Biogasproduktion.
Wie wird Biogas gewonnen und verwendet?
In Biogasanlagen wird aus Pflanzenresten und anderen organischen Materialien Biogas gewonnen. Es kann zur Wärme- und Stromerzeugung sowie als Kraftstoff genutzt werden. Erfahren Sie, wie Biogas produziert und aufbereitet wird.
Inhaltsverzeichnis
Biogas als Energieträger nutzen
Wer Berlin verlässt und durch ländliche Gebiete fährt, wundert sich oft über die kegel- oder kuppelförmigen Gebäude, die in der Nähe von Bauernhöfen stehen. Es handelt sich dabei um Biogasanlagen zur Biogasproduktion. Rohbiogas kann direkt zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden. Für die Einspeisung in das Gasnetz und die Nutzung als Kraftstoff muss es zu Biomethan aufbereitet werden.
Bei der Verbrennung von Biogas entsteht Kohlendioxid (CO2). Wie hoch die Treibhausgasemissionen insgesamt ausfallen, hängt unter anderem von den eingesetzten Substraten, ihrer Erzeugung, dem Anlagenbetrieb und möglichen Methanverlusten ab.
Biogasproduktion: Wie funktionieren Biogasanlagen?
Im Fermenter bauen Mikroorganismen organische Materialien unter Ausschluss von Sauerstoff ab. Dabei wird das Substrat abhängig vom eingesetzten Verfahren auf einer geeigneten Prozesstemperatur gehalten. Bei diesen organischen Abfällen handelt es sich um Bioabfall, Lebensmittelreste, Grünschnitt, Schlachtabfälle oder sogenannten Festmist.
Während des Gärungsprozesses entsteht Biogas, das nach oben steigt und sich unter der gewölbten Haube des Behälters staut. Über ein Rohrsystem gelangt das Biogas entweder zu einer Anlage zur Reinigung und Aufbereitung oder direkt zu einem Blockheizkraftwerk. Bei der Aufbereitung werden Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Wasserdampf und weitere unerwünschte Bestandteile mit unterschiedlichen technischen Verfahren entfernt. Dadurch erhöht sich der Methananteil und es entsteht Biomethan. Das zu Biomethan aufbereitete Biogas besitzt Erdgasqualität und kann in das Gasnetz eingespeist oder als Kraftstoff genutzt werden.
Was ist Biomasse?
Biomasse umfasst organisches Material pflanzlicher oder tierischer Herkunft, darunter Energiepflanzen, Holz, Gülle, Mist sowie biogene Abfälle und Reststoffe aus Landwirtschaft, Haushalten und Industrie. Beispiele sind: Reste von Zuckerrüben, Mais, Gras oder andere Pflanzen, Faulschlamm aus Kläranlagen oder der Inhalt von Biotonnen. Seit den 1980er-Jahren hat die landwirtschaftliche Biogasproduktion in Deutschland zunehmend an Bedeutung gewonnen.
Was sind die Vorteile und Nachteile der Biogasproduktion?
Als Substrate können anfallende Reststoffe wie Gülle, Mist und Pflanzenreste sowie eigens angebaute Energiepflanzen und daraus hergestellte Silagen eingesetzt werden. Biogasanlagen können diese organischen Abfälle und Reststoffe zur Erzeugung von Gas nutzen und die Energieversorgung vor Ort ergänzen. Nach der Biogasproduktion bleibt Gärsubstrat zurück, das unter Einhaltung der düngerechtlichen Vorgaben in der Landwirtschaft als Dünger eingesetzt werden kann.
Die Biogasproduktion steht jedoch in Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion, wenn Mais, Raps oder Sonnenblumen als sogenannte Energiepflanzen extra für den Einsatz in Biogasanlagen angepflanzt werden.
Stromerzeugung aus Biogas
Ein hoher Gesamtwirkungsgrad wird erreicht, wenn Biogas in Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt und neben dem erzeugten Strom auch ein möglichst großer Teil der Wärme genutzt wird. Blockheizkraftwerke erreichen je nach Anlage einen Gesamtwirkungsgrad von etwa 85 bis 90 Prozent. In der sogenannten Kraft-Wärme-Kopplung wird die im Biogas enthaltene Energie besonders effizient genutzt.
In diesen Kraftwerken arbeiten effiziente Verbrennungsmotoren, die das Biogas verbrennen und in Bewegungsenergie und Abwärme umwandeln. Die entstehende Abwärme fließt zu großen Teilen in die Biogasanlage zurück, wo sie für den Prozess der Gärung im Fermenter genutzt wird. Der Motor treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Der Strom wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist.
Was geschieht mit dem Gärsubstrat in Biogasanlagen?
Das bei der Biogasproduktion entstehende Gärsubstrat kann unter Einhaltung der düngerechtlichen Vorgaben in der Landwirtschaft als Dünger eingesetzt werden. Ein Vorteil dieses fermentierten Düngers ist, dass er weniger stark riecht als Gülle, wenn er auf den Feldern verteilt wird. Zugleich kann der Bedarf an Kunstdünger reduziert werden.
Wo ist der Einsatz von Biogas am sinnvollsten?
Die effizienteste Nutzung ist der Verbrauch im direkt angeschlossenen Blockheizkraftwerk, um Strom und Wärme zu erzeugen. Biogas kann aber auch zu Biomethan aufbereitet werden. Dann kann es in das Erdgasnetz eingespeist, dort gespeichert und dezentral zur Strom- und Wärmeversorgung genutzt oder als Treibstoff in Erdgasfahrzeugen verwendet werden.
Biomethan kann in das Gasnetz eingespeist, über die angeschlossene Infrastruktur verteilt und bilanziell gespeichert sowie zur Strom- und Wärmeerzeugung oder als Kraftstoff genutzt werden.
Wie viel Strom erzeugt eine Biogasanlage?
Wird ein Hektar Grasschnitt zu Biogas vergoren, ist mit einem Ertrag von 4.000 Kubikmetern Biogas zu rechnen. Ein Hektar Mais oder Futterrüben bringt sogar bis zu 10.500 Kubikmeter Biogas. Je nach Methananteil können mit einem Kubikmeter Biogas 1,9 bis 3,2 Kilowattstunden (kWh) Strom erzeugt werden.
Wer hat Biogas entdeckt?
Die Entdeckung von Methan wird Alessandro Volta zugeschrieben, der 1776 brennbares Gas aus dem Schlamm am Lago Maggiore untersuchte. Volta untersuchte 1776 brennbares Sumpfgas, unterschied es von Wasserstoff und führte dessen Entstehung auf den Abbau organischer Stoffe zurück.
Dieser Gärungsprozess wird auch als anaerobe, also unter Ausschluss von Sauerstoff stattfindende biologische Umwandlung bezeichnet. Bei der anaeroben Vergärung bauen verschiedene Mikroorganismen Fette, Kohlenhydrate und Proteine in mehreren Prozessstufen ab. Dabei entstehen schließlich vor allem Methan und Kohlendioxid.
Dieses Gas besteht zu 50 bis 75 Prozent aus Methan, zu 25 bis 50 Prozent aus CO2 und zu geringen Mengen aus Sauerstoff, Stickstoff und Spurengasen. Für die Brennbarkeit ist im Wesentlichen das Methangas verantwortlich.