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Regionale Kreislaufwirtschaft zur lokalen Wiederverwendung von Klärschlamm und Biomasse mit der Option der CO2 Bilanzierung (CarboMass)
Das Verbundvorhaben CarboMass will eine Optimierung im Bereich der technischen Weiterentwicklung und des Ausbaus der interkommunalen Zusammenarbeit bei der Klärschlammaufbereitung erreichen. Der innovative Ansatz der technischen Weiterentwicklung bezieht sich auf eine regionale Klärschlamm- und Restbiomasseverwertung zum neuartigen Bodenersatzstoff „CarboMass“, der anschließend für die Rekultivierung von Rückstandshalden eingesetzt werden kann. Durch das CarboMass-Verfahren, kann der CO2-Ausstoß reduziert, Phosphor gebunden und der neue Bodenersatzstoff ohne weitere Aufbereitungsverfahren direkt eingesetzt werden.
Zusammen mit kommunalen Partnern aus zwei Regionen der Bundesländer Thüringen und Sachsen-Anhalt werden die Potenziale kommunaler Prozesse für eine Kreislaufwirtschaft im Bereich Abwasser/ Klärschlammstoffstrom unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Strukturen von Kommunen und ihren öffentlichen Einrichtungen analysiert und strategische Optimierungsvorschläge erarbeitet. Optimierungsziel ist die Verbesserung der regionalen Wasserqualität bei einer Weiterentwicklung der gewachsenen Strukturen. Eine Stärkung der regionalen Zusammenarbeit soll ohne Neugründung von öffentlichen Unternehmen und in Zusammenarbeit mit privaten Akteuren erreicht werden. Inhaltlich steht in diesem Querschnittsthema die bedarfsgerechte und zukunftsorientierte öffentliche Aufgabenwahrnehmung im Fokus: regionales und nachhaltiges Wirtschaften in Kreisläufen kann mehr Ressourceneffizienz und Impulse zur ökonomischen Entwicklung der Region Südharz bewirken.
Projekt-News
Meilenstein im innovativen Forschungsprojekt #CarboMass erreicht: Kann eine regionale und kreislauffähige Lösung zur Wiederverwertung von Klärschlamm gefunden werden?
01.08.2023
Sechs Wissenschafts- und Praxispartner widmen sich seit zwei Jahren der Fragestellung, ob ein Gemisch aus pyrolysiertem Klärschlamm und Biomasse eine nachhaltige Alternative zur Monoverbrennung regionaler Klärschlämme darstellen kann. Neben der ingenieurwissenschaftlichen Forschung werden die praxisnahen Problematiken sowie kommunalen Querschnittsthemen aus verwaltungswissenschaftlicher Perspektive untersucht.
CarboMass bei der 3. Bioökonomie-Werkstatt Sachsen
24.05.2023
Der Verbund stellt den aktuellen Projektstand bei der 3, Bioökonomie-Werkstatt Sachsen in Markranstädt vor. Ausrichter waren die Veolia Klärschlammverwertung GmbH und das Deutsche Biomasseforschungszentrum. Im Fokus der Veranstaltung standen die Themen Kreislaufwirtschaft und Nährstoffrecycling mit ihren Schnittstellen in die Bioökonomie. Ziel des Workshops ist es den Wissenstransfer der Kreislaufwirtschaft zwischen Forschungseinrichtungen, Hochschulen und Industrie zu unterstützen.
In Rahmen der Veranstaltung Bioökonomie-Werkstatt Sachsen wurde am 24.05.2023 in einem Impulsvortrag durch Frau Prof. Uta Breuer (Projektleitung) das Verbundprojekt „CarboMass“ vorgestellt. In den anschließenden Workshops, die sich in vier verschiedene Themengebiete aufteilten – Rohstoffe, Nährstoffrecycling, biobasierte Kunststoffe, fachübergreifende Thematik, wie Transfer – konnte die Gelegenheit zum intensiven Erfahrungsaustausch, sowie zur Diskussion genutzt werden. Als Beispiel ist hier bei allen Themen die engere Zusammenarbeit zwischen Politik und Forschung ein immer wiederkehrender Punkt gewesen. Hier ist auch die Frage „Klärschlamm, u.a. biologische Reststoffe – Abfall oder nicht“ zu erwähnen, bei der es um die Überprüfung der bestehenden Gesetzmäßigkeiten ging. In angeregten Diskussionsrunden fanden sich Vertreter von Ministerien, Wissenschaftler und Mitarbeiter aus verschiedenen Betrieben zusammen. Es wurde offen über unterschiedliche Meinungen diskutiert, Kontakte ausgetauscht und neue Netzwerke geknüpft.
Als Fazit kann gesagt werden, dass eine weitere Teilnahme in diesem Kreis auch für weitere Forschungsprojekte interessant ist, da sich der Austausch untereinander nicht nur auf Ergebnisse und Vorgehensweisen beschränkte, sondern auch Probleme und Hemmnisse offen kommuniziert wurden.
Ausrichter der Veranstaltung:
Veolia Klärschlammverwertung GmbH, Markranstädt
Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH, Leipzig
Neue Böden aus Klärschlamm und Biomasse
10.02.2022
Das Thüringer Forschungsprojekt „CarboMass“ treibt den Wandel der Abfallwirtschaft zur Wertstoffwirtschaft voran. Die Beteiligten entwickeln eine Anlage, in der aus Biomasse und Klärschlamm ein Bodenersatzstoff entsteht.
Studierende prüfen die Wirkung von Biokohle aus Klärschlamm mittels biologischen Testverfahren
26.11.2021
Seit Beginn des Wintersemesters 2021/22 unterstützen im Rahmen des Seminars „Sientiffic project“ fünf indische Studierende aus dem Masterstudiengang Renewable Energy Systems das Projekt CarboMass. Die Studierenden untersuchen in ihrer wissenschaftlichen Arbeit die Wirkung der Klärschlammbiokohle auf die Keimungsrate und das Wachstum von Kresse. Mit dem Test soll belegt werden, dass die im Verbundprojekt CarboMass hergestellte Pyrolysekohle weder eine signifikante Reduktion der Keimungsrate noch eine Reduktion des Pflanzenfrischgewichts bewirkt. Ob die in der Literatur für manche Pyrolysekohlen angegebene anregende Wirkung der leichter flüchtigen Pyrolyse-Kondensate auf die Keimung auch auf diese Pyrolysekohle zutrifft, ist ebenfalls Bestandteil der Untersuchungen.
Verbundpartner treffen sich zum fachlichen Austausch
20.10.2021
Am 20.10.2021 kamen im Landratsamt Nordhausen die sechs Partner des Verbundvorhabens „Regionale Kreislaufwirtschaft zur lokalen Wiederverwendung von Klärschlamm und Biomasse mit der Option der CO2 Bilanzierung (CarboMass)“ zum fachlichen Austausch zusammen. Unter Leitung von Prof. Breuer wurde über die örtlichen Gegebenheiten und die technischen Details, der in Bleicherode beim Verbundpartner Kläranlage Wipperaue zu errichtenden Pilotpyrolyseanlage, diskutiert. Hier sollen ab der zweiten Hälfte des nächsten Jahres in Teilmengen die Klärschlämme der Kläranlage Sangerhausen (Wasserverband Südharz) und der Kläranlage Wipperaue (Abwasserzweckverband Bode Wipper) zu Biokohle verarbeitet und zum Produkt „CarboMass“ veredelt werden. Aktuell finden dazu Voruntersuchungen im Labormaßstab an der Hochschule Nordhausen statt. Neben den technischen Fragestellungen rund um „CarboMass“ spielt für einen ganzheitlichen Ansatz auch die Betrachtung der kommunalen Querschnittsthemen eine zentrale Rolle. Hierzu zählen vor allem Aspekte der Ressourceneffizienz, die sich z.B. in der Anpassung der Gebührenkalkulation, Berechnung der Investitionskosten für Anlagen, die Wahl des Verfahrens und den rechtlichen Rahmenbedingungen widerspiegeln. In diesem Zusammenhang stellte das Team um Prof. Hinz (IMPG - Institut für Public Management und Governance) das Vorgehen, bei der in den nächsten Monaten stattfindenden Betrachtung von Wirkungsmodellen, vor. Dabei geht es vorrangig um die Erfassung des Potentials der Region und der vorhandenen Stellschrauben.
Bachelorarbeit begleitet das Verbundvorhaben CarboMass
07.10.2021
Mit Sabina Skambraks konnte eine weitere Mitarbeiterin für das Projekt CarboMass gewonnen werden. Frau Skambraks forscht im Rahmen ihrer Bachelorarbeit zum Thema „Phytotechnische Untersuchungen zur Eignung von CarboMass als Bodensubstrat zur Rekultivierung von Kalihalden“ an der richtigen Zusammensetzung des Produkts „CarboMass“. Hier gilt es neben den bodenphysikalischen Eigenschaften auch die Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum zu bestimmen.
Parallel zur Bachelorarbeit ist Frau Skambraks mit Oktober 2021 bereits vor Abschluss ihres URT-Studiums, als Mitarbeiterin beim Verbundpartner Landkreis Nordhausen eingestellt und begleitet das Vorhaben auf kommunaler Ebene.
Beginn der Pyrolyse von kommunalen Klärschlämmen mit der PYREKA-Laboranlage
05.10.2021
Die neue Laborpyrolyse PYREKA P9053 mit einer Produktionsleistung von 2 kg/h der Firma Pyrec GmbH ist da. Jetzt starten die ersten Untersuchungen zur Pyrolyse von Klärschlämmen im Projekt CarboMass. Pyrolysiert und wissenschaftlich betrachtet werden im Vorhaben die Klärschlämme der beiden Projektpartner Wasserverband Südharz und Abwasserzweckverband Bode Wipper.
Kick-off zum Verbundvorhaben „CarboMass“
22.07.2021
Das Förderprogramm „REGION.innovativ“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unterstützt regionale Bündnisse, sich neuen Forschungs- und Innovationsthemen zu widmen und mit neuen Partnern zusammenzuarbeiten. Mit dabei ist das von der HSN neu eingeworbene dreijährige Forschungsvorhaben „CarboMass – Regionale Kreislaufwirtschaft zur lokalen Wiederverwendung von Klärschlamm und Biomasse mit optimierter CO2-Bilanzierung“.
Projektzusammenhänge im Graphic Recording
Sichtbar machen, was nicht gleich sichtbar ist, das ist das Ziel der Kombination von Bild und Text. Oftmals lassen sich komplexe Aufgaben und Kernaussagen nur schwer in wenigen Worten vermitteln. Mithilfe der visuellen Darstellung und der Präzision des Wortes lässt sich das Projekt CarboMass effektiv und einfach erfassen.
Erläuterungen zum Graphic Recording
Ausgangspunkt für die Betrachtung des Kreislaufs ist das Grundwasser. Das aus diesem gewonnene und aufbereitete Trinkwasser wird den privaten Haushalten und Unternehmen zur Verfügung gestellt. Das verbrauchte Wasser (und der Niederschlag) gelangt durch Rohre in Abwasserkanäle, die auf unterschiedlichen Wegen in die Kläranlagen führen. Dort wird im Rahmen des Klärprozesses das Wassers gereinigt und in natürliches Gewässer zurückgeführt. Im Klärprozess fällt neben dem bereinigten Wasser auch Klärschlamm an, der über verschiedene Wege entsorgt werden kann. Zu den klassischen Entsorgungswegen gehören die Verbrennung des Klärschlamms und die Ausbringung des Klärschlamms auf Felder. Durch die Feldausfuhr wird das Grundwasser allerdings stark durch Stickstoff belastet, weshalb die Verwertung des Klärschlamms als Düngemittel im landwirtschaftlichen Kontext ab 2029 bzw. 2032 weitestgehend nicht mehr gestattet ist. Die Alternative, den Klärschlamm in (Mono-)Verbrennungsanlagen zu verbrennen sorgt jedoch für einen hohen CO2-Ausstoß und widerspricht damit deutlich den Klimazielen.
CarboMass stellt als innovativer Forschungsansatz eine Alternative zu diesen klassischen Entsorgungswegen für Kläranlagenbetreibende dar. Gleichzeitig haben Betreibende von Kalihalden das Problem, die Abdeckung ihrer Kalihalden so vorzunehmen, dass durch Niederschlag entstehendes (salzhaltiges) Sickerwasser nicht unaufhaltsam zurück ins Grundwasser gelangt. Im Rahmen des Projekts wird eine Lösung für beide Problematiken angestrebt: Zum einen wird der anfallende Klärschlamm innerhalb einer Pyrolyseanlage aufbereitet, wobei Phosphor und CO2 gebunden werden. Das dabei entstehende Carbonisat wird anschließend mit Kompost vermischt, sodass der neuartige Bodenersatzstoff „CarboMass“ entsteht. Zum anderen kann dieser zur Rekultivierung von Bergbaufolgelandschaften wie Kalihalden als Abdeckungsmaterial eingesetzt und so der Austrag von Schadstoffen durch das Haldensickerwasser reduziert werden, was sich insgesamt positiv auf die Grundwasserqualität sowie die CO2-Bilanz auswirkt.
Dabei stehen neben der technischen Entwicklung auch kommunale Querschnittsthemen, wie die Schaffung bzw. der Ausbau von interkommunalen Zusammenarbeiten, die Auseinandersetzung mit Gebührensatzungen sowie weitere ökonomische und rechtliche Rahmenbedingungen im Fokus des Projekts.
Projektstruktur
AP1 - Querschnittsthemen
Im Rahmen der kommunalen Querschnittsthemen wird, hinsichtlich ökonomischer und rechtlicher Rahmenbedingungen, ein managementorientiertes Wirkungsmodell erarbeitet. Durch gezielte Betrachtungen der regionalen Ausgangsbedingungen in Zusammenarbeit mit den Partnern wird dieses kontinuierlich weiterentwickelt und ein nachhaltiges und wirksames Geschäftsmodell erarbeitet, welches die Region innerhalb der Klärschlamm- und Biomassen-Verwertung langfristig stärkt und den Wissenstransfer aus der Region heraus ermöglicht.
AP2 - Versuche im Labormaßstab, Klärung rechtlicher Rahmenbedingungen
Neben der Entwicklung einer technischen Handlungsempfehlung zur Herstellung des Produkts CarboMass erfolgen erste Anwendungstests durch Pflanzversuche mit dem neuen Bodenersatzstoff.
AP3 - Planung, Aufbau und Inbetriebnahme einer Pilotanlage
Nach Planung, Bau und Inbetriebnahme der Pyrolyseanlage im Pilotmaßstab werden die bisher im Labormaßstab erhaltenen Ergebnisse übertragen. Zusätzlich erfolgen erst Feldversuche mit dem Produkt CarboMass auf der Haldenanlage in Sollstedt.
AP4 - Ergebnisverwertung, Übertragbarkeitskonzept, Fixierung einer regionalen Lösung
Das Arbeitspaket beinhaltet die Konzeptionierung eines nachhaltigen regionalen Kreislaufkonzeptes für CarboMass sowohl aus technischer als auch aus Sicht der kommunalen Prozesse.
Verbundpartner
IMM Sollstedt GmbH
Die Firma IMM Industrieabbrüche und Metallrecycling Menteroda GmbH & Co. KG, Sollstedt, in der Region zwischen Südharz und Kyffhäuser (Thüringen), ist ein zertifizierter Entsorgungsfachbetrieb für umwelttechnologische Dienstleistungen. Ein Schwerpunkt der Tätigkeit ist das Recycling von Metall, Wertstoffen und sonstigen zu entsorgenden Materialien. Ausgehend vom Standort hat sich die Firma IMM mit Übernahme einer Rückstandshalde des Kalibergbaus in Sollstedt im Jahr 1991 auf deren Sicherung und Rekultivierung spezialisiert.
Ansprechpartner:
Werner Bierwisch
Tel.: +49 160 2626018
E-Mail: Werner.bierwischweb.de
Landgemeinde und Stadt Bleicherode
Die Landgemeinde Stadt Bleicherode, welche als größte Landgemeinde Thüringens und zweitgrößte Kommune des Landkreises Nordhausen 14 Ortschaften umfasst, wurde 2019 gegründet und beheimatet 10.000 Einwohner. Geprägt durch den Bergbau (insbesondere den Kaliabbau), wie bspw. das zur Zeit der DDR zum Kombinat Kali gehörige Kaliwerk Bleicherode, ist die Landgemeinde bemüht stetig Lösungsansätze für die mit der Bergbaufolgelandschaft auftretenden Herausforderungen aus ökologischer und ökonomischer Sicht zu erarbeiten und umzusetzen.
Im Rahmen des Verbundprojektes CarboMass, bietet sich der Landgemeinde Stadt Bleicherode als Verbundpartner des Projektes hierbei die Chance, an aktuellen und innovativen Forschungsansätzen mitzuarbeiten und zu partizipieren. CarboMass kann als Haldenabdeckung auf den Resthalden der Gemeinde erprobt und evaluiert werden. Somit könnte die Auswaschung der löslichen Bestandteile des aufgehaltenen Abraums reduziert und somit eine Verbesserung von Boden und Grundwasser erzielt werden. Neben den ökologischen Vorteilen kann die Haldenabdeckung auch eine Steigerung der landschaftlichen Attraktivität bedeuten, welche indirekt die regionale Wertschöpfung steigert und somit einen ökonomischen Mehrwert liefert und eine Stärkung der strukturschwachen Region bedeutet.
Ansprechpartner:
Frank Rostek
Tel.: +49 (0) 3633 835 312
E-Mail: buergermeisterbleicherode.de
Landkreis Nordhausen
Der Landkreis Nordhausen (Thüringen) und das Mansfelder Land (Sachsen-Anhalt) bilden eine Region am Südharz, die durch eine 100-jährige intensive Bergbautätigkeit gekennzeichnet ist. Kalisalz, Gips, Kupfervorkommen und deren Abbau prägten die Region vormals wirtschaftlich und heute in ihrem Landschaftsbild. Der Landkreis, welcher 15 Gemeinden umfasst, ist der nördlichste Landkreis Thüringens. Auf einer Fläche von 713,9 km² leben etwa 83.500 Einwohnern. Die ländliche Region, verzeichnete zwischen 1994 und 2019 einen Rückgang der Einwohnerzahlen von etwa 19 %. Als Verbundpartner des Projektes CarboMass ermöglicht es dem Landkreis Nordhausen Lösungsansätze für die allgegenwärtige Bergbaufolgelandschaft zu generieren und zu erproben.
Über Lösungen bzgl. der ökologischen Belastung der Region durch die Resthalden hinaus, sind auch Ansätze zur Steigerung der regionalen Attraktivität von Bedeutung. Das im Rahmen des Projektes angestrebte Produkt CarboMass kann Schlüssel für die aufgeführten Punkte im Landkreis darstellen und einen Beitrag zur Stärkung der strukturschwachen Region leisten. Der Landkreis engagiert sich im Verbund u.a. durch die Erhebung von Voraussetzungen hinsichtlich möglicher Kooperationen in der Wasser- und Abwasserwirtschaft.
Ansprechpartner:
Dipl.-Min. Susanne Fruth
Tel.: +49 (0) 3631 911 62 01
E-Mail: sfruthlrandh.thueringen.de
Abwasserzweckverband Bode Wipper
Der AWZV Bode-Wipper erfüllt als gesetzliche Aufgabe nach der Thüringer Kommunalordnung die Abwasserbeseitigungspflicht für 15 Mitgliedsgemeinden. Dabei werden z.Zt. bis zu 50.000 Einwohnerwerte entsorgt (Einwohner und Gewerbe). Der bestimmende Abwasseranfall resultiert aus gewerblichen Einleitungen.
Der überwiegende Teil der Mitgliedgemeinden ist zentral an Verbandskläranlagen angeschlossen. In der ländlichen Struktur nutzen viele Grundstücke aber auch Kleinkläranlagen zur Vorreinigung des anfallenden Abwassers und entwässern entweder direkt oder über Teilortskanalisationen in die Vorfluter. Ausgehend von diesem Einzelfall sollen also die technischen und kommunalen Voraussetzungen einer innovativen Lösung zur Klärschlammverwertung erprobt werden.
Ansprechpartner:
Dr. Frank Biermann
Tel.: +49 (0) 36338 4562 42
E-Mail: biermannabwasser-bleicherode.de
Wasserverband Südharz
Der Wasserverband Südharz ist eine im Interesse der Bürger der Mitgliedskommunen und Gemeinden des Landkreises Mansfeld-Südharz in Sachsen-Anhalt handelnde Körperschaft des öffentlichen Rechts. Der Verband besteht aus einem Zusammenschluss von sechs Städten und Gemeinden und versorgt rund 55.000 Einwohner.
Der Wasserverband ist gleichermaßen für die Versorgung mit Trink- und Brauchwasser zuständig, ihm obliegt zudem auch die aufwendige Schmutzwasserentsorgung. Die dabei anfallenden Klärschlämme werden derzeit kostenintensiv und CO2 belastetet überregional durch täglichen LKW Transport verbracht. Die Entwicklung neuer, regionaler und übertragbarer Lösungsansätze könnten einen großen Nutzen aufweisen. Die Voraussetzung einer Skalierung der entwickelten Lösung(en) werden zusammen mit dem Verband geprüft.
Ansprechpartnerin:
Dr. Jutta Parnieske-Pasterkamp
Tel.: +49 (0) 3464 277 192 01
E-Mail: parnieske-pasterkampwasser-suedharz.de
Hochschule Nordhausen
Das Vorhaben wird interdisziplinär über das Thüringer Innovationszentrum für Wertstoffe (ThIWert) und das Institut für Public Management und Governance (IPMG) bearbeitet.
Das ThIWert bedient den Forschungsschwerpunkt „GreenTech“ der Hochschule Nordhausen. Darunter sind interdisziplinäre und anwendungsorientierte Projekte der Ingenieurwissenschaften zusammengefasst, die verstärkt Aspekte der Ressourcen- und Energieeffizienz, des Einsatzes erneuerbarer Energien und intelligenter Vernetzungen bearbeiten. Als übergeordnete Zielstellungen sind die Schonung primärer Rohstoffe durch Recycling / Urban Mining sowie ökologisch vertretbare Technologien zur Energieerzeugung, -nutzung und -speicherung zu nennen. Hier sollen Lösungen für aktuelle Entsorgungsprobleme gefunden und neue Recycling- und Entsorgungskonzepte entwickelt werden, um so einen Mehrwert für die Umwelt, die Menschen und die Unternehmen der Region zu schaffen.
Ansprechpartnerin:
Prof. Dr. Uta Breuer
Tel.: +49 (0) 3631 420 708
E-Mail: uta.breuerhs-nordhausen.de
Das IPMG ist eine wissenschaftliche Einrichtung des Fachbereichs Wirtschafts- und Sozialwissenschaften der Hochschule Nordhausen. In der Region unterstützt das Institut bundesländerübergreifend Gebietskörperschaften und ihre öffentlichen Unternehmen bei der Bewältigung aktueller Herausforderungen. Die Gestaltung bzw. Aufrechterhaltung öffentlicher Aufgaben sind Ausgangspunkt unseres Forschungs- und Arbeitsprogramms: Entscheiden in Kommunen – Herausforderungen besser bewältigen. Rechtlich gegebene Handlungsspielräume für Politik und Verwaltung sind dabei nicht immer leicht zu identifizieren: räumliche, wirtschaftliche und demografische Entwicklungen setzen Grenzen; die Haushalts- und Finanzlage sind nur teilweise selbst beeinflussbar. So haben etwa die demografische Entwicklung oder der digitale Wandel deutliche Folgen für die öffentliche Aufgabenerfüllung.
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Elmar Hinz
Tel.: +49 (0) 3631 420 547
E-Mail: elmar.hinzhs-nordhausen.de
Assoziierte Partner
Ein zentrales Ziel des Projektes CarboMass ist die Verbreitung der interdisziplinären Ergebnisse und die Skalierung der entwickelten Lösung. Nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf, wenn Sie uns dabei unterstützen wollen!