwertung

Die Verwertung von Klärschlamm stellt ein Problem für Regionen und Gemeinden dar, weil diese zunehmende Kosten und Umweltbelastungen mit sich bringt. Die Kosten sind von der Allgemeinheit zu tragen. Andererseits besitzt Klärschlamm einen hohen Energiegehalt sowie wertvolle Düngerbestandteile, für beides besteht ein Bedarf in der Region. Geplant ist das Umsetzen eines innovativen, ökologischen und energiepolitischen Pilotprojektes der Region Murtal, mit dem Ziel, anfallenden Klärschlamm (regional/überregional) im Sinne eines geschlossenen Kreislaufes nachhaltig zu verwerten. Im Projekt "Regionale Wertschöpfung durch innovative Klärschlammverwertung" werden unterschiedliche Technologien zur energetischen und stofflichen Verwertung von Klärschlamm in einem regionalen Verbund beleuchtet, um Empfehlungen für künftige Stoßrichtungen zur Klärschlammverwertung zu geben und Stakeholder aus unterschiedlichen Bereich miteinander zu vernetzen.

Der Forschungsbereich beteiligt sich am Projekt mit einer Studie und experimentellen Untersuchungen zur Nährstoffrückgewinnung aus Klärschlamm, wobei insbesondere Stickstoff und Phosphor im Mittelpunkt stehen.

SUSKULT

Qualität und Nachhaltigkeit der Ernährung stehen vermehrt im Fokus. Was in landwirtschaftlich geprägten Regionen noch relativ einfach umzusetzen ist, gestaltet sich in den Städten jedoch weitaus schwieriger. Darüber hinaus besteht eine zentrale Zukunftsfrage, wie Ertragssteigerungen in der Agrarwirtschaft bei endlichen Phosphatressourcen, hohem Energieaufwand bei der Düngemittelproduktion und der Verschmutzung von Gewässern und Böden durch Phosphor und Stickstoff künftig möglich sein werden.

Ein Team von 15 Partnern aus Industrie und Forschung unter Koordination des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT entwickelt im Rahmen des Projekts SUSKULT ein neuartiges Agrarsystem, welches an städtischen Kläranlagen angedockt werden soll. Dort finden sich neben den relevanten Nährstoffen (N, P, K) auch CO2, Wärme und Wasser als Ressourcen, die für den geschlossenen Anbau von gartenbaulichen Produkten notwendig sind sind auf Kläranlagen zu finden. Der Forschungsbereich ist bei diesem Projekt zusammen mit dem Lehrstuhl für Rohstoffmineralogie der Montanuniversität für die Technologieentwicklung zur Rückgewinnung von Nährstoffen aus den Abwässern zuständig.

Bio-ABC

Das Ziel des Projekts "Bio-ABC" ist die Etablierung eines 2-stufigen biotechnologischen Prozesses mit E. coli und A. woodi, welcher zur schnellen Fixierung von großen Mengen an CO2 und der Produktion von Isobutanol und n-Butanol geeignet ist. Dabei soll möglichst ungereinigtes CO2 aus Rauchgasen wie z.B. aus der Stahlherstellung bzw. Ölraffination verwendet werden. Wir beschäftigen uns als Partner in diesem Projekt schwerpunktmäßig mit der Charakterisierung und eventuell notwendigen Aufbereitung von industriellen Abgasströmen und der verfahrenstechnischen Skalierbarkeit und Integration des durch die TU Wien entwickelten, biotechnologischen Verfahrens in einen industriellen Gesamtprozess.

ClinOPT

Zeolithe sind eine natürlich vorkommende oder künstlich hergestellte Mineralgruppe (Alumosilikate), die aufgrund ihrer Struktur die Fähigkeit besitzen, Kationen auszutauschen. Für den Einsatz als Funktionsminerale in umwelttechnischen Anwendungen sind insbesondere natürliche Zeolithe (z.B. Klinoptilolith) hervorragend geeignet, da sie gut verfügbar sind und im Vergleich zu ihren künstlichen Verwandten deutlich weniger kosten. So werden natürliche Zeolithe z.B. in der Abwasserreinigung, der Bodensanierung, der Schwermetallentfernung oder auch gezielt zur Nährstoffrückgewinnung eingesetzt.

Unter dem Titel "ClinOPT" beschäftigen wir uns zusammen mit dem Lehrstuhl für Rohstoffmineralogie der Montanuniversität Leoben mit der gezielten Optimierung der Eigenschaften solcher natürlicher Zeolithe. Dabei erforschen wir unter anderem Vorbehandlungsmethoden zur Steigerung der Kationenaustauschkapazität sowie verschiedene Regenerationsmethoden für beladene Zeolithe oder untersuchen deren Standfestigkeit in der Abwasserreinigung und zur Nährstoffrückgewinnung.

Stocker, K., Ellersdorfer, M., Lehner, M., Raith, J. (2017): Characterization and Utilization of Natural Zeolites in Technical Applications, Berg Huettenmaenn Monatsh (2017) 162: 142, https://doi.org/10.1007/s00501-017-0596-5.

Biofuels from sewage suldge

ReNOx

Im Projekt "ReNOx" entwickelte unser Team ein neuartiges Verfahren zur Rückgewinnung von überschüssigem Stickstoff an Kläranlagen (Ionentauscher-Loop-Stripping). Mit diesem Verfahren wird aus Ammonium-Stickstoff ein Produkt zur industriellen Rauchgasreinigung hergestellt.

Zusammen mit unseren Partnern wurde eine mobile Container-Anlage gebaut, welche im Frühjahr 2017 an der Kläranlage Knittelfeld unter realen Bedingungen erprobt wurde. Das dabei erzeugte Entstickungsmittel wurde im Herbst 2017 erfolgreich zur Rauchgasreinigung am Zementwerk Retznei eingesetzt.

Next Generation Crude Production

In "Next Generation Crude Production" wurden die Rahmenbedingungen für eine industrielle Nutzung von CO2 zur Produktion von Mikroalgen-Biomasse erhoben. Dabei wurde zusammen mit Vertreten der österreichischen Grundstoffindustrie ein Konzept entwickelt, mit dem die wirtschaftliche Produktion und Verwertung von Algenbiomasse zukünftig möglich sein könnte. Zudem wurde der für die Umsetzung dieses Konzeptes notwendige Forschungsbedarf erhoben, welcher den Grundstein für die weiteren Projekte des Forschungsbereiches zum Thema Mikroalgen legte.

Das entwickelte Konzept sieht vor, dass Mikroalgen-Biomasse an energieintensiven Industriestandorten (z.B. Kraftwerken, Zementwerken, Eisen- und Stahlwerken oder Ziegelherstellern) dezentral unter Nutzung der vor Ort vorhandenen Rauchgas- und Abwasserquellen produziert wird. Die Biomasse wird unter Nutzung der vor Ort vorhandenen Infrastrukur erzeut und vorbehandelt (z.B. Trocknung mit Niedertemperatur-Abwärme etc.). Diese industriell produzierte Biomasse soll dann an einer Raffinerie zentral aufbereitet und das daraus gewonnene bio-crude und die Nebenprodukte möglichst vollständig genutzt werden. In Zukunft könnte so eine neuartige Produktions- und Logistikkette für industrielle Biomasse entstehen, welche als nachhaltige Energiequelle mit teilweiser Schließung des CO2-Kreislaufes eine Beitrag zum Klimaschutz leisten könnte.

FFG/BMVIT-Broschüre "Produktion der Zukunft" - Projektbeschreibung