Bioenergie Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Biogas

Durch die Zersetzung von organischem Material in feuchter Umgebung und unter Sauerstoffabschluss entsteht Biogas. Dieser Prozess ist in der Natur weit verbreitet und findet z. B. in Mooren, auf dem Grund von Seen, im Verdauungstrakt der Wiederkäuer oder in Güllegruben statt. Verschiedene Bakterien, darunter Methanbakterien, leisten dabei die Hauptarbeit. In einer Biogasanlage wird dieser Prozess technisch genutzt. Die Biogaserträge und die Gaszusammensetzung variieren in Abhängigkeit der Ausgangsstoffe sowie der Verfahrens- und Prozesstechnik. Hauptbestandteil des Biogases ist das brennbare Methan, das vorrangig in Blockheizkraftwerken (BHKW) zu Strom und Wärme umgewandelt wird.

In Deutschland arbeiten aktuell etwa 9.500 vorwiegend landwirtschaftliche Biogasanlagen. An ca. 200 Standorten der Biogaserzeugung wird das produzierte Biogas zu Biomethan in Erdgasqualität aufbereitet und in das Gasnetz eingespeist. An der überwiegenden Mehrzahl der Biogasstandorte werden Blockheizkraftwerke betrieben, um vor Ort erneuerbare Wärme und Strom zu erzeugen. Diese Anlagen verfügen derzeit über eine arbeitsrelevante elektrische Leistung von ca. 3.800 MWel. Um in Zeiten, in denen Wind und Sonne nicht ausreichend verfügbar sind, bedarfsgerecht Strom zu produzieren, wurde ein Großteil der Anlagen zwischenzeitlich flexibilisiert. Dadurch sind 5.200 MWel installierte Leistung verfügbar, mit der sich bedarfsgerechter Strom zur Versorgung von ca. 9,5 Mio. Haushalten generieren lässt.

Die Rohstoffe

Zur Biogaserzeugung werden verschiedene organische Einsatzstoffe genutzt. Als Substrate in landwirtschaftlichen Biogasanlagen dienen vor allem Energiepflanzen, wie Mais- und Grassilage, und tierische Exkremente, wie Gülle und Festmist. Unter den nachwachsenden Rohstoffen nimmt Silomais mit seinen hohen Biomasse- und Gaserträgen den größten Anteil ein. Zunehmend werden aber auch alternative Energiepflanzen, wie die Silphie, sowie Rest- und Abfallstoffe, z. B. tierische Exkremente, Landschaftspflegematerial, Stroh oder Bioabfall genutzt.

Aufbau einer Biogasanlage

Eine landwirtschaftliche Biogasanlage besteht im Wesentlichen aus der Substratannahme und der Substrateinbringung, dem Fermenter, dem Gasspeicher, dem Gärproduktelager und der Gasverwertung. Die Substratannahme und –einbringung dient der Zwischenlagerung, ggf. Zerkleinerung, Verdünnung und Homogenisierung und dem Eintrag der festen bzw. flüssigen Substrate in den Fermenter. Der Fermenter ist das Herzstück einer Biogasanlage. Er ist gas-, wasser- und lichtundurchlässig, wärmeisoliert und beheizbar. Zur Durchmischung des Gärsubstrats sind Rührwerke bzw. Pumpen integriert. Die Heizungstechnik dient der Temperaturregelung im Fermenter, um stabile Bedingungen für die biogaserzeugenden Mikroorganismen zu gewährleisten. Das produzierte Biogas wird im Gasspeicher gelagert. Von hier gelangt es in die Gasreinigung und -verwertung. Der Gärrückstand wird ins Gärproduktelager geleitet und in der Regel als Dünger auf die Felder ausgebracht.

Gärprodukte

Gärprodukte sind reich an humusbildenden Stoffen und Nährstoffen und somit hochwertige Düngemittel. Sie enthalten Stickstoff, Phosphor, Kalium und organischen Kohlenstoff. Die Ausbringung als organischer Dünger oder Bodenverbesserer in fester, flüssig oder kompostierter Form schließt natürliche Nährstoff- und Humuskreisläufe. Gärprodukte ersetzen mineralische Düngemittel, die ansonsten energieintensiv erzeugt werden müssen. Gärprodukte werden zunehmend aufbereitet, um die Transportwürdigkeit zu verbessern und hochwertige Düngerprodukte herzustellen. Dabei kommen Verfahren zur Separation, Trocknung, Eindampfung, Membranverfahren oder Strippung zum Einsatz.

Gasverwertung 

Das Rohbiogas besteht überwiegend aus Methan (50-75 Vol.-%) und enthält zudem Kohlendioxid (25-50 Vol.-%) sowie Stickstoff, Wasser, Sauerstoff und Schwefelwasserstoff. Für die Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz wird es auf einen Methangehalt von ca. 98 % aufbereitet. Ein Kubikmeter Methan (Erdgas oder Biomethan) hat einen Energiegehalt von etwa zehn Kilowattstunden. Biogas wird häufig als Alleskönner unter den erneuerbaren Energieträgern bezeichnet. Es kann zur Produktion von Strom, Wärme bzw. Kälte und Kraftstoff sowie als Erdgassubstitut verwendet werden. Über das Erdgasnetz wird das Biomethan transportiert, aber auch gespeichert. Biogas ist wasserdampfgesättigt und enthält neben CO2 auch Schwefelwasserstoff, dass korrosiv an Anlagenkomponenten wirkt. Daher muss das Rohbiogas vor der weiteren Verwertung aufbereitet, insbesondere entschwefelt und getrocknet werden. Für die Aufbereitung und Einspeisung von Biomethan in das Erdgasnetz wird das CO2 aus dem Rohbiogas abgetrennt. Das abgetrennte CO2 kann für technisch-industrielle Anwendungen vermarktet oder mit (erneuerbarem) Wasserstoff ebenfalls zu Methan umgesetzt werden.

 

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Schema einer landwirtschaftlichen Biogasanlage
Wettbewerb Bioenergie-Kommunen 2019
Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe
Bauer Hubert
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