Gärreste stellen einen wesentlichen Abfallstrom dar, der (gemischt mit strukturreichen Abfällen) kompostiert werden kann und als Kompost gemäß der österreichischen Kompostverordnung Produktstatus erreicht. Gärreste erhöhen den Nährstoffgehalt im Kompost, ein erheblicher Anteil der organischen Ursprungssubstanzen wird durch den Rotteprozess in stabile Huminstoffe umgewandelt.
Beim Inputmaterial in Biogasanlagen handelt es sich jedoch oft um Lebensmittelabfälle, die stark mit Lebensmittelverpackungsrückständen verunreinigt sein können. Kunststoffe stellen eine inerte Verunreinigung des Bioabfalls dar, die zu Problemen bei der Verwertung führen kann. „Große“ Kunststoffteile werden bei der Abfallbehandlung zu Mikrokunststoffen fragmentiert, die nicht mehr aus Gärresten bzw. Komposten entfernt werden können. Dieses Mikroplastik kann über die Anwendung der Komposte oder Gärreste in der Landwirtschaft die Böden über lange Zeiträume kontaminieren, und sogar in die Nahrungskette und ins Grundwasser gelangen.
In der gegenständlichen Studie wurden Masse und Art von Makro- und Mikroplastik > 2 mm in Gärresten aus einer kommunalen Biogasanlage untersucht. Dazu wurden über ein Jahr in Zweimonatsintervallen Gärrestproben entnommen und auf Ballaststoffe, Schwermetall‑, Salz- und Nährstoffgehalte untersucht. Die häufigsten Polymere, die in den Gärresten gefunden wurden, waren Polyolefine, einschließlich der anderen häufig vorkommenden Kunststoffarten, woraus geschlossen werden kann, dass deren Quellen gängige Verpackungsmaterialien sind.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass kommunale Gärreste vor allem aufgrund der Verunreinigung mit Kunststoffen die Qualität bzw. Anwendbarkeit der daraus hergestellten Komposte stark beeinträchtigen. Schwermetall- und Salzgehalte hingegen lassen einen Anteil von mindestens 40 % (m/m) an der Rotteinputmischung zur Herstellung der Kompostqualitätsklasse A zu.
Hinweise
Hinweis des Verlags
Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
1 Einleitung
Gärrückstände stellen einen wichtigen biogenen Reststoffstrom dar, der aufgrund seines hohen Nährstoffgehalts als Dünger in der Landwirtschaft dienen kann (Nkoa 2014). In Österreich wurden 2020 ca. 499.000 t biogene Abfälle in Biogasanlagen behandelt und die dabei entstandenen Gärrückstände auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht (BAWP 2023). Die feste Fraktion aus einer eventuell stattfindenden Gärrückstandseparierung (für diese Fraktion wird im Folgenden der Begriff Gärrest verwendet) wurde kompostiert oder thermisch verwertet. In der EU werden bislang nur ca. 5 % der Gärrückstände recycliert (Wainaina et al. 2020). Gesamt betrachtet weist das europaweite Gärrückstandsaufkommen allerdings noch ein hohes ungenutztes Potenzial auf, um mineralische Dünger zu substituieren (Paes et al. 2019) und kann bei adäquater Behandlung auch Treibhausgase einsparen (Mayer et al. 2019). Um Gärrückstände zu stabilisieren, können diese auch kompostiert werden, wobei die Nährstoffe dabei größtenteils erhalten bleiben (Drennan and DiStefano 2010). Während der Kompostierung können erhebliche Anteile der organischen Masse in stabile Huminstoffe umgewandelt werden.
In der Praxis sind häufig Küchen- und Speiseabfälle aus der kommunalen und gewerblichen Sammlung für die Vergärung vorgesehen, da diese durch ihre hohen tierischen Anteile ein hohes Biogaspotenzial aufweisen. Vor allem bei der Entsorgung von Küchenabfällen kommt es jedoch häufig zu Fehlwürfen von Lebensmittelverpackungen und folglich zur Kontamination des Gärrests mit Kunststoffen, wie eine Studie aus Shanghai (China) gezeigt hat (Yang et al. 2022). Küchen- und Speiseabfälle können aufgrund der Würzung auch einen hohen Salzgehalt aufweisen, der eine pflanzenhemmende Wirkung aufweisen kann. Deshalb sieht die österreichische Kompostverordnung u. a. Grenzwerte für Leitfähigkeit, Schwermetalle- und Ballaststoffe vor, die die Qualitätsklasse und folglich die Anwendung des Komposts einschränken (BGBl. II Nr. 292/2001 2001). Zu den regulierten Schwermetallen zählen Cadmium, Chrom, Quecksilber, Nickel, Blei, Kupfer und Zink. Daneben werden auch der Salzgehalt (über die Leitfähigkeit) und die Ballaststoffe Glas, Kunststoff und Eisen- sowie Nichteisenmetalle einzeln, sowie als Summenparameter untersucht. Für die Ballaststoffe wurden größenabhängige Grenzwerte definiert (für Objekte > 20 mm und > 2 mm).
Anzeige
Die Kompostierung von Gärresten hat auch legistische Vorteile, da Gärreste ein erlaubtes Inputmaterial für die Kompostierung darstellen und daraus hergestellte Komposte das Abfallende erreichen können (BGBl. II Nr. 292/2001 2001). Dadurch gehört die Kompostierung zu den stofflichen Recyclingarten für biogene Abfälle; somit können die Recyclingraten durch die Kompostierung von Gärresten gesteigert werden. Um eine effiziente und wirtschaftliche Verwertung der Gärreste durch Kompostierung gewährleisten zu können ist es allerdings wichtig, die Qualitätsklassen der Komposte durch die Gärrestzugabe nicht zu verschlechtern. Wenn Gärreste in der Kompostierung eingesetzt werden, sollte vorab deren Schadstoffbelastung geprüft werden. Aus den Schadstoffgehalten der anderen eingesetzten Abfälle, deren Anteil an der Rotteausgangsmischung und einem angenommenen Rotteverlust kann die zu erwartende Kompostqualität abgeschätzt werden. Nach österreichischer Kompostverordnung, (BGBl. II Nr. 292/2001 2001) dürfen prinzipiell nur in Anlage 1 aufgelistete Abfälle kompostiert werden, wenn die Schadstoffgehalte der Inputmaterialien maximal 50 % der Schwermetallgrenzwerte erreichen (es wird also ein Rotteverlust von bis zu 50 % angenommen). Gärrückstände weisen wegen des hohen Wassergehalts eine schlechte Energieausbeute bei der thermischen Verwertung auf und enthalten wertvolle Nährstoffe, wie z. B. Stickstoff- und Phosphorverbindungen (Lampert et al. 2014). Durch die Kompostierung von Gärresten würde sich somit eine Reihe von Vorteilen für die Abfallwirtschaft ergeben: i) Die Entfernung einer Abfallfraktion mit schlechtem Brennwert aus der thermischen Verwertung, ii) Zuführung zusätzlicher Nährstoffe in den Kompost sowie iii) die Zurechnung zur stofflichen Verwertung (3. Ebene der Maßnahmenhierarchie).
In der vorliegenden Studie wurden Gärreste aus einer anaeroben Abfallbehandlungsanlage über ein Jahr in zwei Monatsintervallen auf den Schwermetall‑, Salz- und Ballaststoffgehalt untersucht. Die aus den Analysen gewonnenen Werte wurden in ein Modell eingespielt, um die maximale mögliche Menge an Gärresten zu ermitteln, die für die Herstellung von Komposten der Qualitätsklasse A+ zugemischt werden darf. Die Studie dient auch dazu, um jene Störstoffe zu identifizieren, die qualitätsmindernd wirken. Damit können Maßnahmen zu deren Reduktion abgeleitet werden.
2 Material und Methoden
Die Gärrestproben wurden aus einer mesophilen Biogasanlage (37 °C) entnommen, die ca. 22.000 t a−1 an Küchen- und Speiseabfälle behandelt. Zu sechs Probenahmezeitpunkten (Oktober, Dezember 2021 sowie Februar, April, Juni und August 2022) wurden jeweils drei bereits entwässerte Einzelproben mit einem Einzelvolumen von ca. 10 l entnommen. Die Untersuchung der grenzwert- und nicht grenzwertrelevanten Parameter wurde soweit anwendbar gemäß den Analysenmethoden der Kompostverordnung (BGBl. II Nr. 292/2001 2001) bzw. ÖNORM S 2023 (2023) durchgeführt. Für die Ballaststoffanalysen wurden aus den Originalproben entnommene Teilproben verwendet. Für die Analysen von Schwermetallen und Leitfähigkeit wurden Teilproben luftgetrocknet und mittels Scheibenschwingmühle (RETSCH RS 1) auf eine Korngröße < 0,5 mm vermahlen. Der Wassergehalt wurde anhand von separaten Teilproben mittels Trocknung bei 105 °C ermittelt.
Die Parameter Wassergehalt (WG), pH, Glühverlust (GV), TIC, TOC, C/N, PCAL, Pges, KCAL, Kges, NO3 und NH4 wurden gemäß der ÖNORM S 2023 (2023) untersucht.
Anzeige
2.1 Ballaststoffbestimmung
Zur Ballaststoffbestimmung wurden jeweils ca. 100 g FM der Gärreste in Wasser dispergiert und dann einer sequenziellen Nasssiebung (AS 200 von Retsch) mit Leitungswasser unterzogen. Die Siebfraktionen (> 20 mm, 6,3–20 mm und 2–6,3 mm) wurden händisch auf Kunststoffe, Glas und Metall untersucht, wobei Glas- und Metallpartikel separiert, gezählt und gewogen (A&D Instruments Ltd. GR202 ± 0,1 mg) wurden. Potenzielle Kunststoffpartikel wurden einzeln gewogen, fotografiert und mittels Diamant ATR-FTIR (Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infra Red)-Spektroskopie charakterisiert (Bruker Alpha). Die Spektren wurden in einem Wellenzahlbereich von 4000 cm−1 bis 375 cm−1 mit einer Auflösung von 4 cm−1 untersucht, wobei Mittelwertspektren aus jeweils 6 Einzelmessungen hergestellt wurden. Zur Identifizierung als Kunststoffe wurden die Spektren mit Spektren einer Datenbank für Polymere verglichen. Als Kunststoff „gewertet“ wurden Partikel, die bei der ATR-Analyse eine Trefferqualität von > 40 % erreichten. Mit dieser Methode konnten 90 % der potenziellen Kunststoffpartikel eindeutig einer Polymerart zugeordnet werden.
2.2 Bestimmung der Leitfähigkeit
Für die Messung der elektrischen Leitfähigkeit wurden 10 g der Analyseprobe < 0,5 mm in 100 ml entionisiertem Wasser (1:10) dispergiert und für eine Stunde mittels Überkopfschüttlers eluiert. Nach der Filtration mit Filterpapier (SCHLEICHER & SCHÜLL 595 – 1/2, * 185 mm) wurde das Filtrat mit einem Konduktometer (WTW LF 95) analysiert. Das Ergebnis wurde elektronisch auf 20 °C umgerechnet.
2.3 Schwermetalluntersuchungen
Für die Untersuchung der Schwermetallgehalte wurden 2 g der Probe < 0,5 mm mit 40 ml Königswasser (HNO3 (70 %): HCl (37 %); 1:3) versetzt und unter Rückflusskühlung aufgeschlossen (EN 13657, 2002). Die filtrierten und auf 100 ml aufgefüllten Aufschlüsse wurden mittel ICP-OES (Inductively Coupled Plasma – Optical Emission Spectroscopy) von einem Fremdlabor auf Cd, Cr, Cu, Ni, Pb und Zn untersucht. Quecksilber wurde zwar ebenfalls ermittelt, aufgrund der unerwartet hohen Abweichungen der Einzelmessungen in dieser Arbeit jedoch nicht berücksichtigt.
3 Ergebnisse und Diskussion
3.1 Nicht grenzwertrelevante Parameter
Neben Schadstoffen wurden in den entnommenen Gärreste auch nicht grenzwertrelevante Parameter untersucht (Abb. 1 und 2). Die Zusammensetzung der Gärreste wies zum Teil große Unterschiede auf. Im Mittel wurde ein Wassergehalt von 75 % WM (min–max, 64–87 % TM). Der Glühverlust (= organische Substanz) betrug zwischen 63,6 % TM und 81,6 % TM und wies im Mittel 73,1 % TM auf, wobei der Februar mit dem höchsten Glühverlust herausstach (max. 81,6 % TM), während die Proben aus dem Juni den geringsten Wert aufwiesen. Der TOC (organischer Kohlenstoffgehalt) variierte zwischen 35,4 % TM und 48,4 % TM, bei einem Mittelwert von 43,3 % TM. Der geringste TOC wurde ebenfalls in der Probe vom Juni ermittelt. Der TIC (anorganischer Kohlenstoff) betrug zwischen 0,2 und 0,8 % TM (Mittelwert 0,4 % TM). Der pH-Wert lag bei allen Proben im basischen Bereich, wobei Werte zwischen 7,6 und 8,6 erreicht wurden. Das C/N-Verhältnis lag mit 8–16 niedriger als für Rotteeingangsmaterial günstig, wobei dieses durch die für die Kompostierung notwendige Strukturmaterialzugabe in den günstigen Bereich angehoben werden kann. Zu berücksichtigen ist allerdings, dass der TOC-Anteil auch durch Kunststoff und Flockungsmittel beeinflusst wird. Der Anteil an abbaubarem Kunststoff in diesen Materialien ist nicht bekannt und auch über deren Abbaubarkeit liegen derzeit keine ausreichenden Informationen vor.
Abb. 1
Wesentliche Parameter in 6 untersuchten Gärresten: a Wassergehalt, b pH-Wert, c Glühverlust, d TOC, e TIC und f C/N-Verhältnis. Fehlerindikatoren stellen die Standardabweichung von Triplikaten dar
Abb. 2
Makronährstoffe in 6 untersuchten Gärresten: a Gesamtstickstoff, b Kalzium gesamt, c Ammoniumgehalt, d Nitratgehalt. Fehlerindikatoren stellen die Standardabweichung von Triplikaten dar
×
×
Beim Gesamtstickstoff (Nges) wurden während der Wintermonate (Oktober bis Februar) höhere Werte (4,5–5,6 % TM) gemessen als während der Sommermonate (3,1–3,5 % TM) (Abb. 2). Diese Beobachtung findet sich auch bei Ammonium- und Nitratstickstoff. NO3-N lag in den Wintermonaten bei 3–360 mg/kg TM; in den Sommermonaten wurden 6–95 mg/kg TM gemessen. NH4-N-Werte wiesen ihr Maximum ebenfalls im Februar auf (6600 mg/kg TM), während alle anderen Proben Werte zwischen 2100 und 4800 aufwiesen.
Für die Makronährstoffe Phosphor und Kalium (Gesamtgehalte und pflanzenverfügbare Gehalte) sind die Ergebnisse in Abb. 3 dargestellt. Der Gesamtphosphorgehalt (Pges) in den Gärresten betrug zwischen 1,8 und 3,1 % TM, wobei der pflanzenverfügbare Anteil (bestimmt als PCAL) zwischen 0,6 % und 1,3 % TM lag. Der Anteil des pflanzenverfügbaren Phosphors am gesamten Phosphor betrug somit zwischen 34 % und 49 %. Sowohl bei Pges also auch beim pflanzenverfügbaren P ist ein Trend zu höherem Phosphorgehalt in den Sommermonaten zu beobachten, wobei auch der Anteil an pflanzenverfügbarem P am Pges in den Sommermonaten höher lag. Pflanzenverfügbares Kalium (KCAL) und gesamtes Kalium (Kges) unterscheiden sich nur unwesentlich voneinander, wobei beide Werte zwischen 0,39 (bzw. 0,34 %) TM und 0,69 % (bzw. 0,60 % TM) lagen. Die höchsten Kalium-Werte wurden in Proben aus dem Februar gefunden. Wie bereits gezeigt (Abb. 2a, c und d) fielen diese Proben auch durch hohe Werte bei Glühverlust, Nges, NH4-N und NO3-N auf. Cages lag im Februar zwischen 3,6 und 8 % TM (Abb. 2b) und korreliert mit dem TIC. Das deutet darauf hin, dass Ca zu einem hohen Anteil als Carbonat vorlag. Mit Ausnahme der Probe vom Februar, die einen sehr niedrigen Ca-Wert aufwies, ist ein Trend von niedrigen Ca-Werten in den Wintermonaten hin zu höheren Werten in den Proben vom Sommer zu beobachten.
Abb. 3
Makronährstoffe in 6 untersuchten Gärresten: a Phosphor gesamt, b Kalium gesamt, c Kalium CAL und d Phosphor CAL. Fehlerindikatoren stellen die Standardabweichung von Triplikaten dar
×
3.2 Grenzwertrelevante Parameter
Die österreichische Kompostverordnung definiert drei Kompost-Qualitätsklassen anhand der Schwermetallkonzentrationen. Für Inputmaterialien werden (mit wenigen Ausnahmen) keine Anforderungen an die Schwermetallgehalte definiert. In Anlage 1 der Kompostverordnung wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Rotteeingangsmaterial maximal 50 % der Grenzwerte für Komposte aufweisen darf, damit (wegen des Rotteverlusts; Schwermetalle werden nicht abgebaut) die Endprodukte garantiert die geforderte Qualität einhalten können. Die entsprechenden Werte sind in Tab. 1 dargestellt. Nicht berücksichtigt ist bei dieser Abschätzung, dass Gärreste nicht „pur“ kompostiert werden können. Aus prozesstechnischen Gründen muss ausreichend Strukturmaterial (zur Sauerstoffversorgung, Verringerung von Geruchsemissionen) bzw. mikrobiell verfügbarer Kohlenstoff (Optimierung des C/N-Verhältnisses) hinzugefügt werden.
Tab. 1
Grenzwerte der Schwermetallkonzentrationen laut Kompostverordnung für die Kompost-Qualitätsklassen A+, A und B sowie sich daraus ergebende Anforderungen an die Schwermetallkonzentrationen in den Inputmaterialien
Qualitätsklasse Kompost
Konzentrationen im Input, um Komposte der entsprechenden Qualitätsklassen herzustellen
Schwermetall
[mg/kg TM]
B
A
A+
B
A
A+
Cd
3
1
0,7
1,5
0,5
0,35
Cr
250
70
70
125
35
35
Cu
500
150
70
250
75
35
Hg
3
0,7
0,4
1,5
0,35
0,2
Ni
100
60
25
50
30
12,5
Pb
200
120
45
100
60
22,5
Zn
1800
500
200
900
250
100
Die Schwermetallanalyse ergab für Cadmium (Cd) erhöhte Werte (> 0,5 mg/kg TM für Qualitätsklasse A) für Proben aus dem Monat Dezember und Februar, während die Proben aus dem Oktober und April nur ein Erreichen der Qualitätsklasse A+ (> 0,35 mg/kg) verhindern. Die Proben aus dem Sommer wiesen die niedrigsten Werte auf (Abb. 4a). Der Jahresmittelwert lag mit 0,50 mg/kg TM genau auf dem Wert für die Herstellung der Qualitätsklasse A.
Abb. 4
Schwermetallkonzentrationen in 6 untersuchten Gärresten: a Cd, b Cr, c Cu, d Pb, e Ni und f Zn. Die horizontalen Linien stellen 50 % der Grenzwerte der Kompostverordnung dar. Fehlerindikatoren stellen die Standardabweichung von Triplikaten dar
×
Im Falle von Chrom (Cr) wurde der Wert > 35 mg/kg TM (Qualitätsklasse A+ und A) in allen Proben überschritten, wobei zumindest der Wert zur Herstellung der Qualitätsklasse B immer eingehalten wurde (Abb. 4b). Im Jahresmittel betrug die Cr-Konzentration 60 mg/kg TM.
Auch die Cu-Konzentration lag in allen Fällen über dem Wert zur Herstellung von Qualitätsklasse A+ (35 mg/kg TM) (Abb. 4c). Die Probe aus dem Dezember überschritt auch den Wert für die Qualitätsklasse A. Der Jahresmittelwert betrug 70 mg/kg und lag damit knapp unter dem Grenzwert zur Herstellung der Qualitätsklasse A.
Bei Blei (Pb) wurden Konzentration von 5–8 mg/kg TM ermittelt, wodurch die Herstellung von Komposten der Qualitätsklasse A+ erlaubt wäre (Abb. 4d).
Die Nickel (Ni)-Konzentrationen aller Einzelproben überschritten mit 35–40 mg/kg TM den Wert für Inputmaterialen zur Herstellung der Qualitätsklasse A (30 mg/kg TM) (Abb. 4e). Der Jahresmittelwert betrug 38 mg/kg TM.
Bei Zink (Zn) zeigt sich, wie bereits auch bei Cd beobachtet, dass die Konzentrationen von den Wintermonaten hin zu Sommermonaten abnehmen (Abb. 4f). Durch diese saisonale Veränderung unterschreiten die Gärreste ab Februar auch die Werte für Inputmaterialien zur Herstellung von Kompost der Klasse A (< 100 mg/kg TM). Der Jahresmittelwerte betrug 205 mg/kg TM erfüllte somit die Anforderungen zur Herstellung der Qualitätsklasse A, nicht aber A+.
Für die Leitfähigkeit (als Maß für den Salzgehalt) ist in der Kompostverordnung ein Grenzwert von 3 mS/cm (das bedeutet < 1,5 im Input) für die Anwendung im Hobbygartenbau und den Vertrieb als Sackware definiert (Abb. 5). Für die Anwendung in der Landwirtschaft ist in der Kompostverordnung kein Grenzwert festgelegt. Generell gilt: Je höher die Leitfähigkeit im Kompost ist, desto mehr Augenmerk ist auf die Salztoleranz der auf den damit gedüngten Flächen angebauten Pflanzen zu richten. Die Leifähigkeit (1,7–3,3 mS/cm) überschritt in allen Proben den Wert zur Herstellung von Komposten für Hobbygartenbau und Sackware.
Abb. 5
Leitfähigkeit in 6 untersuchten Gärresten. Die horizontale Linie stellt den Wert dar, der zur Herstellung von Komposten für Hobbygartenbau und Sackware unterschritten werden muss. Fehlerindikatoren stellen die Standardabweichung von Triplikaten dar
×
3.3 Ballaststoffe
Neben den Grenzwerten der Schwermetalle müssen für die Verwendung von Komposten in der Landwirtschaft auch Grenzwerte für Ballaststoffe eingehalten werden.
Ballaststoffe sind „inerte“ Materialien, die die Kompostqualität nachteilig beeinflussen, auch wenn von ihnen kein direktes Gefährdungspotenzial ausgeht. Zu den Ballaststoffen zählen Kunststoffe, Glas und Metalle. Die Kompostverordnung definiert je nach Anwendungsbereich unterschiedliche Grenzwerte.
Für die Verwendung in der Landwirtschaft gelten bei Kunststoffen Grenzwerte in Abhängigkeit von der Partikelgröße, für Partikel > 20 mm beträgt er 0,02 % TM und für Partikel > 2 mm beträgt er 0,2 % TM. Für die Verwendung in Landschaftsbau, Landschaftspflege und als Rekultivierungsschicht auf Deponien liegen die Grenzwerte für die Fraktionen > 20 mm bei 0,04 % TM und für Fraktionen > 2 mm bei 0,4 % TM. Bei Glas und Metall ist ein Grenzwert von jeweils 0,2 % TM für Partikel > 2 mm für die Verwendung in der Landwirtschaft bzw. für Ackerbau, Grünland (einschließlich Skipisten), Feldgemüsebau, Weinbau, Obstbau, Gartenbau, Hobbygartenbau und Pflanzungen einzuhalten. Zusätzlich definiert wurde ein Summenparameter für Ballaststoffe für Partikel > 2 mm von 0,5 % TM für die Verwendung in der Landwirtschaft und 1 % TM für die Verwendung im Landschaftsbau, in der Landschaftspflege und als Rekultivierungsschicht auf Deponien.
Im Gegensatz zu Schwermetallen können im Fall der Ballaststoffe für Inputmaterialien keine entsprechenden Grenz-/Richtwerte definiert werden. Grund dafür ist, dass Störstoffe im Inputmaterial nur teilweise als Ballaststoffe im Kompost enden. Einerseits werden Störstoffe bei der Aufbereitung der Rotteausgangsmischung und während des Rotteprozesses so weit als möglich aussortiert bzw. auch zu einem nicht definierbaren Prozentsatz bei der Kompostaufbereitung abgetrennt. Andererseits werden aber bei der Aufbereitung nicht abgetrennte großflächige Störstoffe (vor allem Kunststoffe) während des Rotteprozesses zerkleinert und entziehen sich daher der Ausschleusung bzw. – wenn sie zu Mikrokunststoffen < 2 mm zerkleinert werden – auch der Ballaststoffanalyse (Weithmann et al. 2018; Zafiu et al. 2023, und 2020). Die Masse an ausgeschleusten bzw. zerkleinerten Störstoffen kann vorab nicht abgeschätzt werden. Trotzdem wurden die Ballaststoffgrenzwerte laut Kompostverordnung in Abb. 6 als horizontale Linien in den folgenden Diagrammen markiert.
Abb. 6
Ballaststoffanteile in ausgewählten Fraktionen der 6 untersuchten Gärreste: a Ballaststoffanteil gesamt, b Kunststoffanteil, c Glasanteil und d Metallanteil. Horizontale Linien zeigen Grenzwerte für die landwirtschaftliche Anwendung (durchgehend) und andere Anwendungen (gestrichelt). Für Kunststoffe wurden größenabhängige Grenzwerte definiert, wobei die schwarzen Linien für Fragmente > 2 mm und rote Linien für Fragmente > 20 mm gelten (GW landwirtschaftliche Anwendung rot und durchgehend und GW andere Anwendung rot und strichliert). GW bedeutet Grenzwert
×
Die Ballaststoffe Glas und Metalle lagen in allen Gärrestproben deutlich unter den vorgegebenen Grenzwerten. Für Kunststoffe ist, wie bereits diskutiert, eine Beurteilung nicht möglich. Auffällig ist jedoch, dass Kunststoffe hauptverantwortlich für die Gesamtballaststoffgehalte sind.
In den Fraktionen 2–6,3 mm überschritten Gärreste von Juni bis August den Gesamtballaststoffgrenzwert für eine Anwendung in der Landwirtschaft (Abb. 6a). Die Grenzwerte für andere Anwendungen wurden eingehalten. Die Gärreste aus dem Winter (Oktober bis Februar) bleiben unter den Grenzwerten für alle Anwendungsbereiche. Betrachtet man allerdings die Ballaststoffe getrennt, ist zu erkennen, dass weder Glas noch Metallverunreinigungen die Grenzwerte überschritten (Abb. 6c und d). Beim Kunststoff wurden die Grenzwerte > 20 mm, mit Ausnahme beim Monatsmittelwert für Dezember, eingehalten (Abb. 6b). Der Grenzwert für die Anwendung in der Landwirtschaft wurde in allen untersuchten Gärresten im relevanten Bereich von 2–6,3 mm überschritten. Gärrückstände aus den Wintermonaten (Oktober bis Februar) könnten jedoch andersweitig verwendet werden (Landschaftsbau oder Rekultivierung).
Mehr als 90 % der gefundenen Kunststoffe konnten identifiziert werden (Abb. 7). Es wurden ausschließlich nicht abbaubare Kunststoffe, allen voran PVC, PE, PP und PET gefunden. Das bedeutet, dass entweder im Input in die Vergärungsanlage keine abbaubaren Kunststoffe enthalten waren, oder dass diese während der Vergärung vollständig abgebaut oder in Partikel < 2 mm defragmentiert wurden. Da unter den identifizierten Kunststoffen keine abbaubaren Polymerarten zu finden waren, ist zu erwarten, dass die Kunststoffmasse auch nach einer Kompostierung erhalten bleibt (mit allen oben beschriebenen Unsicherheiten).
Abb. 7
In den Gärresten identifizierte Kunststoffarten. Partikelzahlen der vier größten Fraktionen (PVC, PP, PE und PET) sind in der Abbildung explizit ausgewiesen
×
Neben den hohen Masseanteilen an Kunststoffen ist auch die Partikelzahl mit Werten zwischen 550–2420 Partikeln pro kg TM in der Fraktion 6,3–20 mm, bzw. 3080–6190 Partikeln in der Fraktion 2–6,3 mm, sehr hoch. Zum Vergleich dazu wurden in Inputmaterialien von Kompostanlagen nur knapp über 20 Partikel pro kg TM (Zafiu et al. 2020) in den Fraktionen > 2 mm gefunden. Damit lagen die Gärrückstände mit 4120–8490 Partikeln um das 40fache höher.
3.4 Abschätzung von maximalen Gärrestanteilen in der Rotteausgangsmischung
Durch die biologischen Abbauprozesse während der Rotte kommt es wie bereits erwähnt zur Mineralisierung von organischer Substanz und folglich zu einem Verlust an organischer Masse. Da sich die Masse an anorganischen Substanzen (Schwermetalle und Salze) nicht ändert, kommt es während der Rotte zu einer Anreicherung der anorganischen Komponenten. Reduzierend wirkt sich hingegen die aus prozesstechnischen Gründen erforderliche Zumischung von meist geringer belastetem Baum- und Strauchschnitt (als Strukturmaterial) aus. Da das Strukturmaterial in der Regel aus schwerer abbaubarem holzigem Material besteht, kann angenommen werden, dass das Strukturmaterial weniger und langsamer abgebaut wird als die Gärreste. Andererseits wird bei der Kompostaufbereitung (Absiebung) überwiegend nicht abgebautes Strukturmaterial abgeschieden.
Im Folgenden wurde versucht, anhand der Grenzwerte für Schwermetalle und Leitfähigkeit bzw. der prozesstechnisch erforderlichen Strukturmaterialzugabe, Mischungsverhältnisse (Grünabfälle zu Gärrest) zu berechnen, die es ermöglichen, die Grenzwerte für Komposte einzuhalten. Es muss allerdings erwähnt werden, dass sich diese Werte auf die Trockenmasse beziehen und für tatsächliche Mischungen die Feuchtmasse der Gärreste berücksichtigt werden muss. Werte ≥ 100 % in Abb. 8 bedeuten, dass die Grenzwerte einer Qualitätsklasse bereits vom Gärrest selbst (also bei jedem Mischungsverhältnis) eingehalten werden. Diese berechneten Mischungsverhältnisse ergeben sich allerdings ohne Berücksichtigung der Grundbelastung der anderen Inputmaterialien und der Ausschleusung von Siebüberlauf bei der Kompostaufbereitung.
Abb. 8
Möglicher Mischungsanteil von Gärresten zu wenig belastetem Baum- und Strauchschnitt in Abhängigkeit von der maximalen, der medianen und der mittleren Schwermetallbelastung der untersuchten Gärreste, die die Einhaltung der Grenzwerte für die Kompostqualitätsklasse a A+, b A und c B erlauben. d Mischungsanteil der Gärreste, um den Leitfähigkeitsgrenzwert einzuhalten
×
Um die Qualitätsklasse A+ einzuhalten dürfen aufgrund der Kupferbelastung theoretisch nur ca. 25 % (m/m) Gärrest zugemischt werden (Abb. 8a). Die hohe Nickelbelastung würde unter Berücksichtigung der Median- und Mittelwerte Mischungen mit bis zu 33 % (m/m) zulassen. Gärrestanteile, die zur Herstellung von Komposten der Qualitätsklasse A möglich wären, liegen aufgrund der Chrombelastung bei ca. 39 % (m/m). Auch unter Zugrundelegung der Median- und Mittelwerte wäre der Chromgehalt der limitierende Faktor. Demnach könnten 57–60 % (m/m) zugemischt werden (Abb. 8b). Qualitätsklasse B wird in allen Fällen eingehalten (> 100 %, Abb. 8c). Auf Basis der maximal ermittelten Leitfähigkeit wäre nur eine Mischung von 45 % (m/m) Gärresten, unabhängig von der Qualitätsklasse, zu erreichen (Abb. 8d). Der Median bzw. Mittelwert der Leifähigkeit erlaubt eine Zumischung von 71–77 % (m/m) an Gärresten.
Für Störstoffe sind in der Kompostverordnung ebenfalls keine Inputgrenzwerte definiert. Da auch Störstoffe während der Rotte nicht abgebaut werden, wirken sich Kontaminationen im Input auf die Ballaststoffgehalte im Kompost aus. Eine Vorhersage der resultierenden Kontamination durch Ballaststoffe ist insbesondere für Kunststoffe nicht möglich, da Entfrachtungsprozesse, wie beispielsweise Siebung vor der Nachrotte oder händisches Abklauben während des gesamten Rotteprozesses, in einigen Anlagen eingesetzt werden. Die größeren Kunststofffragmente würden bei der Endaufbereitung zwar ausgesiebt werden, doch ist bekannt, dass Kunststoffe während des Rotteprozesses zu Mikrokunststoffen fragmentieren (Zafiu et al. 2023), die nicht abgetrennt werden können. Selbst wenn kleinere Fragmente als dem Siebschnitt entspricht als Anhaftungen im Siebüberlauf entfrachtet werden können, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Kunststoffkontamination in den daraus gewonnenen Komposten höher ist. Da Gärreste einen hohen Wassergehalt aufweisen, ist eine mechanische Entfrachtung (z. B. durch Windsichter) wenig realistisch. Deshalb sollten Maßnahmen getroffen werden, um die Kontamination bereits bei der Sammlung zu verhindern, bzw. sollten dort, wo möglich, nachweislich kompostierbare Kunststoffe (z. B.: Lebensmittelverpackungen) eingeführt werden, die spätestens während der Kompostierung rückstandslos abgebaut werden können.
4 Schlussfolgerungen
Gärreste aus einer mesophilen Nassvergärungsanlage wurden auf ihre Eignung als Inputmaterial zur Herstellung von Komposten untersucht. Dazu wurden physikalisch/chemische Analysen an sechs in Zweimonatsintervallen entnommene Gärrestproben (jeweils 3 unabhängige Proben) durchgeführt und die Ergebnisse mit grenzwertrelevanten Parametern der Kompostverordnung verglichen. Die Untersuchungen zeigen, dass die Grenzwerte für Ballaststoffe aufgrund der hohen Kunststoffkontamination der Gärreste nicht eingehalten werden können. Selbst ohne Berücksichtigung eines Masseverlustes während der Kompostierung werden sowohl die Grenzwerte für die Verwendung in der Landwirtschaft als auch jene für die Verwendung in Landschaftsbau, Landschaftspflege und als Rekultivierungsschicht auf Deponien überschritten. Neben dem hohen Masseanteil ist auch die Anzahl der gefundenen Kunststoffpartikel in den Fraktionen > 2 mm um das 40fache höher als in bisher untersuchten Bioabfallkomposten. Abbaubare Kunststoffe wurden in keiner der Gärrestproben gefunden. Es ist daher keine Reduktion der Kunststoffbelastung während der Kompostierung durch Abbau zu erwarten. Viel wahrscheinlicher erscheint, dass durch die hohen Temperaturen und das Umsetzen während des Rotteprozesses beträchtliche Mengen an Mikrokunststoffen durch Fragmentierung gebildet werden. Das würde zwar den Ballaststoffanteil > 2 mm im Kompost verringern, aber den derzeit nicht untersuchten Mikrokunststoffantleil < 2 mm erhöhen. Die Lösung des Problems kann daher nur an den Quellen ansetzen, also den Kunststoffanteil (hervorgerufen durch unsachgemäße Entsorgung) im Inputmaterial zu reduzieren. Auch der Einsatz von biologisch abbaubaren Kunststoffen in Lebensmittelverpackungen könnte zur Lösung beitragen, da Kunststoffe, sofern sie als kompostierbar zertifiziert sind, spätestens während der Kompostierung abgebaut werden.
Förderung
Open-Access-Förderung durch die Universität für Bodenkultur Wien (BOKU).
Interessenkonflikt
B. Vay, E. Binner, M. Huber-Humer und C. Zafiu geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Open Access Dieser Artikel wird unter der Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz veröffentlicht, welche die Nutzung, Vervielfältigung, Bearbeitung, Verbreitung und Wiedergabe in jeglichem Medium und Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle ordnungsgemäß nennen, einen Link zur Creative Commons Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden.
Die in diesem Artikel enthaltenen Bilder und sonstiges Drittmaterial unterliegen ebenfalls der genannten Creative Commons Lizenz, sofern sich aus der Abbildungslegende nichts anderes ergibt. Sofern das betreffende Material nicht unter der genannten Creative Commons Lizenz steht und die betreffende Handlung nicht nach gesetzlichen Vorschriften erlaubt ist, ist für die oben aufgeführten Weiterverwendungen des Materials die Einwilligung des jeweiligen Rechteinhabers einzuholen.
