Bioenergie Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Biogas

Biogas

Ob in Mooren und Sümpfen oder im Verdauungstrakt von Wiederkäuern: Biogas bildet sich überall dort, wo organisches Material in feuchter Umgebung unter Sauerstoffabschluss zersetzt wird. Verschiedene Bakterien, darunter Methanbakterien, leisten dabei die Hauptarbeit. In einer Biogasanlage wird dieser Prozess technisch nachvollzogen. Die Biogaserträge, aber auch die Zusammensetzung des Biogases variieren je nach Zusammensetzung der Ausgangsstoffe sowie der Verfahrens- und Prozesstechnik. Der Energiegehalt des Biogases ist schließlich direkt vom Methangehalt abhängig. So hat ein Kubikmeter (m³) Methan einen Energiegehalt von etwa zehn Kilowattstunden (9,97 kWh).
Mit Inkrafttreten des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) stieg die Zahl der Biogasanlagen in Deutschland deutlich an. Derzeit sind mehr als 8.000 Biogasanlagen mit einer elektrischen Leistung von insgesamt über 4.000 MW am Netz und liefern soviel Strom wie drei größere Atomkraftwerke.

Die Rohstoffe

Biogas kann aus einer Vielzahl von organischen Ausgangsstoffen gewonnen werden. In landwirtschaftlichen Anlagen dienen überwiegend gezielt angebaute Energiepflanzen und tierische Exkremente (Gülle und Mist) als Substrate. Die Nutzung von Gülle und anderen Wirtschaftsdüngern ist nicht nur aus Sicht des Klimaschutzes (Emissionsvermeidung) und der Kaskadennutzung von großer Bedeutung, sondern hat auch eine den Prozess stabilisierende Wirkung. Als nachwachsende Rohstoffe kommen zum Beispiel Mais, Gräser, Getreide u. v. m. in Frage, wobei der Mais derzeit als Kultur mit hohen Masse- und Gaserträgen sowie mit den geringsten spezifischen Kosten den größten Anbauumfang einnimmt. Negativ kann sich der hohe Maisanbau in einigen Regionen jedoch auf Bodenfruchtbarkeit und Biodiversität auswirken.

Aufbau einer Biogasanlage

Eine landwirtschaftliche Biogasanlage besteht aus den Grundelementen Vorgrube/Substrateinbringung, Fermenter mit Rührwerk, Gasspeicher, Gärrückstandslager und Biogasverwertung (z. B. Blockheizkraftwerk oder Gasaufbereitung). In der Vorgrube werden die Substrate zwischengelagert, wenn nötig zerkleinert, verdünnt und vermischt und gelangen von hier in den isolierten und beheizten Fermenter. Er ist das Kernstück der Anlage und muss gas- und wasserdicht sowie lichtundurchlässig ausgeführt sein. Entsprechende Rührtechnik gewährleistet die Homogenität des Gärsubstrates und unterstützt die Gasbildung. Das Biogas gelangt in den Gasspeicher, während das ausgegorene Substrat in das Gärrestlager transportiert wird, das i. d. R. auch als Nachgärbehälter dient.
Der flüssige oder feste Rückstand der Vergärung wird als Gärrest oder Biogasgülle bezeichnet und von den Landwirten wegen seiner hohen Nährstoffgehalte meist als organischer Dünger verwendet. Der Vergärungsprozess im Fermenter läuft prinzipiell in vier voneinander abhängigen Teilschritten unter anaeroben Bedingungen (ohne Sauerstoff) ab, an denen jeweils verschiedene Gruppen von Mikroorganismen beteiligt sind. Das gebildete Gasgemisch besteht überwiegend aus Methan (50-75 %), Kohlendioxid (25-45 %) und geringen Anteilen an Wasserdampf, Sauerstoff , Stickstoff, Schwefelwasserstoff und weiteren Spurengasen.
Grundsätzlich finden die vier Phasen zeitgleich und parallel statt. Aufgrund der unterschiedlichen Milieubedingungen der verschiedenen Mikroorganismen muss daher ein Kompromiss der optimalen Parameter, wie insbesondere Gärtemperatur, pH-Wert oder Nährstoffversorgung, gefunden werden.

Aufbereitung und Nutzung - von Biogas

Biogas bietet eine Vielzahl von Nutzungsoptionen. Es kann sowohl für die Strom- und Wärmeerzeugung als auch als Kraftstoff und Erdgas-Äquivalent eingesetzt werden. Hinzu kommt, dass Biogas speicherbar und über das Erdgasnetz transportierbar ist und dadurch jederzeit und unabhängig vom Entstehungsort zur Verfügung steht. Die Energieerzeugung aus Biogas unterliegt keinen tages- und jahreszeitlichen oder witterungsbedingten Schwankungen und kann somit bedarfsgerecht und auch kontinuierlich erfolgen.
Dank fester Vergütungssätze durch das EEG für die Verstromung ist die Erzeugung von Strom und Wärme direkt an der Biogasanlage die derzeit vorrangige Nutzungsart von Biogas. Sie erfolgt in Blockheizkraftwerken (BHKW), man spricht dabei von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), weil Strom und Wärme gleichzeitig erzeugt werden.
Grundsätzlich eignet sich Biogas auch als Energieträger für Brennstoffzellen, Stirlingmotoren und Mikrogasturbinen. Vorteile dieser Technologien, wie größere Wirkungsgrade oder geringere Betriebskosten, werden derzeitig noch durch die höheren Kosten überlagert.
In den letzten Jahren hat sich außerdem die Aufbereitung und Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz zunehmend etabliert. Ende 2014 produzierten 170 Biogasaufbereitungsanlagen etwa 100.000 Normkubikmeter Biomethan pro Stunde. Bei der Aufbereitung wird das gewünschte Methan von Kohlendioxid und anderen Begleitgasen abgetrennt und das Biomethan (auch Bioerdgas genannt) ist als Erdgassubstitut nutzbar. Durch die vorhandene Infrastruktur des Erdgasnetzes kann das Biomethan dann über beliebige Distanzen transportiert werden und entkoppelt von der Produktion an Orten mit großer Nachfrage in KWK-Anlage oder zur Wärmeerzeugung genutzt werden. Ebenfalls als Kraftstoff in Erdgasfahrzeugen wird Biomethan verwendet – mit steigender Tendenz.

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Quelle: FNR
Quelle: FNR
Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe
Bauer Hubert