RUN - RURAL URBAN NUTRIENT PARTNERSHIP
Nährstoffgemeinschaften für eine zukunftsfähige Landwirtschaft
Rural Urban Nutrient Partnership (RUN): Life Cycle Assessment of Multi Nutrient Recovery from Kitchen Waste and Blackwater
Newly developed and innovative RUN technology aims to recover nutrients from urban wastewater (blackwater) and biowaste (kitchen waste). The development of RUN technology has been supported by the life cycle assessment (LCA) in order to identify hotspots and trade-offs. While the performance of the process at a laboratory scale did not show any environmental benefits from P recovery, the LCA results have helped to improve the environmental performance at the following scale-up step. The recovery of P on a technical scale was environmentally beneficial, especially in terms of the global warming potential (GWP). However, there were still some trade-offs, e.g., freshwater and marine eutrophication were slightly higher compared to conventional P fertilizer production. Given that P is considered a critical raw material and that climate change is probably the most pressing environmental issue, RUN technology has the potential to deliver on both domains.
: Stichnothe, H.; Joseph, B.; Preyl, V.; Meyer, C. Rural Urban Nutrient Partnership (RUN): Life Cycle Assessment of Multi Nutrient Recovery from Kitchen Waste and Blackwater. Recycling 2024, 9, 31. https://doi.org/10.3390/ recycling9020031
Thünen-Institute of Agricultural Technology
Publikation in "Recycling" erschienen
April 2024
Influences of Management Practices and Methodological Choices on Life Cycle Assessment Results of Composting Mixtures of Biowaste and Green Cuts
This paper presents an analysis that aimed to quantify the consequences of modelling choices in the life cycle assessment of composting by investigating the influence of composting management practices and the influence of the selected marginal product for substitution. In order to investigate the different influencing factors, a set of 11 scenarios were defined. The scenario results revealed that increasing the turning frequency of the input material leads to a Global warming potential (GWP) reduction of approx. 50%. However, there is a trade-off between GWP reduction and increases in other environmental impacts, including acidification potential (AP), ozone formation potential (OFP), and stratospheric ozone depletion potential (ODP). GWP and AP can also be reduced by optimal exhaust gas filter maintenance, although this causes OFP and ODP to increase. The most relevant factor for GWP is the choice of substituted products. When peat for horticulture can be replaced, GWP can be substantially lowered while hardly affecting other environmental impacts.
Joseph, B.; Stichnothe, H. Influences of Management Practices and Methodological Choices on Life Cycle Assessment Results of Composting Mixtures of Biowaste and Green Cuts. Waste 2023, 1, 919–934.
Thünen-Institute of Agricultural Technology
Publikation in "Waste" erschienen
November 2023
Publikation in: Journal of Material Cycles and Waste Management
August 2023
Estimating uncertainties in the life cycle assessment of composting household biowaste and urban green waste in Germany
Life cycle assessment (LCA) of waste treatment processes is often associated with considerable uncertainties. The aim of this study is to estimate the total uncertainty in the modelled composting system and the infuence of material and process parameters on the uncertainty. Four composting combinations with fresh (FC) and mature substrate compost (MSC) from partially enclosed (PEC) and open composting (OC) were investigated. Perturbation analysis was used to determine the efect of parameters on the result and Monte Carlo simulation was used to estimate the total uncertainty. This study showed that the production of MSC using PEC had the lowest overall impacts across all impact categories except ozone depletion.
Results of the Monte Carlo simulation showed that comparing composting options was challenging. The sensitivity ratios obtained from the perturbation analysis showed that the process parameter percentage of carbon fraction degraded was the most infuential for FC. In MSC, the moisture content in the input material and the substitution factor used for peat were the most infuential. Monte Carlo simulations demonstrated the overall uncertainty of the model and its relevance when comparing results between combinations. The perturbation analysis identifed the parameters that required more accurate data to reduce the uncertainty in the model
Joseph, B., Stichnothe, H. Estimating uncertainties in the life cycle assessment of composting household biowaste and urban green waste in Germany. J Mater Cycles Waste Manag 25, 3065–3080 (2023).
DOI: https://doi.org/10.1007/s10163-023-01740-6
Thünen-Institute of Agricultural Technology
Nährstoffkreisläufe schließen: Möglichkeiten der Phosphatrückgewinnung
aus Abwasser und Klärschlamm
Für einen nachhaltigen Umgang mit natürlichen Ressourcen ist die Etablierung von Prozessen der Kreislaufwirtschaft unerlässlich, in der Rohstoffe wie Phosphor aus Abwasser zurückgewonnen werden. Neben Verfahren zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm und Aschen aus der Klärschlammmonoverbrennung kommt der Düngemittelproduktion aus Abwasserteilströmen eine zunehmende Rolle zu. Im RUN-Konzept werden dabei regionale Kreisläufe zwischen städtischen Bewohner*innen und Landwirt*innen geschlossen.
Steinmetz, H., Schmuck, S. und Meyer, C. (2023). Nährstoffkreisläufe schließen: Möglichkeiten der Phosphatrückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm. Ländlicher Raum, Schwerpunktheft
„Circular Economy – Kreisläufe schließen – Ressourcenverbrauch reduzieren“, 74. Jahrgang, S. 67-69 (2023).
Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Institut Wasser Infrastruktur Ressourcen – WIR und Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte und Abfallwirtschaft – ISWA
Publikation in: "Ländlicher Raum" erschienen
März 2023
Publikation in "Wasser und Abfall"
Juli 2022
März 2023
März 2023
Düngemittel & Biokunststoffe aus Schwarzwasser und Küchenabfällen für eine zukunftsfähige Landwirtschaft
Die nachhaltige Schließung regionaler Nähr- und Wertstoffkreisläufe durch die Etablierung von Nährstoffpartnerschaften zwischen städtischen Bewohnern und Landwirten als Beitrag zur Widerstandsfähigkeit von Agrarsystemen in Verbindung mit urbanen Strukturen ist Ziel des Projekts RUN (Rural Urban Nutrient Partnership).
Dazu sollen in Wohngebäuden nährstoffreiche Restströme (Schwarzwasser und Küchenabfälle) separat erfasst und dezentral verwertet werden. Die grundlegende Machbarkeit der technischen Verfahrenskette konnte in Laborversuchen gezeigt werden. Auch die erste Aufskalierug in den halbtechnischen Maßstab war erfolgreich.
Es wurden zwei mineralische Düngemittel (Phosphor-Stickstoff-Dünger und Stickstoff-Kalium-Dünger) hergestellt, die aktuell in Gefäßversuchen zur Wirkung der Düngemittel auf Pflanzen weiter untersucht werden. Auch die ersten Ergebnisse bzgl. der Unbedenklichkeit (Schadstoffe) fielen positiv aus, so dass das RUN-Konzept aus technischer Sicht vielversprechend ist.
Daneben wird die Idee auch aus sozialwissenschaftlicher, landwirtschaftlicher, ökologischer, gesellschaftlicher und betriebswirtschaftlicher Sicht unter die Lupe genommen. Um die Technologie unter Echtzeitbedingungen zu erproben, wird ab Herbst 2023 eine Pilotanlage am Standort Umwelt-Campus Birkenfeld in Betrieb genommen, die weitere wichtige Daten und Erfahrungen liefern wird. Gleichzeitig wird ein Informations- und Erfahrungsraum Beteiligte und Interessierte detailliert über das innovative RUN-Verfahren aufklären und zudem eine Raum bieten, um mit Fokusgruppen und Akteuren Hemmnisse und Erfolgsfaktoren zu diskutieren und somit einen wichtigen Grundstein für die Umsetzbarkeit liefern..
Fritzsche, A., Steinmetz, H. und Y. Zahumensky (2023): Düngemittel & Biokunststoffe aus Schwarzwasser und Küchenabfällen für eine zukunftsfähige Landwirtschaft. in: Wasser und Abfall 3/2023, S.14-18.
Universität Stuttgart, Universität Hohenheim und Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau
Publikation in "Wasser und
Abfall"
März 2023
Farmers’ Preferences for Fertilizers derived from Domestic Sewage and Kitchen Waste – A Discrete Choice Experiment in Germany
In view of increasing energy and resource scarcities, nutrient recycling from domestic wastewater is a promising way to obtain mineral fertilizers. Given the lacking evidence about the acceptance of recycling fertilizers by the farming sector, we elicited farmer preferences and willingness to pay (WTP) for selected attributes of mineral fertilizers made from domestic sewage and kitchen waste. We conducted a Discrete Choice Experiment with 206 German farmers and fitted a Random Parameter Logit (RPL) model.
Assuming an average market price level of around 300 euros per tonne of N-P-K fertilizer, the choice experiment revealed that farmers not engaged in non-food production such as forage cultivation or renewable energies activities and without farmer-to-consumer direct marketing would accept a recycling fertilizer only together with a financial compensation via price discount of approximately 10%. The average WTP drops considerably if a fertilizer’s heavy metal contents are relatively high and if the absence of drug residues cannot be guaranteed, whereas a customizable nutrient composition and a constant supply availability would have a sales promoting effect.
Farmers’ characteristics can only partly explain the notable heterogeneity of the WTP for the considered fertilizer attributes. Even though the WTP for a recycling fertilizer is on average less than that for a conventional mineral fertilizer, the estimated WTP standard deviations suggest that not all farmers expect a financial compensation via price discount when purchasing recycling fertilizers.
Utai, K., Narjes, M., Krimly, T. und C. Lippert (2022): Farmers’ Preferences for Fertilizers derived from Domestic Sewage and Kitchen Waste – A Discrete Choice Experiment in Germany. In: German Journal of Agricultural Economics (GJAE) 71 (4).
Fachgebiet für Produktionstheorie und Ressourcenökonomik
Institut für Landwirtschaftliche Betriebslehre, Universität Hohenheim
Publikation im
German Journal
of Agricultural Economics (GJAE)
Dezember 2022
Stakeholder Assessment on Closing Nutrient Cycles through Co-Recycling of Biodegradable Household Kitchen Waste and Black Water between Rural and Urban Areas in South India
Agricultural land degradation, urban migration, increasing food demand and waste, and inadequate sanitation systems all affect farmers, local society, and the environment in South India. Joint recycling of biodegradable secondary household resources to close nutrient cycles between urban and rural regions can address all these challenges and thus several SDGs at the same time. Efforts are being made to this end, but many attempts fail. The central research question is, therefore: how can co-recycling concepts be evaluated in this context?
For this purpose, composting plants, biogas fermenters, and a high-tech concept to produce plant charcoal, design fertilizer, and biopolymers are considered. The aim of this study is to evaluate the recycling concepts from the stakeholders’ perspective to avoid gaps between theory and practice. Six expert and one focus group interviews on two successful on-site case studies and 15 online expert interviews with thematic actors were qualitatively evaluated and presented in a social network analysis to identify preferences and indicators for the further evaluation of co-recycling concepts.
The results show that the focus is on mature technologies such as compost and biogas.High-tech solutions are currently still in rudimentary demand but will play a more important role in the future.
To evaluate such concepts, seven key indicators and their measured values were identified and clustered into the categories ecological, social, technical, economic, and connective. The results show that this methodology of close interaction with stakeholders and the evaluation of successful regional case studies minimize the gap between practice and theory, contribute to several goals of the SDGs, and thus enable such concepts to be implemented sustainably.
Fendel, V., Kranert, M., Maurer, C., Garcés-Sánchez, G., Huang, J., & Ramakrishna, G. (2022). Stakeholder Assessment on Closing Nutrient Cycles through Co-Recycling of Biodegradable Household Kitchen Waste and Black Water between Rural and Urban Areas in South India. In: Recycling, 7(4), 49.
https://doi.org/10.3390/recycling7040049
Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft, Universität Stuttgart
Publikation in "Recycling" erschienen
Juli 2022
Publikation in "Sustainability" erschienen
The Potential of the Co-Recycling of Secondary Biodegradable Household Resources Including Wild Plants to Close Nutrient and Carbon Cycles in Agriculture in Germany
ProjektmitarbeiterInnen der Universität Stuttgart haben in der Juni-Ausgabe des wissenshatlichen Journals "Sustainability " einen Artikel zu einer Studie veröfffentlicht (englisch).
Ziel der Studie ist es, das Potenzial zur Schonung natürlicher Ressourcen (fossile Ressourcen, Mineraldünger, fruchtbare Böden und Biodiversität) mit alternativen Kreislaufkonzepten zu bewerten, um zur Erreichung der globalen Nachhaltigkeitsziele beizutragen.
Die Studie untersuchte den potenziellen Beitrag der Substitution konventioneller Produkte durch drei alternative Konzepte der Kreislaufwirtschaft. Dazu gehören die Haushaltsressourcen Schwarzwasser, Küchen- und Grünabfälle für die Produktion von
von Designdünger, Pflanzenkohle, Biopolymeren (Konzept 1) und Biogas (Konzept 2), sowie die Kombination von Haushaltsabfällen mit Wildpflanzen zur Erzeugung von Biogas (Konzept 3).
Fendel, V.; Maurer, C.; Kranert, M.; Huang, J.; Schäffner, B.(2022):
The Potential of the Co-Recycling of Secondary Biodegradable Household Resources IncludingWild Plants to Close Nutrient and Carbon Cycles in Agriculture in Germany. In: Sustainability 2022, 14, 5277.
https://doi.org/10.3390/su14095277
Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft, Universität Stuttgart
Publikation in "Sustainability" erschienen
Juni 2022
Biopolymerproduktion aus Abwasser-
strömen für eine kreislauforientierte Siedlungswasserwirtschaft
Juni 2020
Projektmitarbeiter der TU Kaiserlautern haben in der Juni-Ausgabe von "Wasser und Abfall", der Zeitschrift des Bundes der Ingenieure für Wasserwirtschaft, Abfallwirtschaft und Kulturbau (BWK) e.V., einen Artikel veröfffentlicht. Aus Sicht von RUN werden die ersten Ergebnisse einer Versäuerung von Schwarz- und Braunwasser gezeigt und mit Industrieabwässern verglichen.
In Laborversuchen wurden Primärschlamm, Braunwasser, Schwarzwasser, Brauerei- und Molkereiabwasser anaerob versäuert, um damit kurzkettige organische Säuren zu gewinnen, die als Substrat zur Biopolymerproduktion genutzt werden können. Ausgehend von den Versäuerungsergebnissen der jeweiligen Abwasserströme wurden Potenzialabschätzungen zur Biopolymerproduktionskapazität für Deutschland durchgeführt.
Thomas Uhrig M.Sc., Julia Zimmer M.Sc., Florian Rankenhohn M.Sc., Prof. Dr.-Ing. Heidrun Steinmetz (2020): Biopolymerproduktion aus Abwasserströmen für eine kreislauforientierte Siedlungswasserwirtschaft, In: Wasser und Abfall, Issue 6/2020.
Fachgebiet Ressourceneffiziente Abwasserbehandlung
der Technischen Universität Kaiserslautern
Publikation in "Wasser und Abfall"
Juni 2020
