Biogasanlage: das Multitalent. Biogas ist neben Sonnen-, Wasser- und Windenergie eine wichtige erneuerbare Energiequelle, die zur Substitution fossiler Brennstoffe, und somit zum Klimaschutz durch Vermeidung neuer CO₂ Emissionen, beiträgt.
Biogas entsteht, indem organische Materialien (pflanzliche und tierische Substrate) in einer sauerstofffreien Umgebung durch Bakterien abgebaut werden. Dieser Prozess wird als anaerobe Vergärung bezeichnet.
Die Biogasanlage nutzt die anaerobe Vergärung, um organische Abfallstoffe in Biogas umzuwandeln. Bei der Vergärung entstehen sowohl Energie (Biogas), als auch wertvolles Gärgut, welches wieder als nährstoffreicher Dünger in der Landwirtschaft verwendet werden kann.
Nutzung von Biogas aus der Biogasanlage
Mittels eines Blockheizkraftwerkes (BHKW) wird Biogas verbrannt. Damit werden Strom und Wärme produziert, und in das lokale Stromnetz eingespeist, bzw. angrenzende Gebäude, Ställe und Gewächshäuser aufgeheizt.
Oder das Biogas aus der Biogasanlage wird zu Biomethan aufbereitet. Damit kann es ins Erdgasnetz eingespeist und zur Energieversorgung von Privathaushalten oder Industrie genutzt werden. Es ist aber auch der Einsatz als Treibstoff CNG, LPG) für Erdgasfahrzeuge in der Transport- und Logistikbranche, Fernverkehr LKWs, sowie für private Fahrzeuge möglich.
Vorteile von Biogas
Die Produktion von Biogas in einer Biogasanlage bringt zahlreiche Vorteile für Mensch und Umwelt:
FAQ Biogasanlage
Beides ist Methan (CH4). Erdgas und Biogas unterscheiden sich lediglich in der Entstehung. Erdgas ist in Millionen von Jahren aus biogenen Stoffen unter der Erdoberfläche entstanden und gilt als fossile Energiequelle. Biogas hingegen wird aus biogenen Abfällen und Reststoffen mittels Vergärung unter Luftabschluss hergestellt. Biogas ist eine erneuerbare Energiequelle und kann in Erdgas-Qualität aufbereitet ins Gasnetz eingespeist werden.
Hier sind speziell die Emissionen der Anlage im Fokus, das bedeutet: Geruch und Lärm, aber auch die Emissionen von Biogas dürfen gewisse Grenzwerte nicht überschreiten. Auch das Grundwasser ist zu schützen, indem grundwassergefährdende Flüssigkeiten davon abgehalten werden, zu versickern. Bei Hofdüngeranlagen wird oft auch eine Düngemittelbilanz gefordert. Wichtige Unterlagen hierzu sind u.a. TA Luft oder TA Lärm.
Eine korrekt gebaute und betriebene Biogasanlage stinkt nicht. Eine Geruchsbelästigung durch Biogasanlagen kann es nur dann geben, wenn:
- Biomasse vor oder nach dem Prozess nicht sachgerecht gelagert wird
- Biologische Prozesse aus dem Gleichgewicht kommen
- Wenn schlecht vergorenes Material, der Gärrest, wieder auf den Acker ausgebracht wird
Die Sorge vor Geruchsbelästigungen durch Biogasanlagen ist damit weitgehend unbegründet. Mehr noch: Mist und Gülle aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung, die vor ihrer Ausbringung auf die Ackerflächen zunächst in einer Biogasanlage vergoren und energetisch genutzt wurde, verursacht wesentlich geringere Geruchsbelästigungen als unvergorene Gülle. Das in der Gülle enthaltene Methan wird in der Biogasanlage zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt. Deshalb kann dieses extrem klimaschädliche Gas bei der Ausbringung der Gärreste, d.h. von vergorener Gülle, nicht mehr in die Atmosphäre entweichen. (s.a. Artikel: Wie funktioniert eine Biogasanlage?)
Darüber hinaus sind die Nährstoffe über den Gärrest für Pflanzen wesentlich besser verfügbar. Durch die Rückführung des Gärrestes auf die Ackerflächen kann daher mit diesem wertvollen Dünger der Einsatz von künstlichen Dünger reduziert werden. So schliesst sich der natürliche Nährstoffkreislauf über die Biogasanlage. Für benachbarte Wohngebäude ist eine Biogasanlage oft ein Zugewinn, da von ihr die Wärme zur Beheizung des Wohnhauses günstiger bezogen werden kann als über die eigene Erdgas- oder Ölheizung.
Biogas wird aus Biomasse gewonnen, indem die in den pflanzlichen Rohstoffen (Reststoffe, Abfälle) gespeicherte Sonnenenergie durch mikrobielle Vergärung nutzbar gemacht wird. Biomasse besteht aus der Trockensubstanz (wie Eiweiss, Fett und Kohlenhydraten und Mineralien) und einem bestimmten Wassergehalt. Während des anaeroben Abbauprozesses (Fermentation, Vergärung) wird der verfügbare Kohlenstoff zu Biogas (CH4 und CO₂) umgesetzt. Im Gärprodukt (Rest nach dem anaeroben Abbau) finden sich schwer abbaubare Stoffe (in erster Linie holzige Bestandteile) sowie die Nährstoffe des Ausgangsmaterials (N,P,K) und Wasser. Das im Biogas enthaltene erneuerbare Methan stellt dabei als brennbares Gas den Energieträger dar (s.a. Artikel: Wie funktioniert eine Biogasanlage?).
Ja, mit einer Trockenvergärung ist es möglich Pferdemist optimal zu entsorgen, bzw. zu verwerten.
Die Trockenvergärung hat geringe Anforderungen an das Substrat. Diese kann Verunreinigungen enthalten und ist weniger abhängig von Partikelgrössen und Faserhaltigkeit. Pferdemist mit Hufeisen oder Halftern können im Fermenter (Boxen) keine Schäden anrichten können, da das Substrat während des gesamten Vergärungsprozess nicht bewegt wird. Pferdemist Entsorgung ist in herkömmlichen Flüssiganlagen eher aufwändig in der Vorbehandlung und riskant für die Rührwerke, weshalb Pferdemist trotz hohem Gasertrag ungern oder nicht angenommen wird. (Biogas Verfahren im Überblick)
Neben der gewonnenen Energie wird der Pferdemist zu einem wertvollen bodenverbessernden organischem Dünger aufgewertet.
Die Energieförderungsverordnung (EnFV) der Schweiz ist ein Instrument des Bundes, um die Nutzung und Entwicklung erneuerbarer Energien und Energieeffizienzmaßnahmen zu fördern.
In der Schweiz nimmt die Biogasanlage eine zentrale Rolle in der nachhaltigen Stromerzeugung ein. Die Energieförderungsverordnung (EnFV) unterstreicht diese Bedeutung, indem sie gezielte Anreize für die Stromerzeugung aus Biogasanlagen setzt. Die EnFV zielt darauf ab, den Anteil erneuerbarer Energien, insbesondere den aus Biogasanlagen erzeugten Strom, am Gesamtenergieverbrauch der Schweiz zu steigern. Betreiber können von einer Investitionsunterstützung von bis zu 50% der anrechenbaren Kosten profitieren, was den Bau neuer Anlagen erheblich erleichtert. Darüber hinaus unterstützt die EnFV Biogasanlagenbetreiber mit einem produktionsabhängigen Betriebskostenbeitrag, der unabhängig vom Verkaufspreis des erzeugten Stroms gewährt wird. Dies fördert nicht nur den wirtschaftlichen Betrieb der Anlage, sondern unterstreicht auch das Engagement des Landes, die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen, speziell aus Biogas, zu fördern und auszubauen.
Unter Kaskadennutzung wird die Vergärung mit nachgeschalteter Kompostierung der festen Gärreste verstanden.
Ziel der Kaskadennutzung ist es dabei, die Wertstoffpotenziale der Bioabfälle optimal zu nutzen. Da die Bioabfälle sowohl energetisch als auch stofflich genutzt werden, stellt die Kaskadennutzung eine sehr hochwertige Form der Verwertung von Bioabfällen dar.
Für den erfolgreichen Betrieb einer Biogasanlage ist es essenziell, alle verfügbaren Ressourcen effizient und nachhaltig zu nutzen. Dies beinhaltet die vollständige Verwertung der aus der Biogasanlage gewonnenen Energie in Form von Gas, Wärme und Strom. Ebenso wichtig ist die Verwendung des qualitativ hochwertigen Gärguts als organischer Dünger. Durch Partnerschaften, die sowohl die Beschaffung von Substraten als auch den Verkauf der Haupt- und Nebenprodukte einer Biogasanlage betreffen, können sich beidseitig vorteilhafte Situationen ergeben.
Die Rentabilität einer Biogasanlage wird stark durch die geeigneten Substratmengen beeinflusst. Abhängig vom jeweiligen Land und den dort geltenden Rahmenbedingungen, Subventionen und Vergütungen, können sich unterschiedliche Mindestmengenempfehlungen ergeben.
Schweiz und Österreich:
Für Biogasanlagen in der Schweiz und Österreich empfehlen wir eine Grundmenge von rund 5.000 Tonnen pro Jahr.
Zum Vergleich: Diese Menge entspricht dem Mist von zirka 1.000 Rindern oder 500 Pferden.
Deutschland:
In Bezug auf Biogasanlagen in Deutschland raten wir zu einer Grundmenge von etwa 10.000 Tonnen jährlich.
Zum Vergleich: Das entspricht dem Mist von rund 2.000 Rindern oder 1.000 Pferden.
In der Regel alle stapelbaren organischen Reststoffe, wie z.B. Bioabfall, Grüngut, Festmist (Pferd, Schwein, Rind, Geflügel), Bioabfälle, Erntereste, Stroh usw. Alles was innerhalb eines Jahres gewachsen ist kann eingesetzt werden, da der Holzanteil noch nicht stark ausgeprägt ist. Holz kann nicht in einer Biogasanlage abgebaut werden. Eine gute Struktur, sprich hoher Anteil an Pflanzenfasern ist nötig, damit der Perkolationsprozess gut funktioniert. Ist dieser gegeben, kann man auch Stoffe mit weniger Struktur, die evtl. nicht stapelbar sind einmischen (z.B. Trester).
Das ist abhängig von der Größe der Biogasanlage, sowie der Menge der verwendeten Einsatzstoffe. Es hängt auch davon ab, ob Bio-Methan oder Strom und Wärme produziert wird. Mit unserem kostenlosen Biogasrechner können Sie das Potenzial einfach und schnell selbst simulieren. Hier geht’s zum Biogasrechner
Biogas ist CO₂-neutral. Das bedeutet, dass die Biomasse, die in der Biogasanlage vergoren wird, in der Vergangenheit in Pflanzenform genau die Menge an CO₂ gebunden hat, die bei der Verbrennung des späteren Biogases wieder freigesetzt wird. Das Biogas verursacht somit keinen zusätzlichen Ausstoss von CO₂. Ein weiterer Pluspunkt in der allgemeinen Klimabilanz ist, dass Biogas vor Ort produzierbar ist.
Die Wirtschaftlichkeit einer Biogasanlage hängt maßgeblich von den optimalen Substratmengen ab. Je nach Land und den zugehörigen Bedingungen, Förderungen und Vergütungen können die empfohlenen Mindestmengen variieren.
Deutschland:
In Deutschland liegt unsere Empfehlung für die Basismenge bei etwa 10.000 Tonnen jährlich. Aufgrund der besonderen deutschen Bedingungen und den zugehörigen Vergütungen ist eine größere Substratmenge wirtschaftlich vorteilhaft.
Das ist vergleichbar mit dem Mist von etwa 2.000 Kühen oder 1.000 Pferden.
Schweiz und Österreich:
In der Schweiz und in Österreich raten wir zu einer Basismenge von ungefähr 5.000 Tonnen jährlich. Diese Menge berücksichtigt die besonderen Bedingungen und potenziellen Zuschüsse in beiden Ländern, die den Projekterfolg beeinflussen können.
Das ist vergleichbar mit dem Mist von etwa 1.000 Kühen oder 500 Pferden.
Hier geht’s zum Biogasrechner
In einer Biogasanlage entsteht Biogas. Das geschieht durch den anaeroben Abbauprozess organischer Abfälle in grossen Fermenterboxen. Diese organischen Abfälle und Reststoffe mit hohem Feststoffanteil aus dem kommunalen, industriellen und landwirtschaftlichen Bereich sind zum Beispiel Bioabfall, Grünschnitt, Lebensmittelreste, Schlachtabfälle und Festmist (Pferde, Rinder, Schwein, Geflügel).
Die Fermenterboxen werden, zeitlich versetzt innerhalb weniger Tage, mit den verfügbaren organischen Feststoffen befüllt (diskontinuierlicher Prozess). Zum Starten und Aufrechterhalten des thermophilen Biogasprozesses wird die Biomasse mit erwärmter Prozessflüssigkeit (Perkolat) besprüht, welche durch die Biomasse sickert und anschliessend wieder dem Tank zugeführt wird. Durch diesen geschlossenen Kreislauf werden die im Perkolat enthaltenen Mikroorganismen, essenziellen Nährstoffe, Feuchtigkeit und Wärme gleichmäßig in der Biomasse verteilt. Die Biomasse wird während der gesamten Verweilzeit nicht bewegt, weshalb die Feststoff-Fermentation ohne aufwändige und anfällige Pump-, Rühr- und Heiztechnik auskommt. Das Resultat ist eine wartungsfreundliche Anlage mit hoher Verfügbarkeit und Lebensdauer, sowie mit geringem Wärme- und Eigenenergiebedarf.
Während des anaeroben Abbauprozesses entsteht Biogas, das in einem BHKW zu Strom und Wärme umgewandelt werden kann. Alternativ besteht die Möglichkeit, das erzeugte Gas zu Biomethan (Erdgas-Qualität, >96 % Methan) aufzubereiten, welches dann direkt ins Gasnetz eingespeist wird. Durch die zeitversetzte Befüllung der Boxen entsteht, über alle Fermenterboxen kumuliert, ein kontinuierlicher Gasertrag wie im Diagramm oben dargestellt. Das Gärprodukt, welches eine Massenreduktion gegenüber der eingesetzten Biomasse erfährt, kann direkt als hochwertiger Dünger und zum Humusaufbau auf die Felder ausgebracht oder zu Kompost aufbereitet und vermarktet werden. Störstoffe in der Biomasse haben weder auf die robuste Anlagentechnik noch auf den stabilen biologischen Abbauprozess irgendeinen Einfluss.
Der natürliche Stoffkreislauf schliesst sich, wenn der organische Rest, der Gärrest (Gärprodukt), nach der Vergärung in der Biogasanlage mit den darin befindlichen Nährstoffen, wieder dem Boden zurückgegeben wird. Neben der Düngewirkung durch Nährstoffe zeigt sich in der praktischen Anwendung, die eine Verbesserung der Bodenstruktur mitsamt der stetigen Erhöhung des Humusanteils auf den Ackerflächen. Dieser Humusaufbau verbessert dabei die Wasserspeicherkapazität des Bodens drastisch. Deshalb werden in trockenen Zeiten bis zu 70% der Ernteausfälle vermeidbar.
Die grössten Vorteile der Trockenvergärung liegt in den geringen Anforderungen an das Substrat. Dieses kann Verunreinigungen enthalten, die nach dem Prozess als Reststoffe übrigbleiben, und ist weniger abhängig von Partikelgrössen und Faserhaltigkeit. Als Beispiel sei häuslicher Bioabfall, der häufig Reststoffe wie Verpackungsmaterialien enthält, oder Pferdemist mit Hufeisen oder Halftern, die Rührwerken grosses Schäden anrichten können. Darüber hinaus ist Biomüll beispielsweise kein Lebensmittel, wodurch sich die häufig in diesem Zusammenhang aufkommende Tank- oder Teller-Debatte auflöst.
Trockenvergärung beginnt dort wo herkömmliche die Flüssig-Biogasanlage- und Pfropfenstromanlage an ihre Grenzen stösst. Die Trockenvergärung hingegen ermöglicht die Vergärung trockener und faseriger Substrate (Trockensubstanz TS-Gehalt : 20%-55%), die in anderen Systemen oft zu Problemen führen.
Der Prozess läuft im Batch-Verfahren ab und liefert eine kontinuierliche Biogasausbeute. Die Anlagen bestehen aus einzelnen Fermenterboxen (Garagenfermenter), die in einem festgelegten Zyklus befüllt und entleert werden. Der manuelle Aufwand ist dabei äusserst gering, da neben der einfachen Lade- und Entladetätigkeit, selten eine Vorbehandlung des Substrats (Zerkleinerung, Schreddern) nötig ist. Zudem wird das Substart über die gesamte Verweilzeit (18-21 Tage) nicht bewegt. Es sinkt die Störanfälligkeit, sowie der Wartungsaufwand der Technik, da keine anfällige Rühr- und Pumptechnik (Vermeidung Schwimm- und Quellschichten) verwendet wird.
Bei der Pyrolyse wird die Biomasse bei hohen Temperaturen, zwischen 400 und 750°C, selten bis 900°C, unter Ausschluss von Luftsauerstoff thermisch behandelt. In grossen Anlagen kann dies geschehen, hierbei können auch noch entstehende Gase und die Wärme genutzt werden.
