Laut EU-Verordnung soll der
Anteil der Energiegewinnung aus regenerativen Energiequellen bis 2020 20 %
betragen. Die Biogasnutzung kann hierzu wesentlich beitragen. Schließlich
bietet Energie aus Biomasse den Vorteil, dass sie weitgehend CO2-Neutral produziert
und bedarfsgerecht eingesetzt werden kann. Jedoch muss ich hier zu Beginn des
Referates sagen, dass CO2-Neutral nicht ganz stimmt und Klimafreundlich schon
gar nicht! Wenn Anlagen mit Gülle oder sonstige Abfällen betrieben werden, so
sind sie CO2-Neutral. Wenn es sich jedoch um eine NaWaRo-Anlage handelt (wie
die, welche wir besichtigt haben), so müssen die verwendeten Pflanzen erstmal
mit Hilfe von Maschinen angebaut, gepflegt und geerntet werden. Und diese
Maschinen produzieren CO2!!!
Hinzu kommt noch die Düngung
mit Stickstoff (N)! Da man hohe Pflanzenmasseerträge und hohe Proteingehalte
haben möchte, wird sehr viel N gedüngt. Durch Denitrifikation (also Bakterien,
die Nitratatmung betreiben) wird Diestickstoffmonoxid N2O (Lachgas) erzeugt und
Lachgas ist 300 x Klimaschädlicher als CO2, sodass eine aus NR erzeugten KW
Energie doppelt so klimaschädlich ist, wie eine aus fossilen Brennstoffen
erzeugte KW! N2O verstärkt den Treibhauseffekt und wenn es die Stratosphäre
erreicht wird es zu anderen Stickoxiden umgewandelt, die den Abbau der
Ozonschicht beschleunigen! (Folie)
Für BGA lassen sich alle
organischen Stoffe nutzen. Angefangen bei Gülle, über Energiepflanzen,
Tierische und Pflanzliche Abfälle (Grünschnitt) und abgelaufene Lebensmittel.
Holz ist nicht geeignet, da es nicht schnell genug zersetzt werden kann.
Die Flächenverteilung für den
Energiepflanzenanbau verteilt sich wie folgt: (Folie)
.
98% aller Anlagen sind
mesophile Anlagen. Bei ihnen herrscht im Fermenter eine konstante Temperatur,
welche zwischen 35-42 °C liegt. Dies meint nicht den schwankungsbereich,
sondern ist gibt Anlagen die bei 35 °C laufen, andere bei 36°C, andere bei 39°C
etc…
Sehr selten sind thermophile
Anlagen. In deren Fermenter herrscht eine Temp von ca. 55 °C. Eine höhere Temp.
bedeutet eine höhere Gasausbeute = eine höhere Produktivität, allerdings sind
die Bakterien so unglaublich anfällig für Temperaturschwankungen, sodass diese
Anlagen nicht wirtschaftlich sind!
(Folie)
Der biologische Abbau von
organischer Masse läuft unter Luftabschluss in vier Teilschritten ab, an denen
jeweils verschiedene Bakterien beteiligt sind.
1) Hydrolyse
Die zu vergärenden Substrate
werden zu Beginn durch Mikroorganismen in einfache organische Verbindungen wie
Zucker und Fettsäuren zerlegt
2) Fermentation
Fermentative Mikroorganismen wandeln
diese Zwischenprodukte zu Wasserstoff und Kohlendioxid, sowie kurzkettigen
Fettsäuren um.
3) Acedogenese
Essigsäure bildende Bakterien
produzieren hieraus anschließend Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid.
4) Methanogenese
In der letzten Phase entsteht
durch Methanbildende Bakterien das Biogas, das vor allem aus dem energiereichen
Methan (50-70% CH4), Kohlendioxid (25-45% CO2), sowie geringen Anteilen Wasser
(2-7% H2O), Schwefelwasserstoff (<1% H2S) und Spurengasen (<2%) besteht.
Das Methan entsteht auf zwei
Arten: CH3COOH à CO2+CH4 (ca. 70%)
CO2+4H2 à CH4+2H2O (ca. 30%)
(Folie)
Landwirtschaftliche
Biogasanlagen bestehen in der Regel aus Vorgrube, Faulbehälter und
Gärrückstandslager (Güllelager) für die flüssigen Komponenten. Bei
Kofermentationsanlagen können je nach Art der Substrate Annahmebunker,
Zerkleinerung, Störstoffabtrennung und Hygienisierung zusätzlich erforderlich
sein. Für das entstehende Gas und dessen Verwertung folgen Gasspeicher,
Gasreinigung und i.d.R. Blockheizkraftwerk (BHKW).
Substratführende
Komponenten einer
Biogasanlage
Nach
Art des Substratflusses unterscheidet man Durchfluss- und Speicheranlagen. Bei Durchflussanlagen
wird das Substrat dem Faulraum kontinuierlich oder in kurzen
Intervallen zugeführt und abgeleitet. Etwa 70 Prozent der Anlagen in
Deutschland entsprechen dieser Bauart. Speicheranlagen
sind häufig durch nachträgliche Umrüstung von Güllebehältern
entstanden.
Die Vorgrube dient der Zwischenlagerung von Gülle und Kosubstraten und
dem Aufbereiten (Zerkleinern, Verdünnen, Mischen etc.) des
Gärsubstrates. Der Faulbehälter oder Reaktor, das Kernstück
einer Biogasanlage, wird aus der Vorgrube mit Gärsubstrat beschickt. Der Behälter
muss gas- und wasserdicht sowie lichtundurchlässig sein. Eine Rühreinrichtung sorgt
für die Homogenität des Substrates, das je nach Ausgangsmaterial
unterschiedlich stark zur Ausbildung von Schwimm- und Sinkschichten neigt. Durch
die Rührbewegung wird auch das Entweichen des Gases aus dem Substrat unterstützt.
Ein Heizsystem sorgt für die Aufrechterhaltung der
Prozesstemperatur, welche ich oben erwähnt habe, geheizt wird mit der Abwärme
aus dem BHKW.
Vom
Reaktor gelangt das ausgefaulte Substrat in das Gärrückstandslager.
Gasführende
Komponenten einer
Biogasanlage
Gasspeicher
dienen zum Ausgleich von Schwankungen zwischen Gasproduktion und Gasverbrauch
und werden auf eine Speicherkapazität von maximal 1 bis 2 Tagesproduktionen
ausgelegt. Der Fermenter kann zum einen selbst als Gasspeicher verwendet
werden, indem Folienhauben
auf dem Reaktor zum Einsatz kommen.
Bevor
das Gas verwertet wird, müssen Partikel und Kondensat entfernt werden.
Zusätzlich ist eine Entschwefelung zum Schutz der BHKW-Motoren gegen Korrosion
sehr wichtig.
Mess-
und Regeltechnik, Sicherheit
Der
Biogasprozess lässt sich durch die Erfassung gewisser Parameter kontrollieren und
steuern. Zu den wichtigsten gehören: Temperatur,
pH-Wert, Gasmenge, Methangehalt und Schwefelwasserstoffgehalt. Sie können
mit Hilfe elektronischer Messgeräte kontinuierlich gemessen und ausgewertet
werden. Wegen der hohen Klimawirksamkeit von Methan muss bei Anlagen mit einer Gasproduktion
von mehr als 20 m3/h eine zweite Gasverbrauchseinrichtung
(z.B. ein Gasbrenner) oder eine Gasfackel
zur Verfügung stehen, in der bei Störungen des BHKW das Biogas
verbrannt werden kann.
Biogas
ist brennbar und in Mischungen mit 6 –12 Prozent Luft explosiv. Bei Einhaltung existierender Regelungen stellt der
Umgang
mit
Biogas kein größeres Risiko dar als der mit Erdgas.
Das
Potenzial an Biogas, Klär- und Deponiegas beträgt in Deutschland ca. 23 – 24
Mrd. m3/Jahr. Dabei leistet das mögliche Biogasaufkommen des
landwirtschaftlichen Sektors mit ca. 85% den größten Beitrag. Bezogen auf den
gesamten Primärenergieverbrauch in Deutschland entspräche dies einem Anteil von
2,9 %.
Biomasse
wird maßgeblich zur zukünftigen Energieversorgung beitragen. Gut 17 % des
Bedarfs an Wärme und Strom können in Zukunft allein aus Biomasse abgedeckt
werden.
Rindergülle |
25 m³/l |
Schweinegülle |
36 m³/l |
Molke |
55 m³/l |
Biertreber |
75 m³/l |
Grünabfall |
110 m³/l |
Bioabfall |
120 m³/l |
Speiseabfälle |
220 m³/l |
Flotafette |
400 m³/l |
Altfette |
600 m³/l |