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Biogasproduktion: Wie wird Biogas gewonnen und verwendet?

In Biogasanlagen werden Pflanzenreste als erneuerbare Energie für Fahrzeuge, Heizungen oder Kraftwerke nutzbar gemacht. Wie funktioniert das? Ein Einblick in die Biogasproduktion.

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. Das in diesen Anlagen produzierte Gas kann in die Erdgasinfrastruktur eingespeist werden, es kann aber auch zur Erzeugung von elektrischer Energie oder zum Betrieb von Fahrzeugen dienen.

Biogas leistet einen wichtigen Beitrag zur Energiewende, denn es verbrennt klimaneutral. Das bei der Verbrennung entstehende Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) wurde vorher von Pflanzen aus der Luft gebunden. 

Biogasproduktion: Wie funktionieren Biogasanlagen?


Im kuppelförmigen Behälter, auch Bioreaktor oder Fermenter genannt, werden organische Abfälle unter Ausschluss von Sauerstoff erwärmt und beginnen dabei zu gären. Bei diesen organischen Abfällen handelt es sich um Bioabfall, Lebensmittelreste, Grünschnitt, Schlachtabfälle oder sogenannten Festmist. Diese Abfälle werden auch als Substrat bezeichnet.

Während des Gärungsprozesses entsteht Biogas, das nach oben steigt und sich unter der gewölbten Haube des Behälters staut. Durch eine Öffnung in der Decke und ein angeschlossenes Rohrsystem gelangt das Gas zur Weiterverwertung in die Aufbereitungsanlage. Mithilfe eines chemischen Prozesses werden im Wesentlichen die im Biogas enthaltenen Gase Kohlenstoffdioxid und Schwefel entfernt. Das gereinigte Biogas kann wie Erdgas weiterverwendet werden.

Was ist Biomasse?


Bei Biomasse handelt es sich im Wesentlichen um Abfälle aus der Landwirtschaft: Reste von Zuckerrüben, Mais, Gras oder andere Pflanzen. Auch Exkremente von Tieren, Faulschlamm aus Kläranlagen oder der Inhalt von Biotonnen können zum Einsatz kommen. Erst in den 80er-Jahren wurde die Landwirtschaft als potenzieller Lieferant für die Biogasproduktion entdeckt.

Was sind die Vorteile der Biogasproduktion?


Das Rohmaterial, das sogenannte Substrat oder auch Silage, fällt ohnehin an und kann durch Landwirte in der näheren Umgebung bereitgestellt werden. Biogasanlagen leisten somit einen wertvollen Beitrag zur alternativen und dezentralen Energiegewinnung und schließen Stoffkreisläufe durch die Verwertung biologischer Abfälle.

Als Restmaterial nach Abschluss der Biogasproduktion bleibt wertvolles Gärsubstrat übrig, das als Dünger in der Landwirtschaft wiederverwendet werden kann. So ist die Biogasproduktion eine zusätzliche Verwertungsmethode für Abfälle. Nur wenn Mais, Raps oder Sonnenblumen extra für den Einsatz in Biogasanlagen angepflanzt werden („Energiepflanzen“), steht die Biogasproduktion in Konkurrenz mit der Nahrungsmittel-Produktion.

Stromerzeugung aus Biogas?


Biogas erreicht seinen maximalen Wirkungs- und Versorgungsgrad, wenn es gleichzeitig zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt wird. In der sogenannten Kraft-Wärme-Kopplung weist es die beste Klimabilanz auf. Deshalb sind zum Beispiel in der GASAG-Biogasanlage im brandenburgischen Schwedt zwei Blockheizkraftwerke direkt an die Biogasanlage angeschlossen. 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 während der Biogasproduktion ausgegorene Gärsubstrat, das Endprodukt der Fermentation, wird von den Landwirten der Umgebung als hochwertiger biologischer Dünger genutzt. Ein Vorteil dieses fermentierten Düngers ist, dass er weniger stark riecht als Gülle, wenn er auf den Feldern verteilt wird. Zugleich werden Kosten und Umweltbelastung für Kunstdünger reduziert.

Wo macht der Einsatz von Biogas am meisten Sinn?


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.

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 bringen sogar bis zu 10.500 Kubikmeter Biogas.

Je nach Methananteil können mit einem Kubikmeter Biogas 1,9 bis 3,2 kWh Strom erzeugt werden. Die Biogasproduktion der GASAG in Schwedt erbringt eine mittlere elektrische Leistung von 2,1 MW. Für die Stromerzeugung bedeutet das eine jährliche Produktion von 17.400.000 kWh (17,4 GWh). Diese Menge entspricht der Versorgung von etwa 4.350 Einfamilienhäusern.

Wer hat Biogas entdeckt?


Der Begriff geht bis ins 18. Jahrhundert zurück. Der italienische Physiker und Naturforscher Alessandro Volta, auf dessen Namen die Maßeinheit für die elektrische Spannung zurückgeht, setzte im schlammigen Untergrund des Comer Sees Sumpfgas frei und brachte es zum Verbrennen. Er entdeckte als Erster, dass organische Stoffe bei ihrem Abbau brennbares Methangas erzeugen, sofern sie dabei von der Sauerstoffzufuhr abgetrennt werden. Dieser Gärungsprozess wird auch „anaerob“ genannt, zu Deutsch etwa luftlose, biologische Umwandlung. Bei diesem Prozess werden Fette, Kohlenhydrate und Eiweiße von Mikroorganismen in niedermolekulare Bausteine zerlegt: darunter auch Biogas. Dieses natürliche Gas besteht zu 50 bis 75 Prozent aus Methan, zu 25 bis 50 Prozent aus Kohlendioxid (CO2) und zu geringen Mengen aus Sauerstoff, Stickstoff und Spurengasen. Für die Brennbarkeit ist im Wesentlichen das Methangas verantwortlich.