Biogas - sev- · PDF file3 Solarenergieförderverein Bayern – Biogas Vorteile der Energiealternative Biogas Biogas ist eine dezentral verfügbare erneuerbare Energieform, die

Prinzip – Komponenten – Anwendung

Biogas –Strom und Wärme aus der Natur

3 Vorteile der Energiealternative Biogas

4 Zur Geschichte der Biogasnutzung

5 Vom Landwirt zum Energiewirt/

Marktentwicklung

6 Flächenverfügbarkeit

7 Förderung durch das EEG

8 Grundlagen der Biogaserzeugung/

Biogasprozess

9 Einsatzstoffe zur Biogasgewinnung

10 Anwendung/Anlagenaufbau/

Komponenten einer Biogasanlage

12 Schema der Biogas-Verwertungskette/

Glossar

14 Voraussetzungen für eine Biogasanlage

15 Strom- und Wärmeproduktion/

Kosten und Wirtschaftlichkeit

17 Finanzierung

18 Rechtliche Anforderungen an Biogasanlagen/

Genehmigung von Biogasanlagen/

Betrieb und Überwachung

19 Kontrollierte Prozessführung/

Temperaturen der Biogaserzeugung/

Indikatoren der Prozessqualität

20 Die Biogasanlage Schwandorf

21 Der Eigenstrombedarf von Biogasanlagen

22 Weiterführende Informationen

Inha

lt Der Klimawandel, die Belastung der Um-

welt, die Importabhängigkeit, steigende

Energiepreise und die knapper wer-

denden fossilen Energieträger machen

ein Umdenken beim Thema Energie er-

forderlich. Der Einsatz von erneuerbaren

Energien muss forciert und Energie muss

effizienter genutzt werden als bisher.

Der dezentralen, autarken Energieversor-

gung, wie z. B. durch Nutzung von Biogas,

kommt dabei eine besondere Bedeutung

zu. Mit Biogas ist es möglich, ökologisch

und ökonomisch sinnvoll zur Lösung der

genannten Probleme beizutragen und

zugleich die Energieversorgung in Form

von Strom und Wärme, sowie die Mobi-

lität zu sichern. Zudem kann Biogas hei-

mische Arbeitsplätze erhalten und neue

schaffen.

Der von E.ON Bayern betreute Solar-

energieförderverein Bayern e. V. (SeV) hat

sich zur Aufgabe gemacht, auf Solarener-

gie basierende Energien zu fördern. Die

Möglichkeiten der Biogasnutzung sind

in der Öffentlichkeit noch wenig bekannt.

Mit dieser Broschüre will der SeV über

Prinzip, Funktion und Einsatzbereiche

von Biogasanlagen informieren und das

Potenzial und die Zukunftsfähigkeit von

Biogas belegen.

2Solarenergieförderverein Bayern – Biogas


Vorteile der Energiealternative Biogas

Biogas ist eine dezentral verfügbare

erneuerbare Energieform, die fossile

Brennstoffe ersetzen kann. Es entsteht

durch Vergärung tierischer und pflanz-

licher Stoffe unter Luftabschluss. Biogas

besteht zu etwa 50 - 70 % aus Methan:

Es kann als Energieträger zur Strom-

erzeugung und Wärmeversorgung in

Blockheizkraftwerken (BHKW) sowie als

Treibstoff eingesetzt werden. Nach spe-

zieller Aufbereitung kann Biogas zudem

ins Erdgasnetz eingespeist werden.

Die Nutzung erfolgt idealerweise durch

Kraft-Wärme-Kopplung. Das Biogas wird

in einem BHKW zur gleichzeitigen Strom-

und Wärmeerzeugung eingesetzt. Aus

1 m3 Biogas lassen sich etwa 2 kWh

Strom und 2,5 kWh Wärme erzeugen.

Allerdings wird die Wärme derzeit nur

in den seltensten Fällen genutzt, weil

Wärmenetze und -senken an Biogas-

standorten häufig fehlen.

Durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz

(EEG) ist die Bedeutung von Biogas in

Deutschland erheblich gewachsen. Für

die Einspeisung des erzeugten Stroms in

das öffentliche Netz erhält der Betreiber

eine Vergütung, die, verbunden mit den

Boni für Kraft-Wärme-Kopplung und die

Nutzung nachwachsender Rohstoffe,

den Betrieb von kompetent geführten

Biogasanlagen wirtschaftlich macht.

Die Erzeugung und Nutzung von Biogas

ist überall dort möglich, wo größere

Mengen organischer Abfälle direkt vor Ort

anfallen oder wo anderweitig organische

Stoffe zur Verfügung stehen. Neben der

Landwirtschaft ist die Biogasnutzung

auch für andere Branchen – etwa Lebens-

mittel, Brauereien – interessant.

Das regenerative Biogas muss nicht

importiert werden. Sein Preis ist von

steigenden Öl- und Gaspreisen nahezu

abgekoppelt. Gegenüber den weiteren

erneuerbaren Energien Windkraft und

Photovoltaik hat Biogas den Vorteil, dass

Biogas gehört in die Gruppe der Biomasse, die definiert wird als „gespeicher-

te Energie, die von Pflanzen mit Hilfe der Photosynthese aus Sonnenenergie,

aus Kohlenstoff der Luft sowie aus Wasser und Mineralien produziert wird.

Es handelt sich um organische Stoffe, in der Natur lebende und wachsende

Materie sowie Abfallstoffe lebender und toter Organismen“ (BINE, 1996).

Im Sinne einer ökologischen Kreislauf- und einer umweltfreundlichen Abfall-

wirtschaft schont die Biogasgewinnung Klima, Umwelt und Ressourcen. Mit

Hilfe des Einsatzes von Energiepflanzen, organischen Abfällen und Reststoffen

aus der Landwirtschaft sowie Abfallstoffen aus Industrie, Gewerbe und Kom-

munen entsteht ein neuer Energieträger, mit dem Strom, Wärme und Kraftstoff

erzeugt werden.

Biogasanlage (Foto: Schmack Biogas)

Verdienstmöglichkeiten

Biogas bietet verschiedene Einnah-mequellen, die je nach Situation variieren.

• Eigenbetrieb als Energiewirt:- Verkauf des erzeugten Stroms - Abgabe von Wärme - Wirtschaftsdünger- Entsorgung von Abfällen • Betreiber für Investoren:- Pachteinnahmen - Anbau von Substraten- Arbeitsleistung beim Betrieb

Energie kontinuierlich erzeugt, aber auch

auf einfache Weise gespeichert werden

kann. Biogas kann damit einem konventio-

nellen Kraftwerk vergleichbar eingesetzt

werden, etwa für Spitzenstrom. Dies führt

zu einer immer intensiveren Verbindung

von Energie- und Landwirtschaft.

Auch der Aspekt der umweltschonenden

Energieversorgung aus heimischen und

nachwachsenden Produkten spricht für

den vermehrten Einsatz von Biogas. Die

Kohlendioxidbilanz der Energiegewin-

nung aus Pflanzen ist bei Biogas neutral.

Beim Einsatz von Gülle ist der Vorteil für

die Umwelt die kontrollierte Methan-

erzeugung, anstelle eines unkontrollier-

ten Ausströmens in die Atmosphäre.

Über besondere Gas-Aufbereitungs-

verfahren kann Biogas zudem auch ins

Erdgasnetz eingespeist werden und da-

mit diesen begrenzten Energieträger in

Zukunft teilweise ersetzen. Nach einer

Studie des Bundesverbandes der Gas-

und Wasserwirtschaft kann Biogas bis

2030 über 10 % des Erdgasabsatzes er-

setzen und damit einen Beitrag zu einer

krisensicheren, preisstabilen, heimischen

Energieversorgung leisten. Es ließen sich

auch Verbraucher beliefern, die nicht

mehr zwangsläufig in unmittelbarer

Nähe zur Biogasanlage angesiedelt sind.

Zur Geschichte der Biogasnutzung

Mit der Entdeckung „brennbarer Luft“ in Seeschlamm (Sumpf-

gas = Methan) durch Alessandro Volta, begann 1776 die Erfor-

schung von Biogas.

1821 identifizierte Michael Faraday Methan als Kohlenwasser-

stoff. Amedeo Avogadro entdeckte im gleichen Jahr die che-

mische Formel für Methan – CH4.

Die technische Nutzung von Biogas beginnt Mitte des 19. Jahr-

hunderts in Indien. Das aus wenigen Kubikmetern Fermenter-

volumen anfallende Biogas diente zur Deckung des Energiebe-

darfes im Haushalt.

1868 entdeckte Antoine Béchamp den mikrobiellen Ursprung

der Methanbildung.

Mit der Nutzung von Klärgas für die Straßenbeleuchtung in

Exeter, England, begann in Europa Ende des 19. Jahrhunderts

eine über den Haushaltsbedarf hinausgehende Erzeugung. In

der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde Klärgas in groß-

em Maßstab für die Beleuchtung und für städtische Fuhrparks

eingesetzt.

Erst nach dem 2. Weltkrieg wird die Landwirtschaft als poten-

zieller Lieferant für Biogas entdeckt. In Deutschland bewies

Karl Imhoff 1947, dass der Stallmist einer einzigen Kuh hundert mal so viel Gas

erzeugt wie der Klärschlamm eines städtischen Einwohners. In einer ersten Welle

entstanden Anfang der 50er Jahre rd. 50 Biogasanlagen, konnten sich aber gegen

das billige Heizöl Mitte der 50er Jahre nicht durchsetzen. Erst Anfang der 1970er

Jahre setzte durch die Ölkrise erneut eine verstärkte Nachfrage nach Biogas ein,

aber auch diese 2. Welle verebbte angesichts günstiger Mineralölpreise.

Ihren noch heute anhaltenden Schub erhielt die Biogastechnologie in den 1990er

Jahren. Die gesetzliche Regelung der Einspeisevergütung für Strom aus Biogas

(1992) und das 1994 verabschiedete Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz führ-

ten zu diesem Aufschwung. 2000 löste das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

das Stromeinspeisungsgesetz ab und sorgt, insbesondere auch mit seiner No-

vellierung 2004, bis heute für eine stark steigende Zahl von Biogasanlagen in

Deutschland.


Anzahl der Biogasanlagen ca. 3.700

Installierte elektrische Leistung ca. 1.300 MWel

Neuzubau ca. 200 MWel

Stromerzeugung rd. 6 Mrd. kWh

Anteil an deutscher Stromprod. rd. 1 %

Geschätzter Umsatz Anlagenbau 1 Mrd. EUR/a

Arbeitsplätze rd. 10.000

Nutzfläche für Biogas ca. 325.000 ha

Vermiedene CO2-Emissionen 6 Mio. t CO2-Äquivalent

(entspricht der Verfeue-

rung von rd. 2 Mrd.

Liter Heizöl EL)

Biogasbranche in Deutschland 2007

Vom Landwirt zum Energie-wirt

Biogas kann der Landwirtschaft ein zu-

sätzliches Standbein und ein langfristi-

ges Zusatzeinkommen bieten. Die Wert-

schöpfung über Bioenergie ist eine relativ

sichere Perspektive, da fossile Energieträ-

ger stetig teurer werden und die Erlöse

aus Biogas über das EEG gesichert sind.

Die Reststoffe der Biogasanlagen dienen

überdies als hochwertiger, geruchsarmer

Dünger. Ein Landwirt, der den Schritt zum

„Energiewirt“ geht, hat nach den gleichen

Gesetzmäßigkeiten und Vorschriften zu

handeln wie bisher. Er wirtschaftet also

auf vertrautem Boden.

Von Biogasanlagen profitieren nicht nur

Landwirte, sondern auch Bauunterneh-

mer, Anlagenhersteller, Maschinenbauer,

Installateure, Chemiker und Wartungs-

unternehmen aus der Region. Die Wert-

schöpfungskette ist rein inländisch.

Marktentwicklung

In der Regel brauchen Zukunftstechno-

logien eine Anschubfinanzierung, damit

sie sich am Markt durchsetzen können.

Um für die Nutzer einen wirtschaftlichen

Betrieb zu gewährleisten, sind z. B. staat-

liche Förderprogramme eine wichtige

Hilfe. In Deutschland wurde mit dem In-

Kraft-Treten des Erneuerbare-Energien-

Gesetzes (EEG) im Jahr 2000 Investoren

eine stabile Vergütung für den aus Bio-

Einsatzstoffe

• Gülle, Mist (unproblematisch)

• Energiepflanzen: Gras, Mais, Getreide (technisch schwieriger)

• Abfälle aus der Lebens- oder Futtermittelindustrie

(genehmigungsbedürftig)

• Biomüll, Produkte tierischen Ursprungs, z. B. Schlachtabfälle

(genehmigungsbedürftig; schwierig zu vergären)

Die Reststoffe aus Biogasanlagen, z. B. die vergorene Gülle aus der Landwirt-

schaft, können als hochwertiger Dünger verwendet werden. Geruchsemissionen

sind hierbei minimiert.


Flächenverfügbarkeit

Das größte Potenzial zur Biogasgewin-

nung liegt beim Einsatz von speziell an-

zubauenden nachwachsenden Rohstof-

fen (NawaRo). Die landwirtschaftliche

Ackerfläche in Deutschland beträgt fast

12 Millionen Hektar und wird größtenteils

zur Nahrungsmittelproduktion genutzt.

In Deutschland wurde 2007 Bioenergie

auf einer Fläche von knapp 2 Mio. Hektar

angebaut, davon rd. 25 % auf Stilllegungs-

flächen.

Flächennutzung in Deutschland

53 %landwirt-schaftliche Fläche

30 %Wald

13 %bebaut

Wasser 2 % Sonstige 2 %

energie produzierten elektrischen Strom

garantiert. Dadurch wuchs die Zahl an

Biogasanlagen.

Für die Umwandlung pflanzlicher und

tierischer Abfallstoffe sowie von Energie-

pflanzen in elektrische und Wärme-Ener-

gie ist inzwischen bundesweit eine elek-

trische Gesamtleistung von über 1.000

Megawatt (MW) installiert (1 MW = 1.000

Kilowatt/Ende 2006 1.200 MW in ca. 3.500

Anlagen). Im Jahr 2006 sind hieraus rd. 5

Mrd. kWh Strom geliefert worden. Dies ist

mehr als das doppelte der Energieerzeu-

gung, die von den Solarstromanlagen im

gleichen Jahr gekommen ist.

Zwei Drittel des Umsatzes der mittel-

ständischen Unternehmen fließen heute

direkt in die Region des jeweiligen Stand-

ortes.

Die meisten Biogas-Anlagen stehen in

Bayern. 1.500 Biogasanlagen speisen hier

etwa 330 MW Strom in das Netz ein. Rd.

7 % der landwirtschaftlichen Ackerfläche

(150.000 ha) werden für die notwendigen

Energiepflanzen genutzt. Niedersachsen

ist bei der installierten Leistung füh-

rend. Der Trend geht hin zu Anlagen

höherer Leistung mit mehreren 100 bis

1.000 Kilowatt. Auch Projekte mit mehre-

ren Megawatt elektrischer Leistung wur-

den bereits realisiert.


Biogasanlage (Foto: EnviTec Biogas)

(Quelle: Statistisches Bundesamt)

Wenn die landwirtschaftlichen Flächen

künftig signifikant zur Energieversor-

gung genutzt werden, kann dies auch

Rückwirkungen auf den Nahrungsmittel-

markt haben. Die steigenden Lebensmit-

telpreise in 2007 sind ein erster Indikator

hierfür, auch wenn die Ursachen noch

nicht in Deutschland liegen, sondern auf

die anhaltende Dürre in Australien, den

massiven Einstieg einiger Länder in die

Biokraftstoff-Herstellung und den gestie-

genenen Getreidebedarf in Asien zurück-

Förderung durch das EEG

Mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz

(EEG) hat die Bundesregierung einen wich-

tigen Schritt zur Förderung Erneuerbarer

Energien getan. Auch Biomasse – und als

Teilbereich davon das Biogas – wird berück-

sichtigt. Für die Betreiber von Biogasanla-

gen wurde durch die Einspeisevergütung

eine Förderung geschaffen, mit der die Wirt-

schaftlichkeit dieser Anlagen für den Betrei-

ber erreicht werden kann.

Vergütung für Strom aus Biomasse (§ 8 EEG) bei Inbetriebnahme 2008 (in ct/kWh)

Anlagenleistung bis 150 kWel bis 500 kWel bis 5 MWel über 5 MWel

10,83 9,32 8,38 7,91

NawaRo-Bonus Erhöhung der Mindestvergütung bei Stromerzeugung aus- schließlich aus Pflanzen, Pflanzenbestandteilen, Gülle aus der Tierhaltung und Schlempe aus landwirtschaftlicher

+ 6,00 + 6,00 + 4,00 –

KWK-BonusNachweis, dass Strom gemäß Kraft-Wärme-Kopplungs-gesetz erzeugt wird (Zertifizierung)

+ 2,00 + 2,00 + 2,00 + 2,00

Technologie-Bonusfür thermochemische Vergasung, Trockenfermentation, Brennstoffzellen, Gasturbinen, Dampfmotoren, Organic-Rankine-Anlagen, Mehrstoffgemisch-Anlagen, insbes.

+ 2,00 + 2,00 + 2,00 –

Vergütungszeitraum: 20 Jahre + Jahr der InbetriebnahmeJährliche Absenkung der Mindestvergütung um 1,5 % zum Vorjahr bei Inbetriebnahme im nächsten Jahr


zuführen sind. In Deutschland ließe sich

die Anbaufläche für Biogas noch verdop-

peln, ohne dass die Selbstversorgung

berührt würde. Es ist davon auszugehen,

dass dem Bedarf der Nahrungsmittel-

produktion entsprechend, die Flächen

ausgewiesen werden und auf eine stärke-

re Verwendung von Reststoffen wie Gülle

geachtet wird.

Schematische Darstellung des anaeroben Abbaus

Ausgangsmaterial(Eiweiße, Kohlenhydrate, Proteine)

Hydrolyse (fermentative Bakterien)

einfache organische Bausteine(Aminosäuren, Fettsäuren, Zucker)

Säurebildung

niedere Fettsäuren weitere Produkte Propionsäre, Buttersäure Milchsäure, Alkohole etc.

Essigsäurebildung

Essigsäure H2 + CO2

Methanbildung

BiogasCH4 + CO2

1. Phase

2. Phase

3. Phase

4. Phase

Grundlagen der Biogas-erzeugung

Biogas ist ein brennbares Gasgemisch,

das bei der anaeroben Vergärung von

organischem Material entsteht. Anaerob

heißt, dass der Prozess unter Ausschluss

von Sauerstoff läuft (derselbe Prozess

unter Lufteinwirkung wäre die Kompos-

tierung). Das gewonnene Gas lässt sich

in einem BHKW verbrennen, wobei Strom

und Wärme erzeugt werden.

Biogas ist das Produkt eines biologischen

Prozesses, der in der Natur häufig dort

auftritt, wo Biomasse in feuchtem und

luftdichtem Milieu verrottet, z. B. im Pan-

sen von Wiederkäuern und in Güllegru-

ben. Hier wird organische Masse nahe-

zu vollständig in Gas umgewandelt. Der

Prozess läuft durch die aktive Wirkung

von Mikroorganismen ab. Dieses Biogas

besteht zu rd. zwei Dritteln aus Methan

und zu einem Drittel aus Kohlendioxid. In

geringen Mengen sind noch Wasserstoff,

Schwefelwasserstoff, Ammoniak und

andere Spurenelemente enthalten. Die

Methanbakterien sind in einem Tempera-

turbereich von 0 - 70 °C aktiv und können

nur arbeiten und sich vermehren, wenn

ihr Lebensraum einen Feuchtegrad von

mindestens 50 % aufweist.

Der Biogasprozess

Der Biogasprozess verläuft über vier Pha-

sen. Die erste Phase ist die Hydrolyse. Die

festen Substanzen werden durch bakte-

rielle Enzyme in einfachere Bestandteile

zerlegt. In der zweiten Phase erfolgt die

Säurebildung. Die gelösten Stoffe wer-

den von Bakterien zu niedermolekularen

organischen Säuren abgebaut. Dabei ent-

stehen Propionsäure, Buttersäure, Milch-

säure, Essigsäure, Alkohole und zu einem

geringen Teil Kohlendioxid, Wasserstoff,

Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Die

dritte Phase ist die Essigsäurebildung. Die

niedermolekularen organischen Säuren

und Alkohole werden von Bakterien zu

Essigsäure, Kohlendioxid und Wasserstoff

abgebaut. In der letzten Phase der Vergä-

rung erfolgt die Methanbildung. Die Es-

sigsäure wird von den aktiven Bakterien

in Methan, Kohlendioxid und Wasserstoff

umgewandelt.

Die Temperatur hat einen wichtigen Ein-

fluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit

des Faulprozesses und auf die Gaszusam-

mensetzung. Der Säurewert muss in der

Phase der Hydrolyse niedriger liegen als

in der Phase der Acetat- und Methanbil-

dung. Es ist außerdem darauf zu achten,

dass der Wassergehalt des Substrats

mind. 50 % ausmacht und der Gärbehälter

absolut luftdicht gehalten wird. Die Entga-

sung des Substrats muss durch regelmä-

ßiges Rühren gewährleistet werden. Und

die Bakterien dürfen nicht durch zu hohe

Gaben von organischer Trockensubstanz

überfordert werden.


Einsatzsubstrate

landwirtschaftliche Stoffe nach der Verordnung organische Reststoffe kommunale und gewerblicheStoffe (EG) Nr. 1774/2002 aus der Industrie Reststoffe

• Flüssigmist • Schlachtabfälle u. a. • Lebensmittelindustrie • Biotonne• Festmist • sonstige Industrie • Gastronomie• Reststoffe aus der • Grüngut Pflanzenproduktion• nachwachsende Rohstoffe (NawaRo)

Spezifische Gasausbeute verschiedener Gärsubstrate (m3 Biogas/t Substrat) (Landtechnik Weihenstephan)

Einsatzstoffe zur Biogas-gewinnung

Es werden abbaubare organische Subs-

trate eingesetzt; in landwirtschaftlichen

Anlagen überwiegend Gülle aus dem

Viehbestand und nachwachsende Roh-

stoffe. Um die Biogaserzeugung zu er-

höhen, können andere organische Stoffe

wie z. B. Grüngut mit vergoren werden

(sog. Kofermentation).

Als Einsatzstoffe für die Biogaserzeugung

eignen sich grundsätzlich alle Arten von

Biomassen, deren Hauptkomponenten

Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette, Cellulose

und Hemicellulose sind. Lignin und lignin-

krustierte Cellulose, d. h. die strukturge-

bende Komponente von Holz und Stroh,

sind als Substrat ungeeignet.

Bei den Einsatzstoffen handelt es sich zu-

nächst um Rest- oder Nebenprodukte. Sie

stammen aus Primärproduktionen der

Landwirtschaft, aus der industriellen Ver-

arbeitung pflanzlicher Produkte, aus der

Gemüse verarbeitenden Industrie, aus

der Aufbereitung tierischer Erzeugnisse,

aus der Kommunalentsorgung und der

Landschaftspflege.

25 Rindergülle

36 Schweinegülle

35 Kartoffelschlempe

39 Labmolke

68 Kartoffelschälabfälle

70 Massezuckerrübe

90 Zuckerrübenblattsilage

93 Gehaltsfutterrübe

103 Wiesengras 1. Schnitt

129 Biertreber siliert

155 Grünmais Teigreife

171 Maissilage

195 Grassilage 1. Schnitt

220 Speiseabfälle

400 Flotatfett

469 Melasse

486 Altbrot

552 Rapskuchen (15 % Fett)

600 Altfett

657 Backabfälle

Nachwachsender Rohstoff, z. B. Mais,

Getreide und Rüben, verfügt über einen

hohen Energiegehalt. Mais ist aufgrund

seiner hohen Ertragsfähigkeit, der be-

währten Produktionstechnik und der

relativ einfachen Konservierbarkeit ide-


al für die Verwertung in Biogasanlagen

geeignet.

Anwendung

Haupteinsatzbereich des Biogases ist

zurzeit die dezentrale Strom- und Wärme-

erzeugung in Blockheizkraftwerken. Ein

mit Biogas befeuerter Verbrennungs-

motor treibt hier einen Generator zur

Stromerzeugung an. Die Abwärme des

Motors sowie der Wärmeinhalt der Ab-

gase werden zur Beheizung des Faul-

behälters und zum Beheizen und zur

Brauchwarmwasserversorgung in der

Nähe liegender Gebäude eingesetzt.

Biogas kann auch als Kraftstoff und als

Energieträger für Mikrogasturbinen, Stir-

lingmotoren oder in Zukunft für Brenn-

stoffzellen verwendet werden.

Mit Blockheizkraftwerken können Büro-

gebäude, Schulen, Krankenhäuser, Wohn-

komplexe zuverlässig beheizt werden.

Derzeit steht die Stromproduktion oft

noch im Vordergrund. Für den wirtschaft-

lichen Betrieb nimmt die Wärmebereit-

stellung aus Biogas aber einen zentralen

Stellwert ein.

Prinzipieller Anlagenaufbau

Eine Biogasanlage besteht aus den

Komponenten Vorbehälter (Vorgrube),

Feststoffdosierer, mindestens einem

Faulbehälter (Fermenter) und einem La-

gerbehälter für die Gärrückstände (Gül-

lelager). Hinzu kommen ein Gasspeicher,

die Gasreinigung und, für die Nutzung

des Biogases vor Ort, das BHKW.

Komponenten einer Biogas-anlage

Das Substrat wird durch eine Anliefer-

oder Übernahmestation bereitgestellt.

Dort kann es vor seinem Einsatz aufberei-

tet werden (Zerkleinerung, Vormischung,

Störstoffsortierung oder Hygienisierung).

Durch ein Rührgerät werden die Substra-

te vermischt und das Material homoge-

nisiert. Anschließend wird es durch eine

Pumpe in den Fermenter befördert. Zur


In Bau befindliche 20 MW Biogasanlage in Penkun (Foto: EnviTec Biogas)

Einbringung der Substrate werden Kratz-

bodenförderer, Einbringschnecken und

Dosierwalzen verwendet.

Die Vergärung findet im Herz der Bio-

gasanlage statt, dem Faulbehälter bzw.

Fermenter. Er kann aus Stahl oder Beton

bestehen, rechteckig oder zylindrisch, lie-

gend oder stehend sein. Unabhängig von

der baulichen Ausführung des Fermen-

ters müssen folgende Voraussetzungen

erfüllt werden:

• Licht- und Luftabschluss

• Flüssigkeits- und Gasdichtigkeit

• Beheizbarkeit, gute Wärmedämmung

Das erzeugte Biogas wird in einem Gas-

speicher aufgefangen, der zumeist Teil

des Fermenters ist. Die Speicherkapazität

richtet sich nach der täglichen Gasproduk-

tion und der Verwendung des Biogases.

Am gebräuchlichsten sind Niederdruck-

speicher, insbesondere in Form von Folien-

hauben, die direkt auf dem Fermenter

angebracht werden bzw. auch separate

Folienbehälter. Die Folie muss UV-bestän-

dig, gasdicht und druckfest sein.

Vom Fermenter gelangt das ausgefaulte

Substrat, das nicht direkt verwertet wer-

den kann, in das Zwischenlager (Gärrück-

standslager). Dieses kann durch eine

Abdeckung zum Nachgärbehälter ausge-

baut werden, was die Nutzung der Bio-

masse aus der Nachgärung ermöglicht.

Durch die Fermentation ist das vergorene

Substrat geruchsarm.

Vor seiner Verwendung wird das erzeugte

Biogas über eine Gasstrecke mit Mess-

einrichtungen (u. a. Temperatur und pH-

Wert), Kondensatabscheider, Entschwe-

felung und sonstiger Gasreinigung und

der bei Gasen erforderlichen Sicherheits-

technik geführt. Am Ende der Kette steht

meist das Blockheizkraftwerk zur Biogas-

verwertung für die Produktion von Strom

und Wärme. Von der hier erzeugten Wär-

me werden etwa 20 % wieder in den Fer-

mentationsprozess zurückgeführt.

Rührwerke sorgen in der Vorgrube und

dem Fermenter für die Durchmischung

der Substrate. Dabei wird das unvergo-

rene Substrat mit aktiven Bakterien des

vergorenen Substrates „geimpft“. Die An-

zahl der Rührwerke im Fermenter ist von

der Behältergröße und den eingesetzten

Gärsubstraten abhängig. Im Fermenter

sorgen Rührwerke für die Zerstörung von

Sink- und Schwimmschichten. Durch die

Rührbewegung wird auch das Entweichen

Komponenten einer Biogasanlage

• Vorgrube/Feststoffannahme

• Fermenter

• Rührwerke

• Pumpen/Schnecken

• Gasspeicher

• Mess- und Steuerungstechnik

• Blockheizkraftwerk

• Gärrestlager


des Gases aus dem Substrat unterstützt.

Zur Vermeidung von Schwimmschichten

können die Propeller waagerecht, senk-

recht oder diagonal eingesetzt werden

und sind optional auch höhenverstellbar.

Pumpen werden benötigt, um Höhen-

unterschiede zwischen den einzelnen

Komponenten der Anlage zu überwin-

den. Zudem beschicken oder entleeren

sie z. B. den Fermenter. Die eingesetzten

Pumpen stammen im Allgemeinen aus

der Gülletechnik und werden durch Elek-

tromotoren angetrieben. Die Auswahl

der Pumpe ist abhängig von den Rühr-

einrichtungen und den Rührintervallen.

Eine sorgfältige Abstimmung dieser drei

Komponenten ist für eine optimale Pro-

zessstabilität erforderlich.

Blockheizkraftwerk (Fachverband Biogas)

Blick in den Fermenter (Fachverband Biogas)

-


Substratanbau

Substrat-anlieferung

Substratlager

Biogaserzeugung

Gärrestlager

Substrat-ausbringung

BHKW

Wärmeabnehmer Stromnetz

Bio-Erdgas-aufbereitung

Gasnetz

Schema der Biogas-VerwertungsketteAnbau – Anlieferung – Biogaserzeugung – Umwandlung in Strom und Wärme oder Aufbereitung zur Einspeisung in das Erdgasnetz oder in Biokraftstoff – Verwertung der Reste als Dünger

-


Glossar

Biogasanlage =Anlage zur Erzeugung, Lagerung und Verwertung von Biogas unter Einschluss aller dem Betrieb die-nenden Einrichtungen und Bauten. Die Erzeugung erfolgt aus der Vergärung organischer Stoffe

Biomasse =biologisch abbaubare Erzeugnisse, Abfälle und Rückstände der Land-wirtschaft (einschließlich pflanz-licher und tierischer Stoffe), der Forstwirtschaft und damit verbun-dener Industriezweige

Blockheizkraftwerk (BHKW) =Aggregat zur Erzeugung von elek-trischer Energie und Wärme auf der Basis eines Motors und eines daran gekoppelten Generators.

Fermenter = Behälter, in dem der mikrobiolo-gische Abbau des Substrats und gleichzeitig die Biogasbildung stattfindet

Feststoffeinbringung =Verfahren zur Einbringen von nicht pumpfähigen Substraten oder Substratgemischen direkt in den Fermenter

Gärrest = Teil des Substrates, der den Fer-menter nicht als Gas verlässt

Gasausbeute = Relation zwischen dem einge-brachten Substrat und der in Ab-hängigkeit zur Verweilzeit erreich-ten Gasbildung

Gasspeicher =Gasdichter Behälter oder Folien-sack, in dem das Biogas zwischen-gespeichert wird

GVE =Großvieheinheit (eine Großviehein-heit entspricht kumulierten 500 kg Lebendgewicht von Tieren)

Kofermentation = gemeinsame Vergärung von Tier-exkrementen aus der Landwirtschaft mit Biomasse oder mit festen orga-nischen Abfällen

Kosubstrat = zur Vergärung bestimmter orga-nischer Stoff, der kein Wirtschafts-dünger ist

Kraft-Wärme-Kopplung =Gleichzeitige Umwandlung von eingesetzter Energie in elektrische (oder mechanische) Energie und in Wärme, die zur energetischen Nut-zung bestimmt ist (Nutzwärme)

Methangas = farbloses, geruchloses und ungif-tiges Gas. Verbrennt zu Kohlendio-xid und Wasser

Nachwachsende Rohstoffe (NawaRo) =Sammelbegriff für land- und forst-wirtschaftlich erzeugte Rohstoffe, die nach der Aufbereitung einer weiteren technischen oder ener-getischen Anwendung zugeführt werden können

organischer Trockensubstanzanteil (oTM) = um den Wasseranteil und die anorganische Substanz verringerter Anteil eines Stoffgemisches

Raumbelastung = organischer Anteil des in den Fermenter eingebrachten Gutes, be-zogen auf das nutzbare Fermenter-volumen pro Zeiteinheit

Substrat = zur Vergärung bestimmter Stoff

Verweilzeit = Aufenthaltszeit eines Substrates im Fermenter

Substrat-ausbringung

Dünger

Gasabnehmer

Gasnetz

Die sinnvollste und effizi-enteste Verwendung von Biogas, wenn eine vor Ort-Nutzung von Wärme und Strom nicht gewähr-leistet ist, ist die Einspei-sung des aufbereiteten Biogases in das Erdgas-netz. Hier laufen einige Pilotprojekte, vor allem in Zusammenarbeit mit Energieversorgungsunter-nehmen. Zur Gewährleis-tung der Wirtschaftlich-keit auch bei kleineren Anlagen wäre hier ver-mutlich ein Gaseinspeise-gesetz analog zum EEG notwendig.

Voraussetzungen für eine Biogasanlage

Wer eine Biogasanlage betreiben will soll-

te bedenken, dass er dazu von Anfang an

viel Zeit investieren muss. Um z. B. nach-

wachsende Rohstoffe in einer Biogas-

anlage verwerten zu können, müssen

diese mit gleicher Intensität hergestellt

werden wie die Futtermittel für eine

Hochleistungskuh. Es ist zu prüfen, ob

alle Voraussetzungen für einen wirt-

schaftlichen Betrieb gegeben sind. Es

muss hierfür eine Bestandaufnahme der

Flächenausstattung und des Viehbestan-

des vorgenommen werden.

Um eine wirtschaftliche Auslastung zu er-

reichen, ist der Flächenbedarf sehr groß.

Die erforderliche Anbaufläche je 100 kW

installierter elektrischer Leistung richtet

sich nach dem Ertragsvermögen des

Standorts. Bei ausschließlicher Nutzung

von nachwachsenden Rohstoffen sind

z. B. für 15 t Trockensubstanzanteil (Ts)/ha

Bruttoertrag etwa 40 ha Fläche zu kalku-

lieren. Es sollte auch nicht die gesamte

Betriebsfläche zur Produktion eingesetzt

werden. Es ist daher zu überlegen, ob in-

nerhalb eines wirtschaftlich vertretbaren

Rahmens die Möglichkeit besteht, Rohstof-

fe zuzukaufen. Die wirtschaftlich vertret-

baren Antransportentfernungen betragen

für Gülle rd. 10 km, für NawaRo rd. 20 km,

für kommunale Reststoffe ca. 50 km.

Zunehmend entschließen sich Landwirte

zu einer Gemeinschaftsanlage mit ande-

ren Landwirten, die zumeist eine wirt-

schaftlich günstigere Lösung darstellt.

Die von der Industrie angebotenen Bio-

gasanlagen sind inzwischen so weit auto-

matisiert, dass kein größerer Personal-

bestand zur Betreuung erforderlich ist.


Der Weg zur eigenen Biogasanlage

• Informationen sammeln, Anbieter sichten, Referenzanlagen besichtigen

• Einsatzstoffe und Standort festlegen, Fördermöglichkeiten klären, Wirtschaftlichkeitsberechnung • Vorbesprechung mit Behörden

• Auswahl des Anlagenbauers, Detailplanung, Strom- und Wärmeabnahme klären

• Genehmigungsverfahren • Auftragserteilung und Baubeginn

• Anlagenbau

• Netzanschluss

• Inbetriebnahme

• Abnahme durch Behörden

Biogasanlage (Foto: Schmack Biogas)

Eine Großvieheinheit (GV) ent-spricht etwa

• 1 ausgewachsenem Rind• 5 Kälbern• 6 Mastschweinen• 250 Hühnern

Pro GV entstehen pro Tag etwa 1,5 m3 Biogas


Die deutsche Biogasbranche ist heute so-

weit entwickelt, dass Anlagen – inklusive

der Einholung aller notwendiger Geneh-

migungen – schlüsselfertig in Auftrag ge-

geben werden.

Betriebsführungs- und Überwachungs-

leistungen können dabei für größere An-

lagen hinzugezogen werden. Sie sind ein

entscheidender Faktor für die Wirtschaft-

lichkeit einer Biogasanlage.

Strom- und Wärmeproduktion

Beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe

sind für Silomais/Futterrüben 12.000 m3

Biogas pro Hektar Anbaufläche anzuset-

zen und für Wiesengras etwa 6.000 Hekt-

ar. Pro Großvieheinheit (GV) können ca.

400 bis 500 m3 Biogas im Jahr produziert

werden. Mit 1 m3 Biogas lassen sich, bei

50 % Methan, 2 kWh Strom erzeugen.

Um einen Vier-Personen-Haushalt ein Jahr

lang mit Elektrizität zu versorgen, reichen

die Gülle von 4 Kühen oder 32 Schweinen

bzw. der Ertrag von 6.000 m2 Silomaisflä-

che aus.

2005 wurden 2,5 TWh Strom aus Biogas

erzeugt. Dies entspricht unter dem üb-

lichen technischen Bedingungen einer

Wärmemenge von ca. 3 TWh. Nach dem

Stand der Technik werden davon ca. 10 -

35 % prozessintern verbraucht.

Kosten und Wirtschaftlichkeit

Die Investitionskosten je kW installierter

Leistung bewegen sich zwischen 2.500

EUR/kW (Anlagen über 500 kWel) und

4.000 EUR/kW (Anlagen 150 kWel und

kleiner). Neben der Höhe der einmaligen

Investitionskosten ist für eine Biogasan-

lage entscheidend, dass langfristig eine

maximale Laufdauer mit möglichst hoher

Vollaststundenanzahl und eine optima-

le Energieausbeute erzielt wird. Dies ist

bei Biogas nur durch ein individuelles

Standort-Konzept möglich, da zahlreiche

Einflußfaktoren die Realisierung und

Leistung der Anlage beeinflussen kön-

nen. Dazu gehören insbesondere unter-

schiedliche Einsatzstoffe für den Betrieb,

unterschiedliche Strom-Vergütungsklas-

sen entsprechend den Vorgaben des EEG,

unterschiedliche Verwertungsmöglich-

keiten für die erzeugte Wärme, mögliche

Allgemeingültige Angaben zur

Wirtschaftlichkeit sind insofern

schwierig, weil der Gasertrag we-

sentlich von der Art und Qualität

der eingesetzten Substraten ab-

hängt. Ebenso ist die Vergütung von

den eingesetzten Substraten und

weiteren Anlagenparametern ab-

hängig, etwa der Wärmenutzung.

Erlöse aus herstellbaren Wirtschaftsdün-

gern und standortabhängige Rahmenbe-

dingungen, die Art und Umfang der Ge-

nehmigungsverfahren bestimmen.

Um eine Biogasanlage wirtschaftlich be-

treiben zu können, muss eine möglichst

hohe Volllaststundenanzahl erreicht wer-

den. Der Kostenaufwand für den benö-

tigten Eigenstrom spielt ebenfalls eine

Rolle. Ferner sind ein stabiler Prozessab-

lauf und die Kosten für die eingesetzten

Substrate von großer Bedeutung. Die Bio-

masse ist mit bis zu 60 % Anteil der größ-

te Kostenfaktor beim Betrieb der Anlage.

Für einen wirtschaftlichen Betrieb ist die

daher die Nutzung auch der Wärme von

entscheidender Bedeutung.


Abschätzung der Wirtschaftlichkeit:

Stromproduktion/Jahr (kWhel./a) = Einsatzstoff (t/a)

× Trockensubstanzgehalt (%)

× spezifische Gasausbeute (m3/t)

× 3 (kWhel./m3)

Wärmeproduktion/Jahr (kWhth./a) = thermische Leistung

× Betriebsstunden

- 30 % Prozesswärme u. Verluste

Investition (EUR) = Stromproduktion

÷ 7.500 Betriebsstunden

× 3.000 (EUR/kWel.)

Erlös/Jahr (EUR/a) = Stromproduktion

+ Wärmeproduktion

× EEG-Vergütung (inkl. Boni) EUR/kWh

Kosten aus der Investition (EUR/a) =

Investition (EUR)

÷ 16 a

Betriebskosten (EUR/a) =

Stromproduktion

× 0,03 EUR/kWhel.

Ertrag (EUR/a) =

Erlös

− Kosten aus Investition

– Betriebskosten

Zur Dimension des Wärmeanteils: Mit der

Stromerzeugung im BHKW können nur rd.

40 % der eingesetzten Energie in Strom

umgewandelt werden. Ca. 55 % fallen

als Wärmeenergie an – Nebenprodukt

des Verbrennungsmotors. Nur 10 - 30 %

davon werden für die Prozesswärme der

Anlage genutzt. Der Rest bleibt oftmals

ungenutzt.

Damit ein wirtschaftlicher Betrieb ge-

währleistet ist, sollte einer Anlage z. B.

eine Güllemenge von wenigstens 3.000

m3 pro Jahr zur Verfügung stehen. Mit

Gülle allein kann allerdings eine Biogas-

anlage nicht wirtschaftlich betrieben

werden, es müssen daher zusätzlich

Kosubstrate beigemischt werden, z. B.

landwirtschaftliche, gewerbliche oder

kommunale biogene Abfälle, um die

Gasausbeute zu erhöhen. Zu den Voraus-

setzungen für die Kofermentation zäh-

len, dass die Abfallstoffe gut abbaubar

und frei von toxischen Substanzen sind.

Durch die Kofermentation lassen sich zu-

sätzliche Einnahmen generieren, da die

Anlagenbetreiber teilweise die zu zah-

lenden Entsorgungskosten erhalten. Für

Betreiber von Kofermentationsanlagen

gelten die Vorschriften der Bioabfallver-

ordnung (BioAbfV).


Finanzierung

Bundeszuschüsse/Darlehen

Auf Bundesebene werden Anlagen zur

Gewinnung und Nutzung von Biogas aus

Biomasse zur Stromerzeugung oder zur

kombinierten Strom- und Wärmeerzeu-

gung (Kraft-Wärme-Kopplung) nach dem

Marktanreizprogramm „zur Förderung

von Maßnahmen zur Nutzung erneuer-

barer Energien“ gefördert.

Ansprechpartner: Bundesamt für Wirt-

schaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA),

Frankfurter Straße 29-35, 65760 Eschborn,

www.bafa.de, Tel.: 06196/908625

Finanzierung/zinsgünstige Darlehen

Biogas-Anlagen können im Rahmen des

Programms zur Förderung erneuerbarer

Energien durch die Kreditanstalt für

Wiederaufbau (KfW) über zinsgünstige

Darlehen gefördert werden. Bis zu einer

installierten elektrischen Nennleistung

von 70 kW kann neben dem zinsgünsti-

gen Darlehen auch ein Teilschuldenerlass

aus Bundesmitteln in Höhe von 15.000

EUR beantragt werden. Anlagen mit ei-

ner installierten elektrischen Leistung

von über 70 kW werden ausschließlich

durch Darlehen aus Mitteln der KfW ge-

fördert. Der Finanzierungsanteil kann bis

zu 100 % betragen, der maximale Kredit-

betrag liegt bei 5 Mio. EUR. Die Darlehen

werden von der KfW über Kreditinstitute

zur Verfügung gestellt. Von der Förderung

ausgeschlossen sind Eigenbauanlagen

und Prototypen. Um ein Darlehen von der

KfW bewilligt zu bekommen, darf vor An-

tragstellung nicht mit dem Bauvorhaben

begonnen werden.

Ansprechpartner: Kreditanstalt für Wie-

deraufbau (KfW), Palmengartenstraße 5-

9, 60325 Frankfurt am Main, Tel. (069) 74

31-0, Fax, (069) 74 31-29 44, Internet: www.

kfw.de

Fermenterbeschickung mit einer axialen Förderschnecke (Foto: Lemmer)


Betrieb und Überwachung

Das Anfahren einer Biogasanlage, das

Hochfahren auf Nennlast, das schnelle Er-

reichen eines stabilen Betriebes und die

Einhaltung der umfangreichen behörd-

lichen Auflagen sind sehr zeitaufwändig

und erfordern entsprechende Kenntnisse.

Dies trifft ebenso auf den langfristigen

und erfolgreichen Betrieb einer Biogas-

anlage zu.

Der Betreiber benötigt daher im Prinzip

biologisches, technisches und juristisches

Wissen aus den Bereichen Mikrobiologie

und Biochemie, Verfahrenstechnik und

Anaerobtechnik, nachwachsende Roh-

stoffe und Landwirtschaft, Energie-,

Mess- und Regeltechnik, Gesetzgebung

und Arbeitsschutz.

In den letzen Jahren sind auch die An-

forderungen an den sicheren und ord-

nungsgemäßen Betrieb gegenüber

Energieversorger, Gesetzgeber, Umwelt

und Überwachungsinstitutionen deutlich

gestiegen.

Es werden spezielle Seminare für Betrei-

ber von Biogasanlagen angeboten, in de-

nen das erforderliche Wissen vermittelt

wird (namhafte Anlagenbauer bieten in

all diesen Bereichen Betreuungsleistun-

gen bis hin zum Fullservice an).

Rechtliche Anforderungen an Biogasanlagen

Sowohl der Bau als auch der Betrieb von

Biogasanlagen unterliegt zahlreichen

Rechtsvorschriften, die bereits bei der

Genehmigung von Projekten beginnen

und bei der Verwertung des in den An-

lagen erzeugten Gärsubstrates enden.

Wesentliche Punkte sind dabei u. a. der

Standort der Anlage, Art und Herkunft

der zu vergärenden Stoffe sowie ihr

Massendurchsatz oder die Stromerzeu-

gungseinheit. Hinzu kommen z. B. tier-

seuchenrechtliche Bestimmungen, wenn

tierische Nebenprodukte in den Anlagen

eingesetzt werden. Für all diese Punkte

gibt es sowohl bundes- und EU-rechtliche

als auch länderrechtliche Vorgaben.

Genehmigung von Biogas-anlagen

Je nach Art und Menge der Einsatzstoffe

und der Feuerungswärmeleistung der da-

zugehörigen Verbrennungsmotorenanla-

ge sind Biogasanlagen im baurechtlichen

oder immissionsschutzrechtlichen Ver-

fahren zu genehmigen. Die Abgrenzung

ergibt sich aus den Festlegungen in der

Vierten Verordnung zur Durchführung

des Bundes-Immissionsschutzgesetzes.

Entscheidend in Hinblick auf die Festle-

gung des einschlägigen Genehmigungs-

verfahrens ist die Feuerungswärmeleis-

tung der Verbrennungsmotoren- oder

Gasturbinenanlage sowie der Durchsatz

an Abfällen, auf die die Vorschriften des

Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes

Anwendung finden

Auf den Durchsatz an Abfällen ist die

Einsatzmenge der Bioabfälle und der

sonstigen Kofermente anzurechnen. Dies

betrifft allerdings nicht die gezielt als En-

ergiepflanzen angebauten nachwachsen-

den Rohstoffe und Pflanzenbestandteile

oder Futterreste, die im laufenden Pro-

duktionsprozess eines land- oder forst-

wirtschaftlichen bzw. gartenbaulichen

Betriebes als Nebenprodukte anfallen.

Ebenfalls nicht anzurechnen auf die

Mengenschwelle beim Durchsatz sind

Wirtschaftsdünger wie Gülle, Stallmist

und Geflügelkot sowie sonstige tierische

Nebenprodukte im Sinne der EG-Hygiene-

verordnung.

Drehkolbenpumpe mit Zerkleiner (Foto: Vogelsang)

Beschickung eines stehenden Fermenters mit Betondecken von oben mit einer Stopfschnecke (Foto: IBBK)


Kontrollierte Prozessführung

Die Produktivität einer Biogasanlage ist

dann am höchsten, wenn sie nach unter-

nehmerischen Vorgaben des Betreibers

ohne prozessbedingte Einschränkungen

mit maximaler Auslastung betrieben

wird. Dazu ist eine konsequente und fach-

männische Überwachung des Gärprozes-

ses erforderlich. Auf diese Weise werden

nicht nur Probleme im Gärprozess und

Ertragsausfälle vermieden, sondern der

Gasertrag kann dauerhaft und stabil auf

ein hohes Niveau gesteigert werden.

Um das vorhandene Potenzial einer Anla-

ge optimal zu nutzen, ist die Effizienz des

Anlagenbetriebs von entscheidender Be-

deutung. Über die mikrobiologische Pro-

zessbetreuung, mit der die Zugabe der

Substrate und Bakterien gesteuert wird,

kann die Biogasproduktion auf hohem

Niveau stabilisiert und die Zahl der Voll-

laststunden der Anlage erhöht werden.

Eine entsprechende Anlagentechnik, die

die Belange der biologischen Prozessfüh-

rung berücksichtigt, vergrößert hierbei

den Erfolg.

Bei den für einen reibungslosen Betrieb

notwendigen biotechnologischen Analy-

sen, z. B. der Einsatzstoffe und der Gär-

prozesse, kann man sich spezieller Labors

bedienen.

.

Temperaturen der Biogas-erzeugung

Grundsätzlich laufen chemische Reakti-

onen umso schneller ab, je höher die Um-

gebungstemperatur ist. Dies lässt sich

aber nur bedingt auf biologische Abbau-

und Umsetzungsprozesse anwenden.

Für die an den Stoffwechselprozessen

beteiligten Bakteriengruppen existieren

unterschiedliche Temperaturoptima.

Werden diese optimalen Temperatur-

bereiche unter- bzw. überschritten, kann

dies zu einer Hemmung und im Extremfall

zur unwiderruflichen Schädigung der be-

teiligten Bakterien führen. Die am Abbau

der Biomasse beteiligten Bakterien lassen

sich auf Grund ihrer Temperaturoptima in

zwei Gruppen einteilen, in die mesophilen

und die thermophilen Bakterien.

Der größte Teil der bekannten Methan-

bakterien hat sein Wachstumsoptimum

im mesophilen Temperaturbereich zwi-

schen 32 - 42 °C. Anlagen, die im meso-

philen Bereich arbeiten, sind in der Pra-

xis am weitesten verbreitet, da in diesem

Temperaturbereich eine relativ hohe Gas-

ausbeute sowie eine gute Prozessstabili-

tät erreicht wird.

Sollen durch eine Hygienisierung des

Substrates gesundheitsschädliche Keime

abgetötet werden oder werden Substra-

te verwendet, die mit hoher Eigentempe-

ratur anfallen, bieten sich thermophile

Bakterienkulturen für die Vergärung an.

Diese haben ihr Optimum im Temperatur-

bereich zwischen 50 - 57 °C. Es wird hier

durch die hohe Prozesstemperatur eine

höhere Gasausbeute erreicht. Jedoch

wird auch mehr Energie für das Aufhei-

zen des Gärprozesses benötigt.

Da die Bakterien bei ihrer Arbeit nur

geringe Mengen an Eigenwärme pro-

duzieren, die nicht für die nötige Um-

gebungstemperatur ausreicht, muss der

Fermenter in jedem Fall isoliert und ex-

tern beheizt werden, damit die optimalen

Temperaturbedingungen der Bakterien

erreicht werden (Handreichung Biogas-

gewinnung und -nutzung, Fachagentur

Nachwachsende Rohstoffe e. V., Gülzow

2004).

Indikatoren der Prozess-qualität

Als Zwischenprodukte des biologischen

Abbaus sind vor allem die so genann-

ten wasserdampf-flüchtigen Fettsäuren

(Essigsäure und Carbonsäuren) zur Indi-

kation einer Hemmung der Methan bil-

denden Bakterien sehr gut geeignet. Im

normalen Gärprozess entsteht im Zuge

der Methanogenese Methan aus Essig-

säure. Bei eingeschränkter methanogener

Aktivität werden Essigsäure sowie die in

der vorgelagerten Acetogenese entste-

henden höheren Fettsäuren nicht weiter

zu Methan abgebaut, sondern reichern

sich im Fermenter an. Ihre Konzentrati-

on ist also ein Maß für die Belastung des

Prozesses.


Die Biogasanlage Schwandorf

Die Anlage in Schwandorf steht auf dem

Gelände eines ehemaligen Kohlekraft-

werks. Die Biogasanlage erzeugt jähr-

lich etwa fünf Millionen kWh Strom und

rund fünf Millionen kWh Wärme. Rd. 1.500

Haushalte können mit Strom aus regene-

rativer Energie versorgt werden, der hier

direkt in das Netz von E.ON Bayern einge-

speist wird.

Während der Strom ins Netz eingespeist

wird, dient die zur Verfügung stehende

Wärme der Beheizung der Betriebs- und

Verwaltungsgebäude des umgebenden

Gewerbegebietes. Ein wichtiger Aspekt:

Denn nur wenn auch die Wärmenutzung

garantiert ist, rechnen sich Biogaspro-

jekte wirtschaftlich.

Landwirte aus der Region wurden als

Partner für die Biogasanlage Schwandorf

gewonnen. Diese sind als „Energiewirte“

direkt in den Produktionsprozess einge-

bunden und liefern die Biomasse, aus der

Biogas für die energetische Verwertung

entsteht. Die Anlage dient der Vergärung

verschiedenster pflanzlicher Stoffe.

Die installierte elektrische Leistung des

Blockheizkraftwerks beträgt ca. 640 kW.

Die landwirtschaftliche Biogasanlage be-

steht aus vier Hauptkomponenten: dem

horizontalen Pfropfenstromfermenter

mit einem Volumen von 800 m3, dem

Nachgärer (ein klassischer Grubenspei-

cherfermenter mit 2.400 m3 Volumen),

dem Blockheizkraftwerk und dem Gär-

restlager mit 5.000 m3 Volumen.

Mit dieser Biogasanlage wurden rund 3

Millionen Euro investiert, die in der Re-

gion bleiben. Außerdem profitiert die

regionale Landwirtschaft, die sich als

Rohstofflieferant ein Zusatzeinkommen

sichert. Die Bezahlung der Landwirte er-

folgt nach Gewicht, aber auch nach dem

Trockensubstanzgehalt der Maissilage.

Neben Mais können künftig auch Grün-

roggen und Wiesengras eingelagert wer-

den. Bis zu 11.000 Tonnen sind bei Volllast-

betrieb der Anlage jährlich erforderlich.

Der Einsatz von Flüssigkeit ist nicht not-

wendig, da die Anlage mit Trockenfer-

mentation betrieben wird.

Die Jahre 2006 und 2007 standen bei E.ON

Bayern im Zeichen einer Biogasoffensive.

Insgesamt fünfzehn Millionen Euro inves-

tiert der bayerische Regionalversorger in

den Neubau und die Modernisierung von

Biogasanlagen bzw. Biogas-BHKW. Neben

der Umrüstung von sechs BHKW und der

Anlage in Schwandorf wurden in Arzberg,

Bad Bocklet und Hammelburg Biogas-Er-

zeugungsanlagen errichtet. Auch im Jahr

2008 wird das Engagement auf diesem

Sektor weitergeführt: Der Energiedienst-

leister plant weitere Biogasanlagen, die

spätestens Anfang 2009 in Betrieb gehen

sollen.

(Foto: Schmack Biogas)


Der Eigenstrombedarf von Biogasanlagen und Potenziale zu dessen Reduzierung

Eine Biogasanlage benötigt für ihren Be-

trieb elektrische Energie für Rührwerke,

Pumpen, Lüfter und Biomasseeinbring-

systeme. Bisher existierte so gut wie

keine übergreifende Bestandsaufnahme

zum elektrischen Eigenbedarf. Vor die-

sem Hintergrund lag es nahe, das Thema

näher zu beleuchten und den Stand der

Technik in systematischer Form darzu-

stellen.

In der von BASE TECHNOLOGIES GmbH

in Kooperation mit der Fachhochschule

München erstellten und vom SeV heraus-

gegebenen Studie wurden insgesamt 35

landwirtschaftliche Biogasanlagen der

Baujahre 1995 bis 2005 auf ihren Eigen-

stromverbrauch hin untersucht.

Nach Definition der Kennzahlen zur Be-

urteilung des Eigenstromverbrauchs

werden die wesentlichen elektrischen

Hauptkomponenten von Biogasanlagen

und deren typische Leistungsdaten be-

schrieben. Zur Vergleichbarkeit werden

geeignete Bezugsgrenzen definiert und

die verschiedenen Anschlussvarianten

der Eigenverbraucher an das aufneh-

mende Stromnetz gegenübergestellt.

Dass die durchschnittlichen Werte zwi-

schen 5,8 % (Literaturangaben) und 8,1 %

(eigene Messungen) liegen, zeigt, dass

der Eigenstromverbrauch sowohl in

Fachkreisen als auch von Betreibern und

Anlagenherstellern oft unterschätzt bzw.

zu optimistisch bewertet wird.

Verschiedene Korrelationen des Eigen-

stromverbrauches mit geeigneten Grö-

ßen wie z. B. Anlagenauslastung und

-bauart ermöglichen die Bewertung der

Ergebnisse im Hinblick auf den prak-

tischen Nutzen der Studie, nämlich Anla-

genbetreibern und -herstellern Hinweise

auf Verbesserungspotenziale zu geben.

Die Studie zeigt die erzielbare Effizienz-

steigerung bei der Energieerzeugung aus

Biogas durch Senkung des Eigenstrom-

verbrauchs auf und gibt Anregungen zu

Optimierungen im Anlagenbau und -be-

trieb.

Die Hauptmotivation für Anlagenbetrei-

ber den Eigenstromanteil zu senken,

ist sicherlich die damit einher gehende

Steigerung der Wirtschaftlichkeit des

Anlagenbetriebes. Speziell bei Biogas-

anlagen, die nur aufgrund der gesetz-

lichen Einspeisevergütung wirtschaftlich

betrieben werden können, beeinflusst

der Anteil des Eigenstromverbrauchs als

Kostenfaktor die Wirtschaftlichkeit der

Anlage erheblich.

Motive für Anlagenhersteller, den Eigen-

stromverbrauch zu reduzieren, können

darüber hinaus auch rein technologische

Gesichtspunkte sein. Technisch ein-

fachere Anlagen mit weniger und opti-

mal auf das Anlagenkonzept abgestimm-

ten Komponenten sind nicht selten

kostengünstiger und können oft leichter

standardisiert werden. Hierbei liegt das

Hauptaugenmerk vor allem auf einer op-

timierten Regelungstechnik.

Feststoffmischwerk zur Substrateinbringung mittels Schneckenförderer (Base Technologies)

Die Studie steht auf www.sev-bayern.de zum Download bereit.

Weiterführende Literatur

• Handreichung Biogasgewinnung und

-nutzung (Hrsg.: Fachagentur Nachwach-

sende Rohstoffe e. V.), Gülzow 2004

• Biogasanlagen in der Landwirtschaft

(Hrsg.: aid infodienst Verbraucherschutz,

Ernährung, Landwirtschaft e. V.), Bonn

2003

• Biogas: Strom aus Gülle und Biomasse

– Planung, Technik, Förderung, Rendite.

Top agrar, Landwirtschaftsverlag, 2000

• H. Schulz, B. Eder: Biogas-Praxis –

Grundlagen, Planung, Anlagenbau, Bei-

spiele. Ökobuch, 2005

• F. Hofmann, A. Plättner, S. Lulies, Dr.

F. Scholwin, Dr. S. Klinski, K. Diesel: Ein-

speisung von Biogas in das Erdgasnetz

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe

2006

• J. Dobelmann: Bioenergieanlagen –

Planung und Installation. Leitfaden für

Investoren, Architekten und Ingenieure

Deutsche Gesellschaft für Sonnen-

energie (DGS), 2004

• Biogas: Strom und Wärme aus Gülle –

Basisinformation Biogas

Energieagentur NRW, 2001

• M. Karpenstein-Machan: Energie-

pflanzenbau für Biogasanlagenbetreiber

Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft,

2005.


• R. Wilfert, M. Nill, A. Schattauer: Biogas-

gewinnung aus Gülle, organischen Ab-

fällen und aus angebauter Biomasse –

Eine technische, ökologische und ökono-

mische Analyse

Institut für Energetik und Umwelt,

Leipzig 2004

• Biomassenutzung in Bayern –

Potenziale und Techniken für die Strom-

erzeugung

Forschungsstelle für Energiewirtschaft,

München 2006

• Bioerdgas: Regenerative Energie mit

Zukunft – Standortbestimmung für

Energieversorger

ASUE Arbeitsgemeinschaft für spar-

samen und umweltfreundlichen Energie-

verbrauch, Kaiserslautern 2007

• Biogas – Eine Einführung

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe,

Gülzow 2005

• Biogas – das Multitalent für die

Energiewende – Fakten im Kontext der

Energiepolitik-Debatte

Fachverband Biogas, Freising 2006

• Der Eigenstrombedarf von Biogas-

anlagen und Potenziale zu dessen

Reduzierung

BASE TECHNOLOGIES GmbH in Koopera-

tion mit Fachhochschule München,

München 2006

Informationen im Internet

• Biogashandbuch Bayern

Bayerisches Staatsministerium für Um-

welt, Gesundheit und Verbraucherschutz,

München 2004

www.bayern.de/lfu

• Analyse und Bewertung der Nutzung

von Biomasse. Studie im Auftrag von

BGW und DVGW, Wuppertal Institut, 2005

www.bgw.de

• C.A.R.M.E.N., das Centrale-Agrar-Roh-

stoff-Marketing- und Entwicklungs-Netz-

werk – Koordinierungsstelle für Nach-

wachsende Rohstoffe

www.carmen-ev.de

• Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe

Als Projektträger des Bundesministeri-

ums für Ernährung, Landwirtschaft und

Verbraucherschutz (BMELV) unterstützt

die FNR Forschung, Entwicklung und

Markteinführung im Bereich Nachwach-

sende Rohstoffe

http://www.fnr.de

• Fachverband Biogas e. V. – Der Verband

vereint bundesweit Betreiber, Hersteller

und Planer von Biogasanlagen, Vertreter

aus Wissenschaft und Forschung sowie

Interessierte

http://www.biogas.org

http://www.fachverband-biogas.de

• Internationales Biogas und Bioenergie

Kompetenzzentrum (IBBK)

Informations-Plattform für Biogas-

Interessierte, Hersteller und Betreiber.

http://www.biogas-zentrum.de

Betreuung des rd. 1.000

Schulen in ganz Deutschland

umfassenden Programms

„Sonne in der Schule“

Projekte des Solarenergieförderverein Bayern – Auswahl

Broschüre

„Kraftwerk Sonne – Aus Licht wird

Strom“

Broschüre

„Strom aus Sonnenenergie –

Vertrags-, Steuer-, Förderfragen“

Broschüre

„Genehmigung von Photovoltaik-

Anlagen – Ein Leitfaden zum Bau-

recht“

Broschüre

„Solarstrom aus der Gebäudehülle –

Ein Zukunftsthema für Bauherren,

Architekten und Planer“

Die Broschüren können als Einzelexemplar kostenlos über den

Solarenergieförderverein Bayern bezogen werden. Größere

Stückzahlen können gegen eine Schutzgebühr zzgl. Versand-

kosten erworben werden.

• Finanzielle Unterstützung der 2. Photovoltaikanlage „Sonnen

Dach Messe München“

• Durchführung von Wettbewerben zur PV-Gebäudeintegration

• Studie „Photovoltaik und Architektur –

PV-Einsatz im Gebäudebestand“

• PV-Anlage für eine Krankenstation in Nepal

• Unterstützung der Aktion „Solarberatungs-Checks“

• Workshops zur Photovoltaik

• Untersuchung zur „Degradation von PV-Modulen“

• Unterstützung von Messwertübertragungs- und

-verarbeitungssystemen

• Förderung von innovativen PV- und Solarkollektoranlagen

• Projekt „Solare Bauleitplanung“: Erarbeiten von Planungs-

unterlagen für Kommunen

• Untersuchung „Solar angetriebener Stirlingmotor“

Auf der Homepage des Solarenergieförderverein Bayern

http://www.sev-bayern.de

können weitere Informationen über die Förderaktivitäten

eingesehen werden.

Impressum

HerausgeberSolarenergieförderverein Bayern e. V.

Büro

Elisabethstr. 34

80796 München

Tel.: 089/27813428

Fax: 089/2710156

E-mail: [email protected]

Internet: www.sev-bayern.de

RedaktionDipl.-Ing., Dipl. Wirtsch.-Ing. Walter Weber

ProduktionFP-Werbung F. Flade GmbH & Co. KG

Realisation: Fabian Flade, M. A.

E-mail: [email protected]

CopyrightDas Werk ist urheberrechtlich geschützt.

Jede Verwertung außerhalb der Grenzen

des Urheberrechts ist ohne Zustimmung

des Herausgebers unzulässig.

© 2008

Trotz sorgfältiger Prüfung kann keine

Garantie hinsichtlich der Richtigkeit

und Genauigkeit der Angaben gegeben

werden.

1. Aufl. 01/08

Gedruckt auf chlorfrei gebleichtem

Papier

BezugsmöglichkeitDie Broschüre kann als Einzelexemplar

kostenlos beim Solarenergieförderverein

Bayern e. V. bezogen werden (am ein-

fachsten im Internet unter

www.sev-bayern.de); mehrere

Exemplare gegen eine Schutzgebühr

zzgl. Versandkosten.

Am 19. November 1997 wurde auf der Messe München

die damals weltweit größte Photovoltaik-Aufdachanlage

in Betrieb genommen. Mit einer Spitzenleistung von 1.016

Kilowatt speist das Solardach München-Riem jährlich bis zu

1 Mio. Kilowattstunden in das Netz ein, die nach dem EEG

vergütet werden.

Die Gesamtinvestition von rd. 7 Mio. EUR wurde zur Hälfte

von E.ON Energie (damals Bayernwerk) getragen. Je 10 %

kamen von Siemens, den Stadtwerken München und vom

Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung

und Technologie. Das Bayerische Wirtschaftsministerium

förderte 20 % des Projektes.

Die Anlage wird von den Stadtwerken München für die

Solardach München-Riem GmbH (SMRG) betrieben.

Ein Großteil der Stromerlöse aus der Anlage (Betriebs- und

sonstige Anlagekosten werden von der SMRG einbehalten)

fließt dem Solarenergieförderverein Bayern e. V. zu, dem

das Eigentum von E.ON Energie und Siemens an der Anlage

übertragen wurde.

Mit dem Geld leistet der von E.ON Bayern betreute Verein

einen laufenden Beitrag zur Fortentwicklung und Markt-

einführung erneuerbarer Energien.

Documents

Biogas - sev- · PDF file3 Solarenergieförderverein Bayern – Biogas Vorteile der Energiealternative Biogas Biogas ist eine dezentral verfügbare erneuerbare Energieform, die