Slurry Upgrade

Die Separation von Wirtschaftsdüngern stellt ein relativ einfaches Verfahren dar, um die verbesserten Düngeeigenschaften der abseparierten Dünngülle innerbetrieblich zu nutzen. Viele Betriebe setzen diese Technik ein, um die Effizienz ihrer organischen Düngung zu steigern. Doch stellt sich häufig die Frage: Wie lassen sich die abgetrennten Feststoffe am besten verwerten? Welche Strategien sich dabei bewähren, erfahren Sie in diesem Artikel.

Die Separation von Wirtschaftsdüngern mittels Pressschnecken stellt ein technisch überschaubares und somit relativ kostengünstiges Verfahren der Aufbereitung dar und ist insbesondere für rinderhaltende Betriebe interessant. Durch den Separationsvorgang teilt sich das Ausgangssubstrat in eine flüssige und eine feste Phase auf. Die Mengenanteile sind dabei Abhängig von den Separatoreinstellungen und dem Ausgangsmaterial. So kann eine Abscheidung als feste Phase zwischen 6 – 25 % liegen, durchschnittlich wird jedoch eine Abscheidung bei Rindergülle von ca. 15 % erreicht (ÖAG 2021). Der Separationsprozess führt zu einem deutlich reduzierten Trockensubstanzgehalt der flüssigen Phase, so liegt entsprechend den Projektergebnissen eine Reduktion des Trockensubstanzgehaltes um circa 40 – 47 % gegenüber der Rohgülle vor.

Dies hat zur Folge, dass die Dünngülle wesentlich besser in den Boden infiltriert und so zu geringeren Ammoniakemissionen bei der Ausbringung und einer höheren Nährstoffverfügbarkeit führt. In Abbildung 1 sind Projekt-Ergebnisse aus der Separation von Rindergülle mit Pressschneckenseparatoren aus den Bundesländern Niedersachsen, Nordrhein-Westfalen und Schleswig-Holstein dargestellt. Dabei sind die Mittelwerte und Standardabweichungen aus sieben Stichproben und von drei verschiedenen Betrieben abgebildet. Durch die Separation findet eine Anreicherung von Ges.-N sowie P₂O₅ in der festen Phase statt. In der Dünngülle hingegen wird der Ges.-N-Gehalt und der P₂O₅-Gehalt sowie der TS-Gehalt reduziert (Abbildung 1). Die Dünngülle verbleibt zumeist auf dem Betrieb und kann durch die veränderten Eigenschaften für eine effiziente bodennahe und emissionsarme Düngung, vor allem auf Grünland, genutzt werden. Jedoch stellt sich die Frage wie sich die abseparierten Feststoffe optimal nutzen lassen.

Eine häufig diskutierte Nutzung als Einstreumaterial für Liegeboxen des Milchviehs ist in Niedersachsen nicht rechtskonform und somit nicht erlaubt. Eine etablierte Möglichkeit ist die direkte Nutzung der abseparierten Feststoffe als Dünger. Aus Sicht der Pflanzenernährung sind abseparierte Feststoffe als organische Mehrnährstoffdünger einzuordnen. Dabei enthalten die stapelbaren und transportwürdigeren Feststoffe einen relativ hohen Phosphat- und organischen Kohlenstoffgehalt, so dass diese als ergänzende organische Düngemaßnahme genutzt werden können. Da die Feststoffe zunächst im Boden umgesetzt werden müssen, sind die Nährstoffe erst im späteren Jahresverlauf pflanzenverfügbar, folglich bietet sich eine Düngung zu Hackfrüchten, wie Mais und Zuckerrübe, an. Wichtig ist grundsätzlich eine möglichst kurze und emissionsarme Lagerung sowie eine sofortige Einarbeitung der Feststoffe nach der Düngung, da ansonsten erhebliche Ammoniakverluste auftreten können (Amon et al. 2001; Amon 2006). Hierbei sind sowohl bei der Lagerung als auch bei der Düngung die entsprechenden gesetzlichen Vorgaben einzuhalten. Da separierte Feststoffe weiterhin als organische Wirtschaftsdünger und nicht als Festmist eingeordnet werden, gelten die Vorgaben nach DüV § 6 Abs. 1 und 2 zur Einarbeitung. Generell gilt, dass bei der Lagerung von Feststoffen eine effektive Verminderung der Emissionen durch eine Abdeckung und zusätzliche Verdichtung erreicht werden kann (ÖAG 2021). Allerdings ist dies in der Praxis häufig nur schwer umzusetzen, so dass die Lagerungsdauer möglichst kurz gehalten werden sollte, da der Verlust von Ammoniumstickstoff mit zunehmender Lagerungsdauer stark ansteigt (Ebersteder & Lichti 2016). Des Weiteren ist zu beachten, dass das Erreichen einer guten Verteilgenauigkeit bei der Ausbringung durch die hohen TS-Gehalte technisch sehr anspruchsvoll ist.

Auf Grund der genannten Eigenschaften ist die Verwendung der Feststoffe als Dünger nur in relativ engen Zeiträumen innerhalb eines Jahres möglich und sinnvoll.

Eine Nutzungsmöglichkeit mit ganzjähriger Verwertungsoption bietet die Vergärung der Feststoffe in Biogasanlagen. Hierbei dienen die Feststoffe zunächst der Energiegewinnung bevor die Nährstoffe in Form eines Gärproduktes ausgebracht werden. Ein entscheidender Punkt ist, dass durch die Vergärung von Feststoffen, aber auch flüssigen Wirtschaftsdüngern, Treibhausgasemissionen (vor allem in Form von Methan) eingespart werden, die insbesondere bei der Lagerung von Wirtschaftsdüngern entstehen. Auch können, bei emissionsarmer Ausbringung des Gärproduktes, Ammoniakemissionen vermindert werden. Im Vergleich zu flüssigen Wirtschaftsdüngern weisen separierte Feststoffe durch den geringeren Wassergehalt eine höhere Transportwürdigkeit auf, gleichzeitig ist die Methanausbeute in der Frischmasse wesentlich höher. Der Methanertrag [m³/t FM] verschiedener Ausgangssubstrate ist in Tabelle 1 dargestellt. Es werden Daten und Berechnungen der Bayrischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) und des Kuratoriums für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e.V. (KTBL) mit eigenen Proben und Berechnungen verglichen.

Zu beachten ist, dass die klassische Maissilage Methanerträge von circa 100 m³/t FM erzielt, wohingegen separierte Rindergülle bei etwa 30 m³/t FM liegt. Durch die geringeren Kosten für den Einkauf der Feststoff-Substrate im Vergleich zu traditionellen Substraten wie Maissilage, kann der Einsatz von Feststoffen pflanzliche Substrate teilweise substituieren und eine nachhaltige Alternative darstellen. Das größte Hemmnis dürfte derzeit die lokale Verfügbarkeit sein.

Nach dem Gärprozess ist aus den schlecht verteilbaren Feststoffen wieder ein flüssiger Gärrest geworden, der zum einen präziser und bodennah ausgebracht werden kann und zum anderen verbesserte Düngeeigenschaften aufweist. Die hohen Ammoniumkonzentrationen und ein hoher pH-Wert der Gärreste von 7,5 – 8,5 erhöhen allerdings bei nicht optimaler Ausbringung die Emissionen.

Insgesamt kann eine Separation von Wirtschaftsdüngern dazu führen, dass Nährstoffe mit einer höheren Transportwürdigkeit verbracht werden können und Veredlungsbetriebe einen emissionsarmen und effizienten Dünger, in Form der Dünngülle, erhalten. Die Dünngülle verbleibt auf dem Veredlungsbetrieb, während die Feststoffe für die Energieerzeugung genutzt werden. Außerdem könnten Biogasanlagen mit dem Einsatz separierter Feststoffe von einer Reduktion des Flächenbedarfs profitieren, da weniger pflanzliche Substrate benötigt werden. Allerdings bringt der Einsatz von separierten Feststoffen aus Wirtschaftsdüngern in Biogasanlagen auch Herausforderungen mit sich, wie beispielsweise die lokale Verfügbarkeit.

Um das Ziel der Klimaneutralität bis 2045 zu erreichen, ist eine deutliche Reduktion des Ressourcen- und Energieverbrauchs sowie der Treibhausgasemissionen unumgänglich. Hierbei stellt der Einsatz separierter Feststoffe in Biogasanlagen eine Stellschraube dar, um Emissionen aus der Landwirtschaft zu senken. Daher sollte der Ausbau des Einsatzes von separierten Feststoffen in Biogasanlagen weiter forciert und optimiert werden. Ziel sollte eine einzelbetriebliche Kosten-Nutzen-Analyse sein, um die Auswirkungen aus Sicht der Wirtschaftlichkeit und der Nachhaltigkeit bewerten und anhand dessen die richtigen Entscheidungen für den Betrieb treffen zu können. Es wird notwendig sein Anreizsysteme zu schaffen um den Einsatz in Biogasanlagen zu fördern.

Förderhinweis

Gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.

Projektträger: Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), Förderkennzeichen 2820ABS320.

Erste Tendenzen für die unterschiedlichen Wirksamkeiten der Düngevarianten können sich bereits vor der Ernte abzeichnen. Daher wurde die Pflanzenentwicklung in regelmäßigen Abständen anhand von Drohnenaufnahmen und indirekten Chlorophyllmessungen mit einem N-Tester dokumentiert.

Auf der Versuchsstation der Landwirtschaftskammer Niedersachsen wurde im Frühjahr ein Parzellenversuch im Winterroggen angelegt. Dieser läuft im Rahmen der Projekte MuD SlurryUpgrade und MuD NIRS aus dem Fachbereich Landtechnik, Energie, Bauen, Immissionsschutz in Zusammenarbeit mit der Düngebehörde.

Die Zielsetzung des Versuchs besteht darin, Richtwerte für die Effizienz und somit die Wirksamkeit von unterschiedlichen organischen Düngemitteln zu ermitteln. Außerdem soll geprüft werden, ob Gülle durch eine Bestimmung der Nährstoffgehalte mit NIRS-Technik exakter ausgebracht werden kann.

Weitere Informationen zum Versuchsaufbau sind in Abbildung 2 dargestellt sowie unter: Wie wirksam sind organische Dünger? – Richtwerte ermitteln und Nährstoffeffizienz steigern!

Erste Tendenzen für die unterschiedlichen Wirksamkeiten der Düngevarianten können sich bereits vor der Ernte abzeichnen. Daher wurde die Pflanzenentwicklung in regelmäßigen Abständen anhand von Drohnenaufnahmen und Messungen mit einem N-Tester dokumentiert. Aufgrund der engen Korrelation zwischen der Grünfärbung der Pflanzen und deren Chlorophyllgehalt werden die Messwerte des N-Testers als Chlorophyllgehalte interpretiert und können Aufschluss über die Stickstoffversorgung der Pflanzen geben, da Stickstoff ein Hauptbestandteil von Chlorophyll ist und somit der Blattchlorophyllgehalt, die Photosyntheseleistung und der N-Gehalt in einem engen Zusammenhang stehen.

In Abbildung 1 sind die an den unterschiedlichen Vegetationszeitpunkten erhobenen Drohnenaufnahmen dargestellt. Dabei erfolgte die Ausbringung der unterschiedlichen Düngemittel am 01.03.2023.

Bereits ab der Aufnahme vom 06.04.23 wird der Einfluss der ausgebrachten Stickstoffmenge auf die Pflanzenentwicklung sichtbar. Es ist zu erkennen, dass sowohl stark gedüngte mineralische, organische und mineralische, als auch organische Varianten tendenziell am dunkelsten erscheinen. Außerdem unterscheiden sich die Varianten mit der flüssigen separierten Gülle augenscheinlich nicht von den Rohgüllevarianten. Im Gegensatz dazu heben sich die Varianten mit der festen separierten Gülle und die Nullvariante deutlich von den anderen ab, da die Pflanzen dieser Parzellen wesentlich heller und weniger stark entwickelt sind.

Die zusätzlich dazu mit einem N-Tester erhobenen Blattchlorophyllgehalte sind teilweise in Abbildung 3 dargestellt und bestätigen zunächst, dass eine dunkelgrüne Farbe der Pflanzen in der Regel mit einem hohen Blattchlorophyllgehalt einhergeht.

Zur besseren Veranschaulichung sind in Abbildung 4 die Verläufe der Blattchlorophyllgehalte von 4 charakteristischen Düngevarianten dargestellt.

Zunächst wird deutlich, dass wesentliche Unterschiede zwischen den Düngevarianten bestehen. Dabei weist die mineralische Düngung tendenziell höhere Chlorophyllgehalte auf.

Die Chlorophyllgehalte der Varianten mit separierter flüssiger Gülle liegen zu den späten Zeitpunkten leicht über denen der Rohgüllevariante. Das könnte auf den leicht höheren Ammoniumanteil der flüssigen Phase von ca. 75 Prozent zurückzuführen sein. Im Vergleich dazu liegt dieser Wert bei unseparierter Mastschweinegülle bei ca. 70 Prozent.

Demgegenüber fallen die Chlorophyllgehalte bei der festen Phase deutlich ab. Der Grund dafür könnte in der insgesamt geringeren N-Zufuhr liegen, da einerseits die Ausbringmenge durch die hohen P-Gehalte der festen Phase auf lediglich 60 kg N/ha begrenzt wird. Andererseits weist die feste Phase einen Anteil an Ammonium von lediglich 44 Prozent auf. Über die Hälfte des Stickstoffs der festen Phase liegt somit in organischer Form vor und muss zunächst mineralisiert werden bevor dieser pflanzenverfügbar wird.

Des Weiteren fällt bei der Betrachtung der Verläufe auf, dass die Chlorophyllgehalte bei allen Varianten über die Vegetation tendenziell abnehmen. Der Grund dafür könnte in der Nährstoffverlagerung von der Pflanze ins Korn infolge der beginnenden Abreife liegen.

In Tabelle 1 sind alle weiteren erhobenen Blattchlorophyllgehalte dargestellt.

Wie zu vermuten weist die Nullvariante (keine Düngung) die niedrigsten Chlorophyllgehalte an allen Terminen auf. Des Weiteren zeigt sich, dass eine Erhöhung der N-Zufuhr in der mineralischen N-Düngestaffel mit einem Anstieg der Chlorophyllwerte einhergeht.

Die Varianten "Gülle nach NIRS 120 Ges.-N" und "Gülle 120 Ges.-N" weisen durchgehend ähnliche Chlorophyllgehalte auf. Diese Ergebnisse sind naheliegend, da die mit dem NIRS-Sensor ermittelten Stickstoffgehalte in diesem Fall auf einem ähnlichen Niveau liegen wie bei der unmittelbar vor der Ausbringung durchgeführten Laboranalyse.

Auffallend ist jedoch, dass die Zugabe von 80 kg N in Form von KAS zu „Gülle 120 Ges.-N“ und „flüssige Phase 120 Ges.-N“ keinen deutlichen Anstieg der Blattchlorophyllgehalte mit sich bringt. Bei der Ernte wird sich zeigen, ob die zusätzlichen 80 kg N einen Einfluss auf den Ertrag und die Qualitätsparameter haben.

Da die Düngevariante der separierten festen Phase durchgehend die niedrigsten Chlorophyllgehalte aufweist,  ist nicht verwunderlich, dass die mineralische Zugabe von 80 kg N in diesem Fall zu einer deutlichen Steigerung der Chlorophyllwerte geführt hat.

 

Im Rahmen dieses Versuchs können bislang über die erhobenen Drohnenaufnahmen und Blattchlorophyllgehalte bereits deutlich vor der Ernte erste Tendenzen der Pflanzenentwicklung und damit der Wirksamkeiten der unterschiedlichen Düngevarianten aufgezeigt werden. 

Die hohe Wirksamkeit der mineralischen Düngung zeichnet sich durch dunkelgrüne Pflanzen und hohe Chlorophyllgehalte bereits kurz nach der Ausbringung ab.

Die Varianten mit separierter flüssiger Gülle, unseparierter Gülle und Gülle nach NIRS weisen bislang eine ähnliche Pflanzenentwicklung auf.

Im Vergleich dazu fällt die Variante mit der festen Phase der separierten Gülle deutlich ab, insbesondere wegen der geringeren Ausbringmenge und des geringeren Ammoniumanteils.

Die erhobenen Blattchlorophyllgehalte bestätigen die optischen Eindrücke aus den Drohnenaufnahmen. 

Allerdings kann eine endgültige Bewertung hinsichtlich der Wirksamkeit der unterschiedlichen Düngemittel mit Sicherheit erst nach der Ernte vorgenommen werden.

 

Die Modell- und Demonstrationsvorhaben MuD SlurryUpgrade und MuD NIRS werden von der BLE gefördert und haben die Zielsetzung, praxistaugliche Maßnahmen zur Steigerung der Nährstoffeffizienz von organischen Düngemitteln aufzuzeigen. Dabei liegt der Schwerpunkt in dem MuD SlurryUpgrade auf der Optimierung von Düngeeigenschaften durch die technische Aufbereitung und im MuD NIRS auf der Nährstoffermittlung in Echtzeit bei der Ausbringung.

Auf der Versuchsstation der Landwirtschaftskammer Niedersachsen in Wehnen ist ein Parzellenversuch im Winterroggen angelegt worden. Dieser wird im Rahmen der Projekte MuD SlurryUpgrade und MuD NIRS aus dem Fachbereich Landtechnik, Energie, Bauen, Immissionsschutz in Zusammenarbeit mit der Düngebehörde der LWK Niedersachsen durchgeführt.

Die Zielsetzung des Versuchs besteht darin, Richtwerte für die Effizienz und somit die Wirksamkeit von unterschiedlichen organischen Düngern zu ermitteln. Auf deren Grundlage können organische Düngemittel exakter und bedarfsgerechter eingesetzt werden. Außerdem soll geprüft werden, ob Gülle durch eine Bestimmung der Nährstoffgehalte mit NIRS-Technik exakter ausgebracht werden kann.

Die Basis des Versuchs bildet eine mineralische N-Düngestaffel mit Kalkammonsalpeter, welche von 0 bis 200 Kilogramm Stickstoff pro Hektar reicht (s. Abbildung). Diese maximale Düngemenge ist notwendig, um eine Ertragskurve zu erzeugen und daraus die Mineraldüngeräquivalente der organischen Düngemittel abzuleiten. Dementsprechend sind die hohen Düngemengen keinesfalls als Düngeempfehlung zu verstehen. 

Zusätzlich dazu besteht der Versuch aus organisch gedüngten Varianten, auf denen Mastschweinegülle ausgebracht wurde. In Variante 6 wurden die Nährstoffgehalte der Gülle unmittelbar vor der Ausbringung mit NIRS-Technik gemessen. Das führte dazu, dass in diesem Fall trotz gleichem Düngeziel etwas weniger Gülle pro Hektar als bei den Varianten 7 und 8 ausgebracht wurde. Um den N-Bedarfswert des Roggens zu erreichen, wurde bei Variante 8 eine zusätzliche mineralische Ergänzungsdüngung vorgenommen.

Auf den Varianten 9-12 wurde separierte Mastschweinegülle in flüssiger oder fester Phase ausgebracht. Dafür wurde die Gülle mit einem an der Versuchsstation in Wehnen eingesetzten Pressschneckenseparator aufbereitet. Der Phosphorbedarf der festen Phase war bei 60 Kilogramm Stickstoff pro Hektar erreicht.

Um den gesamten Stickstoffbedarf zu decken und dadurch praxisüblich zu düngen, wurde in den Varianten 10 und 12 ebenfalls eine mineralische Ergänzungsdüngung vorgenommen. Im Gegensatz dazu soll durch die organisch gedüngten Varianten der ausschließliche Effekt der organischen Düngung auf das Pflanzenwachstum und die Ertragsbildung ermittelt werden. 

Bei der späteren Beerntung der Versuchsfläche lässt sich die Nährstoffeffizienz der unterschiedlichen Düngevarianten feststellen. In diesem Zuge können Richtwerte für die Mindestwirksamkeiten der unterschiedlichen Phasen Mastschweinegülle ermittelt werden. Neben der Betrachtung der Ertrags- und Qualitätsbildung werden die Auswirkungen auf die N-Dynamik im Boden untersucht. Dafür werden die N_min-Gehalte im Boden nach der Ernte sowie im Herbst zu Beginn der Sickerwasserperiode erfasst. Außerdem laufen begleitende N_min-Untersuchungen über die gesamte Vegetationsperiode.

Für den Schutz des Grundwassers ist eine möglichst genaue Kenntnis der Wirksamkeit organischer N-Dünger sowie ihrer Nachlieferung wichtig. Dadurch kann eine Überschätzung des N-Düngebedarfs vermieden und auswaschungsgefährdete Reststickstoffgehalte im Boden im Herbst reduziert werden. Dementsprechend tragen die effiziente Nutzung organischer Dünger und die Kenntnis ihrer Wirkung wesentlich dazu bei, Nitrateinträge ins Grundwasser zu minimieren.

Die Modell- und Demonstrationsvorhaben MuD SlurryUpgrade und MuD NIRS werden von der BLE gefördert und haben die Zielsetzung, praxistaugliche Maßnahmen zur Steigerung der Nährstoffeffizienz von organischen Düngemitteln aufzuzeigen. Dabei liegt der Schwerpunkt von MuD SlurryUpgrade in der Optimierung von Düngeeigenschaften durch die technische Aufbereitung und der von MuD NIRS in der Nährstoffermittlung in Echtzeit bei der Ausbringung.