Biogasanlagen

Bisher führt Biogas in Deutschland immer noch ein Schattendasein. Nur 1,5 % beträgt der Anteil am Gasverbrauch. Experten halten bis zu 30 % für möglich. Damit wäre Biogas ein wichtiger Baustein der Energiewende, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht.

Energiesicherheit mit Biogas?
Wenn aus Abfall Energie wird
Hartmut Idzko, planet e - ZDF

Während Biogas in Deutschland eher ein Nischenprodukt ist, setzt man in Dänemark voll darauf. Schon heute werden bei unseren nördlichen Nachbarn 34 % des heimischen Gasbedarfs durch Biomethan gedeckt. Die Regierung in Kopenhagen baut die Biogas-Quote konsequent aus, um die Abhängigkeit von fossilem Erdgas zu beenden und insbesondere die russischen Importe zu ersetzen. Wäre das auch ein Weg für Deutschland?
Doch Biogas ist auch umstritten: Als Grundstoff werden nicht nur Küchenabfälle oder Gülle eingesetzt. Die meisten Anlagen werden auch mit Mais oder Raps gefüttert. Der Vorwurf: Lebensmittel gehören auf den Teller und nicht in den Tank.
"planet e." zeigt, wie mithilfe von Biogas die eigene Gasförderung erhöht und somit die Abhängigkeit von Importen reduziert werden kann – und welcher Preis bei Flächennutzung und Umweltschutz dafür zu zahlen wäre.

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Alte Beiträge zum Thema

Eine Biogasanlage erzeugt durch die Vergärung von Biomasse Biogas. Hierzu werden in landwirtschaftlichen Biogasanlagen meist Pflanzensilage und Gülle vergoren. Das entstandene Gas wird vor Ort in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Stromerzeugung genutzt. Als Nebenprodukte fallen Wärme und ein Gärrest, der als Dünger verwendet wird, an.
Die im Januar 2017 in Kraft tretenden neuen Regelungen des Erneuerbare Energien Gesetzes (EEG) und das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) werden für Betreiber kleiner Biogasanlagen ab 40 bis 150 kW besonders gefördert.

Ein Problem bei der Verstromung ist in vielen Fällen die anfallende Wärme. Nur wenn genügend Wärmeabnehmer vorhanden sind, kann eine Biogasanlage wirtschaftlich betrieben werden. Oftmals wird Wärme kostenfrei abgegeben, so z. B. in öffentliche Einrichtungen (Schwimmbäder, Bürogebäude) oder in umliegende Wohnhäuser.
Anlagenteile einer Biogasanlage

Die Vor-/Sammelgrube dient zur Sammlung und Homogenisierung der einzuspeisenden flüssigen Substrate. Die Größe und Ausstattung, so z. B. Mixer, Zerkleinerungseinrichtungen, Pumpen, richten sich nach den eingesetzten Materialien. Hier können auch bestehende Güllegruben verwendet werden, wenn sie für den Verwendungszweck geeignet sind und die Sicherheitsvorschriften eingehalten werden.
Ein Feststoffdosierer ist zur Einbringung von festen Substraten in die Biogasanlage vorgesehen. Hier können zwei Varianten zum Einsatz kommen, das Presskolbensystem oder die Schneckenlösung. Das eingesetzte System muss mindestens eine Tagesration aufnehmen, die in mehreren Intervallen dem Fermenter automatisch zuführt wird.
Zur anaeroben Vergärung der Substrate, wobei Biogas entsteht, wird ein Fermenter eingesetzt. Die Größe ist von der Menge der einzuspeisenden Substrate und der gewünschten Aufenthaltsdauer abhängig. Der Fermenter ist beheizbar, gedämmt, wetterfest verkleidet, mit einem oder mehreren Rührwerken und einer Möglichkeit zur Entnahme des Biogases versehen. Der Behälter kann aus Edelstahl (Segmentbauweise) oder Beton (Fertigteilbauweise) erstellt werden.
Bei einem Nachgärer handelt es sich um einen gasdichten Lagerbehälter, der bis auf die Beheizung einem Fermenter ähnlich ist. In ihm findet ein weiteres "Ausgasen" der Gärmasse statt.
In einem offenen Behälter (Endlager) werden die ausgegasten Gärreste gesammelt. Auch hier können bestehende Güllelagerbehälter benutzt werden.
In einem Gaslager wird das Biogas bis zur weiteren Nutzung zwischengelagert. Das Gaslager ist in den Fermenter und Nachgärbehälter integriert. Hier werden Fermenter und Nachgärer mit einer gasdichten Membran abgedeckt, deren Außenseite durch eine zweite Membran geschützt wird. Zwischen den beiden Membranen wird mit geringem Überdruck Luft eingeblasen, wodurch ein Tragluftdach entsteht, das die Gasmembran vor Sonne, Wind, Kälte, Hagel und Schneelast schützt.
Im Blockheizkraftwerk (BHKW) wird das entschwefelte und getrocknete Biogas verwertet. Die im Biogas enthaltene Energie wird zu ca. 35 % in elektrische und zu ca. 50 % in thermische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden (EEG), die Wärme wird im eigenen Betrieb und/oder in der Umgebung verwertet.
Viele Anlagen haben eine Gasaufbereitungs-Technik mit der das erzeugte Biogas auf Erdgasqualität aufbereitet wird. Dabei kann der Methangehalt des Bioerdgases mittels verschiedener Verfahrensweisen erhöht werden. Für eine Biogas-Aufbereitung mittels Druckwasserwäsche (DWW) werden lediglich größere Mengen Wasser als Absorptionsmittel benötigt. So kann bei der DWW auf den Einsatz von Chemikalien verzichtet werden. Weiterer Vorteil der Druckwasserwäsche ist der hohe Reinheitsgrad des mit der DWW-Technik aufbereiteten Biogases. Der Methangehalt beträgt mindestens 97 %, der CO2-Gehalt ist größer als 2,5 % und der Methanverlust liegt unter 2 %.
Das aufbereitete Biogas kann in das öffentliche Erdgasnetz eingespeist werden oder als Treibstoff in Erdgastankstellen für PKW, LKW oder Busse eingesetzt werden.

Viele kommunale Gebietskörperschaften (Städte und Gemeinden) und hier die sog. Abwasserzweckverbände beauftragen zur Gewährleistung der Wasserversorgung und Abwasserbehandlung externe Dienstleister, die die entsprechenden Technologien für eine nachhaltige Energieerzeugung anbieten können.


Biogasanlage
Quelle: REMONDIS Aqua GmbH & Co. KG

Biogas kann durch moderne Anaerobtechnologie gewonnen werden. Für diese wird Abwasser von Unternehmen (Brauerei, Molkerei, Schlachthof) verwendet, das besonders viele organische Stoffe (Fette, Alkohole, Kohlehydrate, Eiweiß, halogenierte Kohlenwasserstoffe) enthält. In einem Anaerob-Reaktor werden dem Abwasser Mikroorganismen zugesetzt, die Schadstoffe abbauen und gleichzeitig Biogase produzieren.

Schematischer Aufbau einer NawaRo-Anlage

Quelle: LFL
Kleinanlage
Quelle: Krieg & Fischer Ingenieure GmbH
NawaRo-Anlage
Eine NawaRo-Anlage (Hofbiogasanlage) ist relativ einfach aufgebaut. Gülle wird dem Fermenter diskontinuierlich per Pumpe eingegeben. Der Fermenter besteht aus einem luftdichten und Edelstahl- oder Betonbehälter. Diese sind mit einer Isolierung versehen, da im Inneren für die Mikroorganismen eine konstante Temperatur gehalten werden muss. Der Fermenter ist auf mesophile Temperaturen (etwa 35 °C) oder thermophile Temperaturen (etwa 55°C) ausgelegt.

Im Fermenter befindet sich ein Rührwerk, welches die erforderliche und völlige Durchmischung des Inhalts sicherstellt. Hierbei ist darauf zu achten, dass sich weder eine Schwimmschicht auf der Substratoberfläche bildet noch Sedimentation am Behälterboden entsteht. Zusätzlich müssen die Mikroorganismen mit allen notwendigen Nährstoffen versorgt werden. Die Aufenthaltszeit der Gülle im Fermenter liegt, abhängig von der Art des Substrates (Silage), zwischen 20 und 40 Tagen. Während dieser Zeit werden die organischen Substanzen der Füllung von den Mikroorganismen umgewandelt. Hierbei entsteht Biogas und ausgegaste Gärreste. Das zwischengelagert wird und wegen des hohen Ammoniumgehalts (NH4) als Dünger verwendet. Das Biogas gelangt in einen Gasbehälter, von dem aus ein Blockheizkraftwerk versorgt und in Strom und Wärme umgewandelt wird,
Schematischer Aufbau einer Kofermentationsanlage
Quelle: LFL
Kleinanlage
Quelle: Krieg & Fischer Ingenieure GmbH
Biogas-Aufbereitung - Druckwasserwäsche (DWW)
Anlagen-System zur Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität mittels Druckwasserwäsche
Quelle: ÖkoBit
Kofermentationsanlage
Um die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen zu steigern, wird nicht nur Gülle, sondern auch sonstige organische Substanzen (Kofermente) der Anlage zu gegeben. Kofermente sind Fette, Ernterückstände, Marktabfälle, Rückstände der Nahrungsmittelindustrie und Schlachtabfälle. Durch diese Zugabe wird die Biogasproduktion erhöht.
Kofermentationsanlagen sind normalerweise größer als die üblichen Hofbiogasanlagen (NawaRo-Anlagen) und entsprechen einem industriellen Standard. Diese meisten größerdimensionierten Kofermentationsanlagen liegen im Zentrum von größeren landwirtschaftlichen Betrieben, die die Gülle zur Anlage liefern. Zusätzlich werden Kofermente geliefert, sodass ein gängiges Mischungsverhältnis von Gülle zu Kofermenten bei 3:1 bis 2:1 liegt.
Die Kofermente werden in geschlossenen Behältern gelagert, um die Geruchsemissionen zu mindern. Sie werden gehäckselt bzw. gemahlen mit der angelieferten Gülle vermischt. Wenn eine Hygienisierung erforderlich ist, erfolgt diese meist bei einer Temperatur von 70 °C und einer Dauer von 1 Stunde für eine maximale Partikelgröße von 1 cm. Für die anschließende Homogenisierung werden im Mischbehälter leistungsstarke Rührwerke benötigt.
Die ausgegasten Gärreste werden in Lagerbehälter gepumpt, um noch möglicht viel Biogas sammeln zu können. Obwohl die Gasproduktion im Endlager nicht besonders groß ist, ist es trotzdem sinnvoll dieses aufzufangen und zu nutzen. Manche Lager werden auch mit einem innenliegenden Gasspeicher ausgerüstet. Danach werden die Gärreste wegen des hohen Ammoniumgehalts (NH4) als Dünger verwendet.
Das produzierte Biogas wird in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) in Strom und Wärme umgewandelt. Wenn aufgrund einer zu hohen Gasproduktion keine Gasabnahme gewährleistet sein, so wird Gas abgefackelt.

Besser wäre natürlich eine Gasaufbereitungs-Technik, mit der das erzeugte Biogas auf Erdgasqualität aufbereitet wird. Dabei kann der Methangehalt des Bioerdgases mittels verschiedener Verfahrensweisen erhöht werden. Für eine Biogas-Aufbereitung mittels Druckwasserwäsche (DWW) werden lediglich größere Mengen Wasser als Absorptionsmittel benötigt. So kann bei der DWW auf den Einsatz von Chemikalien verzichtet werden. Weiterer Vorteil der Druckwasserwäsche ist der hohe Reinheitsgrad des mit der DWW-Technik aufbereiteten Biogases. Der Methangehalt beträgt mindestens 97 %, der CO2-Gehalt ist größer als 2,5 % und der Methanverlust liegt unter 2 %.
Das aufbereitete Biogas kann in das öffentliche Erdgasnetz eingespeist werden oder als Treibstoff in Erdgastankstellen für PKW, LKW oder Busse eingesetzt werden.

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