Erneuerbare Energien gewinnen in Deutschland immer mehr an Bedeutung. Im Sinne der Energiewende werden sie sogar von der Bundesregierung staatlich gefördert und sollen die fossilen Brennstoffe wie Erdöl oder Kohle sowie Atomkraftwerke immer mehr ablösen. Doch viele Formen zur ökologischen Erzeugung von Strom und Wärme sind stark witterungsabhängig und meist nicht für Privathaushalte geeignet. Ein wenig anders sieht es da bei der Biogasanlage aus. Große Biogasanlagen erzeugen Gas und Strom – und damit erneuerbare Energien, die ins bundesweite Versorgungsnetz einfließen. mit Bioabfall betriebenen Mini-Biogasanlage können sogar Privathaushalte von der sauberen Energie profitieren. Erfahren Sie im energis Ratgeber alles zum Thema Biosgasanlage und informieren Sie sich über die Vorteile und den Nutzen einer solchen Anlage.
Erneuerbare Energie aus einer Biogasanlage
Eine Biogasanlage ist bei der Erzeugung von erneuerbaren Energien besonders vielseitig. Denn hier lassen sich sowohl Energiepflanzen wie Mais, als auch Reststoffe wie Gülle, Biomüll oder Pflanzenreste zur Produktion von Biogas verwenden. Das erzeugte Gas gilt als ein klimaneutraler und umweltfreundlicher Energieträger, weshalb die Erzeugung von Biogas in einer Biogasanlage auch staatlich gefördert wird. Mit den derzeit in Deutschland betriebenen Biogasanlagen lassen sich dezentral Strom, Wärme sowie Kraftstoffe für Millionen von Haushalten erzeugen.
Welche Vor- und Nachteile haben Biogasanlagen?
Biogasanlagen gehören in Deutschland zu den wichtigsten Anlagen zur Erzeugung von Strom und Gas aus erneuerbarer Energie. Doch je nach Anlagentyp und der verwendeten Biomasse können Biogasanlagen spezifische Vor- und Nachteile haben.
Vorteile
Mithilfe einer Biogasanlage wird auf CO2-neutrale Weise wertvolle Energie gewonnen. Die Nutzung einer Biogasanlage trägt dabei wesentlich zur Einsparung fossiler Brennstoffe bei – schließlich kommen bei einer Biogasanlage nachwachsende Rohstoffe wie Bioabfälle, Pflanzenreste oder Gülle zum Einsatz. Ein Vorteil von Biogasanlagen gegenüber beispielsweise Solar- oder Windkraftanlagen ist, dass eine Biogasanlage wenig witterungsabhängig ist und fast überall eingesetzt werden kann. So ist auch eine dezentrale Energieerzeugung mit kurzen Transportwegen bis zum Endverbraucher möglich. Zudem kann mit einer Biogasanlage bedarfsgerecht Energie erzeugt werden. Auch die Speicherbarkeit des produzierten Biogases ist sehr viel besser und einfacherer möglich, als es bei Strom aus Photovoltaik oder Windkraftanlagen der Fall ist. Biogasanlagen können sehr kontinuierlich Energie erzeugen und eignen sich daher nicht nur für die Bedienung von Energiespitzen, sondern auch für die Deckung der in Deutschland vorhandenen Grundlast. Ein positiver Nebeneffekt von Biogasanlagen ist, dass die bei der Biogaserzeugung zurückbleibenden Gärreste eine sehr viel bessere Düngerqualität aufweisen als die ursprüngliche und unbehandelte Rohgülle. Auch wird neben der Geruchsintensität die ätzende Wirkung der Gülle bei der Verarbeitung reduziert. Ein weiterer Vorteil für den Betreiber einer Biogasanlage ist natürlich die staatliche Förderung. Hier gibt es entsprechende Prämien und Vergütungen, die kontinuierlich angepasst werden.
Nachteile
Ein Nachteil der Biogasanlagen ist, dass für diese immer mehr landwirtschaftliche Flächen weichen müssen. Das liegt daran, dass die Anlagen zur Energiegewinnung staatlich gefördert werden und vielen Landwirten daher attraktiver erscheinen als der klassische Anbau von Nahrungsmitteln. Außerdem führt die Lukrativität der Biogasanlagen dazu, dass Landwirte vermehrt Energiepflanzen wie Mais zur Betreibung der Anlagen anbauen, sodass Monokulturen sowie ein gefährlicher Artenrückgang gefördert werden. Auch die Lebensmittelpreise können sich im Zuge dessen erhöhen. Ein weiterer negativer Faktor von Biogasanlagen ist, dass sie regelmäßig überprüft und gewartet werden müssen. Ansonsten besteht bei einer unsachgemäßen Anlagenbetreibung sowie dem Ignorieren von Sicherheitsvorschriften die potenzielle Gefahr von Explosionen, Vergiftungen und Erstickungen. Des Weiteren können Lecks in der Biogasanlage zum Austreten des klimaschädlichen Methangases führen, welches einen sehr viel höheren Treibhauseffekt als Kohlendioxid hat.
Der Biogasanlagen Aufbau – Vorgrube, Fermenter, Gärrückstandslager und Blockheizkraftwerk
Eine Biogasanlage besteht in der Regel aus vier wesentlichen Bestandteilen: der Vorgrube, dem Fermenter, dem Gärrückstandslager und dem Blockheizkraftwerk.
Vorgrube
Die Vorgrube bildet quasi die erste Stufe der Biogasanlage. In ihr wird die verwendete Biomasse gelagert – hier spricht man auch von Substraten. Je nach verwendeter Biomasse muss diese zuerst zerkleinert und entsprechend aufbereitet werden, bis sie zur Weiterverarbeitung in den Fermenter geleitet wird.
Fermenter
Der Faulbehälter – auch Fermenter genannt – ist das Herzstück einer jeden Biogasanlage. In ihm wird die Biomasse mit den Mikroorganismen vermisch, damit die Faulungs-, Vergärungs- und Zersetzungsprozesse stattfinden können. Das Ergebnis dieser Prozesse sind vergorene Reststoffe und Biogas in Form von verschiedenen gasförmigen Stoffen wie Methan und Kohlendioxid. Der Fermenter muss hierzu luft-, gas- und wasserdicht sowie lichtundurchlässig sein. Des Weiteren wird für den Faulbehälter eine entsprechende Kälte- beziehungsweise Wärmedämmung für eine stets konstante Temperatur benötigt.
Gärrückstandslager
Im Gärrückstandslager werden die zurückbleibenden Gärreste der Zersetzungs- und Faulungsprozesse gelagert. Diese Reststoffe sind kompostierbar oder als hochwertiger Dünger weiter verwendbar. Das Gärrückstandslager – mit den darin vorgesehenen Vorrichtungen zur Lagerung von Gärresten – muss den gesetzlich vorgeschriebenen Regelungen entsprechen. So dürfen Gärreste nach der deutschen Düngeverordnung nur in bestimmten Zeiträumen auf landwirtschaftlich genutzten Flächen ausgebracht werden. Während den sogenannten Kernsperrfristen sind die jeweiligen Ausbringungen auf Acker- oder Grünland verboten, so dass die Gärreste in diesen Zeiträumen im Gärrückstandslager gespeichert werden.
Blockheizkraftwerk
In den Blockheizkraftwerken wird das entstandene Biogas weiterverarbeitet und dabei der entsprechende Strom oder auch Wärme erzeugt. Dies verläuft in der Regel über die im Blockheizkraftwerk vorhandenen Verbrennungsmotoren sowie Generatoren. Durch die Abwärme, die bei der Umwandlung in nutzbare Energie entsteht, können der Fermenter und gegebenenfalls auch entsprechende Wohnräume, die sich in der Nähe befinden, geheizt werden. Je nach Blockheizkraftwerk können verschiedene Arten von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Am gebräuchlichsten sind in der Regel Gas-Otto-Motoren, aber auch Stirlingmotoren, Brennstoffzellen, Mikrogasturbinen oder Zündstrahlmotoren können verwendet werden. Allerdings ist es auch möglich, das produzierte Biogas – wenn es die entsprechende Reinheit und Wertigkeit aufweist – auch direkt ins Erdgasnetz einzuspeisen. Meist sind hier aber erst noch verschiedene Aufbereitungs- und Veredelungsprozesse notwendig.
So wird Biogas in der Biogasanlage hergestellt
In einer Biogasanlage wird mittels der Zersetzung und Vergärung von Biomasse Biogas hergestellt. Dieser Vorgang ist ein mehrstufiger und relativ komplexer Prozess. Dabei wird oftmals von den vier Phasen der Biogaserzeugung gesprochen. Die erste Phase umfasst das Substratmanagement, die zweite Phase bezieht sich auf die Fermentierung – also die direkte Gewinnung von Biogas. In der dritten Phase geht es um die Speicherung der Gärreste und die vierte Phase bezeichnet die Verbrennung und Speicherung des Biogases.
Substratmanagement
Die für die Betreibung der Biosgasanlage benötigte Biomasse wird in diesem Zusammenhang oftmals auch als Substrat oder Biogassubstrat bezeichnet. Dieses Substrat bildet nicht nur die Energiequelle. Es ist zugleich der Nährstoff der benötigten Mikroorganismen, der die Faulungs- und Gärprozesse in Gang setzen. Je nach Biogasanlage kann das Substrat aus unterschiedlichen Erzeugnissen stammen. Von flüssigen bis festen Substraten kann alles verarbeitet werden. Damit dies möglich ist, braucht es jedoch ein entsprechendes Substratmanagement. Damit werden die Beschaffung, der Transport und die Lagerung des Substrats bezeichnet. Erst über ein gutes Substratmanagement kann die Anlage eine kontinuierliche und sichere Versorgung zur Erzeugung des Biogases gewährleisten. In vielen Fällen sind Biogasanlagen unmittelbar auf landwirtschaftlich genutzten Flächen angesiedelt, sodass das benötigte Substrat über kurze Wege dorthin transportiert werden kann. Die Lagerung erfolgt meist in der Vorgrube der Biogasanlage, wo das Substrat auch direkt aufbereitet wird.
Biogasgewinnung
Zur Gewinnung von Biogas sind organische Biomasse und spezielle Mikroorganismen, also Bakterien, notwendig. Die Biomasse wird unter dem Ausschluss von Sauerstoff mithilfe von Bakterien zersetzt und zum Gären beziehungsweise Faulen gebracht. Bei diesem Zersetzungs- und Gärungsprozess entstehen verschiedene gasförmige Stoffe wie Kohlenstoffdioxid und Methan. Letzteres ist das gewünschte Endprodukt bei der Herstellung von Biogas. Denn das wertvolle Methan ist besonders energiereich und kann mittels Verbrennung sehr gut zur Erzeugung von elektrischer Energie oder Wärme verwendet werden. Damit das Substrat zu dem gewünschten Biogas weiterverarbeitet werden kann, müssen allerdings einige wichtige Voraussetzungen für die Biogasgewinnung gegeben sein. Dazu zählen, dass
- der Fermenter luft- und wasserdicht sowie lichtundurchlässig ist, • eine konstante Temperatur gehalten wird
- und ein entsprechendes Mischverhältnis sowie eine gute Durchmischung von geeignetem Substrat und Bakterien zu gewährleisten sind.
Lagerung des vergorenen Substrats
Nachdem die Faulungs- und Gärprozesse stattgefunden haben, verbleiben das erzeugte Biogas und entsprechende Gärreste in der Biogasanlage. Das verbliebene, bereits vergorene Substrat muss zwischengelagert werden. Dies geschieht in den Gärrestlagern, die entweder in Form von geschlossenen Systemen, entsprechenden Hallen oder befestigten Freiflächen realisierbar sind. Das vergorene Substrat verbleibt dann in der Regel solange im Gärrestlager, bis es als qualitativ hochwertiger Dünger zum Einsatz kommt.
Verbrennung und Speicherung von Biogas
Die Verbrennung sowie die Speicherung des Biogases gelten als letzte Phase der Biogaserzeugung. Diese findet in der Regel im Blockheizkraftwerk statt, das an die Biogasanlage anschließt. Bei der Verbrennung im Blockheizkraftwerk entstehen dann die gewünschte Wärme beziehungsweise elektrische Energie. Entspricht das Biogas vom Methangehalt her bereits dem erforderlichen Erdgasniveau, kann es gleich ins allgemeine Erdgasnetz eingespeist werden. Andernfalls muss das erzeugte Gas erst entsprechend aufbereitet werden. Im Erdgasnetz kann das eingespeiste Biogas bis zu einem Jahr gespeichert werden.
Biogasanlage aus Abfall: Die Mini-Biogasanlage für den Haushalt
Für den privaten Hausgebrauch gibt es seit einigen Jahren sogar eine spezielle Mini-Biogasanlage. Diese kann mit Abfällen betrieben werden. Mit dieser Mini-Biogasanlage können Privatleute im eigenen Garten selbst Biogas für den Hausgebrauch produzieren. Die Technologie hierfür kommt von einem israelischen Start-up, welches die Anlagen sowohl für die private Nutzung in Industriestaaten aber auch für Entwicklungsländer konzipiert hat. Teilweise finden sich im Internet auch Anleitungen für den privaten Bau einer kleinen Biogasanlage. Allerdings sollte hier immer entsprechende Fachleute zurate gezogen werden, damit die Anlagen auch entsprechend abgesichert sind.
So funktioniert die Anlage
Die Mini-Biogasanlagen für Privathaushalte funktionieren in der Regel mit einem Durchlaufsystem sowie Wasser und entsprechenden organischen Abfälle. Die dazu benötigten 650 Liter und die vorhandenen Bakterien zersetzen die hinzugefügten Abfälle. Bei dieser Zersetzung entsteht, ähnlich wie bei einer normalen Biogasanlage, das gewünschte Biogas. Bis dieses jedoch erstmals strömt, dauert es circa drei Wochen. Das so produzierte Biogas muss dann noch gefiltert werden. Ein Nebenprodukt der privaten Biogasherstellung ist auch hier hochwertiger Dünger. Mit einem Kilogramm Bioabfall können nach Angaben des Herstellers circa 200 Liter Methan produziert werden. Da die Abfälle in so ziemlich jedem Haushalt anfallen und quasi umsonst sind, kann mit einer privaten Biogasanlage daher viel Geld gespart werden.
Kosten für die Mini-Biogasanlage
Die Mini-Biogasanlage für den privaten Hausgebrauch ist noch recht neu und wird bisher nur von einem Hersteller angeboten. Die Anschaffungskosten von etwas unter 1.500 Euro sind in der Kosten-Nutzen-Relation verhältnismäßig niedrig und amortisieren sich relativ schnell – zumal ja praktisch keine Betriebskosten anfallen.
Fazit zum Thema Biogasanlage
Mit der Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen wie Bioabfällen tragen Biogasanlagen einen wichtigen Teil zum Klima- und Umweltschutz bei. So ist nach dem aktuellen Stand der Technik in Sachen Energiegewinnung und -erzeugung die geplante Energiewende der Bundesregierung ohne Biogasanlagen nicht möglich. Ein großer Anteil der in Deutschland regenerativ erzeugten Wärme oder des Ökostroms stammt daher aus Biogasanlagen. Dabei stellen Biogasanlagen für viele Landwirte eine sichere und lukrative Nebeneinkunft dar. Biogasanlagen bieten im direkten Vergleich zu anderen Anlagen für die Erzeugung von „grüner“ Energie – wie Photovoltaik oder Windkraftanlagen – zudem viele Vorteile. So sind Biogasanlagen beispielsweise nicht witterungsabhängig und liefern somit kontinuierlich und sehr gut planbare Energie. Außerdem ist mit Biogasanlagen auch eine dezentrale Energieversorgung mit zum Teil relativ kurzen Transportwegen möglich. Seit einigen Jahren gibt es auf dem Markt sogar eine Mini-Biogasanlage für den privaten Gebrauch, die mit dem privaten Bioabfall betrieben wird. Diese Technologie ist jedoch noch relativ jung und noch nicht für alle Regionen geeignet, da eine gewisse Durchschnitts-Tag-Nacht-Temperatur von ca. 17 Grad Celsius für den Betrieb nicht unterschritten werden darf.
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