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Projektdaten

Forschungsfrage / Projektgegenstand:

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.

Projektbezeichnung:Regionale Kreislaufwirtschaft zur lokalen Wiederverwendung von Klärschlamm und Biomasse mit der Option der CO2 Bilanzierung
Projektnummer:
Förderkennzeichen: 033L241A
Projektleitung:

Prof. Dr. Uta Breuer

Mitarbeitende*r:

Projektkoordinatorin und technische Weiterentwicklung:

Dr.-Ing. Anja Schreiber

Kommunale Querschnittsthemen:

Prof. Dr. Elmar Hinz

Laufzeit:07/2021 – 06/2024
Projektpartner*innen:

u.a. Thüringer Innovationszentrum für Wertstoffe (THiWert) im Fachbereich Ingenieurwissenschaft der Hochschule Nordhausen

Fördersumme:
Drittmittelgeber*innen:

Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in der Programmfamilie Innovation & Strukturwandel

Kurzfassung des Vorhabens

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

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.

Zur Pressemitteilung “Meilenstein…”

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
Eine Wissenschaftlerin im weißen Hemd zeigt auf eine Leinwand, auf welche eine Präsentation zum Thema "Pilot-Pyrolyseanlage" projiziert wird.
CarboMass bei der 3. Biokönomie-Werkstatt Sachsen

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.

Den gesamten Artikel des BMBF finden Sie hier …

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.

Indische Studierende bei der Durchführung von biologischen Tests an Klärschlammpyrolysaten
Biologische Tests an Klärschlammpyrolysaten

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.

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.

Sabina Skambraks bei der Probenahme von Klärschlammpyrolysaten
Probenahme Pyrolysate

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.

PYREKA-Laborpyrolyseanlage - Blick in den geöffneten Raum
PYREKA-Laborpyrolyseanlage
Materialaufgabe - ein junger Mann trägt eine weiße FFP2-Maske und füllt schwarzes Granulat in einen Trichter
Materialaufgabe

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“.

Zur Pressemitteilung “Kick-off…”

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.

GR_CarboMass

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.