Ökonomische Bewertung der Biogaserzeugung aus Landschaftspflegeaufwuchs am Beispiel des Nationalparks Unteres Odertal Referentin: Yulia Blokhina Leibniz-Institut.

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1 Ökonomische Bewertung der Biogaserzeugung aus Landschaftspflegeaufwuchs am Beispiel des Nationalparks Unteres Odertal Referentin: Yulia Blokhina Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) Humboldt-Universität zu Berlin Naturschutztag in Brandenburg an der Havel 07. November 2009

2 Was ist Biogas? Entsteht beim Abbau organischer Substanz durch Bakterien Gasgemisch aus Methan (50-75%), Kohlendioxid (25-50%), Sauerstoff, Stickstoff, Schwefelwasserstoff und Spurengasen Energieträger ist Methan Mögliche Nutzung – gekoppelte Produktion von Strom und Wärme, Aufbereitung auf Erdgasqualität, direkte Verbrennung für Heizzwecke/Kochen Substrate: Gülle, Festmist, nachwachsende Rohstoffe, Abfälle der Lebensmittelindustrie, Pflanzenreste, Bioabfälle, Speisereste u.a. Diese Arbeit entstand im Rahmen meiner Masterarbeit an der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät der Humboldt-Universität zu Berlin. Anfangen möchte ich mit der Frage „was ist eigentlich Biogas?“ Biogas ist ein Gasgemisch, das beim Abbau von organischer Substanz durch Bakterien entsteht. Biogas besteht aus Methan, Kohlendioxid sowie Sauerstoff, Stickstoff, Schwefelwasserstoff und anderen Spurengasen. Die Zusammensetzung von Biogas variiert und ist abhängig von der Art und Struktur der Substrate, dem Anlagensystem sowie weiteren Prozessparametern. Von Bedeutung ist der Methananteil, der den Brennwert des Biogases bestimmt. Biogas kann mittels eines Blockheizkraftwerks in Strom und Wärme umgewandelt werden; weitere Nutzungsoption stellt die Aufbereitung des Biogases auf Erdgasqualität dar; direkte Verbrennung für Heizzwecke oder Kochen ist auch möglich. In der landwirtschaftlichen Biogasanlagen werden u.a. folgende Substrate verwendet: Gülle und Festmist dienen oftmals als Basismaterial für die Vergärung. Zur Erhöhung des Gasertrages kommen häufig Kofermente zum Einsatz wie z.B. nachwachsende Rohstoffe oder Abfälle aus der Lebensmittelindustrie. Des Weiteren können auch pflanzliche Reste, Bioabfälle und Speisereste für die Biogasproduktion eingesetzt werden. In meiner Arbeit wurde Landschaftspflegeaufwuchs als Substrat für die Biogasgewinnung betrachtet.

3 Jahresverlauf der Biogas- und Methanausbeute sowie Methanerträge von Landschaftspflegeaufwuchs
Parameter Einheit Jun Jul Aug Sep Okt Nov Biogasausbeute m3N/t oTS 501 479 457 436 414 395 Methanausbeute 263 252 239 228 215 204 Methanertrag m3N/(ha·a) 1062 1268 1370 1379 1301 1127 Wenn man Landschaftspflegeaufwuchs als Substrat für Biogaserzeugung einsetzt, sind dessen mögliche Biogasausbeuten von Bedeutung. In der Tabelle sind die Gasausbeuten abhängig von Erntemonat vorgestellt. Dabei handelt es sich immer um den ersten Schnitt. Biogasausbeute des Landschaftspflegeaufwuchses liegt bei 501 m3N/t oTS im Juni und sinkt auf 395 m3N/t oTS im November. Methanausbeute hat ebenso eine fallende Tendenz. Der Grund für sinkende Gasausbeute während des Jahresverlaufes sind die sinkenden Gehalte an Eiweiß, Fett und Zucker einerseits und der steigende Gehalt an Rohfaser andererseits. Denn die Konzentration dieser Inhaltsstoffe ist für die Gasausbeute ausschlaggebend. Wenn wir Methanerträge je Flächeneinheit anschauen, so sind August und September die günstigsten Schnittzeitspannen für Landschaftspflegeaufwuchs. Denn sinkende Methanausbeuten pro t oTS werden durch höhere Biomasseerträge in t oTS/ha kompensiert. Diese Erkenntnis bringt Hoffnung für viele Schutzgebiete, wo Landschaftspflegearbeiten spät beginnen und der in großem Umfang anfallende Grasschnitt oft keine sinnvolle Verwertung finden kann. Ein solches Schutzgebiet ist der Nationalpark Unteres Odertal, der im Mittelpunkt dieser Arbeit lag. Bestimmende Faktoren – Gehalt an Eiweiß, Fett, Zucker; Rohfaser

4 Biogas- und Methanausbeute sowie Methanerträge verschiedener Substrate
Biogasausbeute, m3N/t oTS Methanausbeute, Methanertrag, m3N/(ha·a) Landschafts-pflegeaufwuchs Mais Roggen 3.400 Grünland intensiv Grünland extensiv Rindergülle - Auf dieser Folie können wir sehen, dass die Biogasausbeute von Landschaftspflegeaufwuchs im Vergleich zu anderen Substraten auf einem niedrigen Niveau liegen. Mais, Roggen und Schnitt von Intensivgrünland erbringen deutlich höhere Biogasausbeuten. Die Biogasausbeuten von Landschaftspflegeaufwuchs sind mit denen von Extensivgrünland vergleichbar und in den Monaten Juni-Oktober etwas höher als die von Gülle. Ebenfalls gering sind die Methanausbeuten von Landschaftspflegegut. Auch die höchsten Methanhektarerträge von Landschaftspflegeaufwuchs im August/September bleiben weit hinter denen von Energiepflanzen zurück. Dennoch kann der Einsatz von Landschaftspflegeaufwuchs als Kosubstrat für Biogaserzeugung sinnvoll sein, z.B. im Fall, dass Anbauflächen für Energiepflanzen aus standörtlichen oder klimatischen Gründen begrenzt sind.

5 Biogaserzeugung aus Landschaftspflegeaufwuchs
Eine interessante Verwertungsmöglichkeit für Landschaftspflegegut Biogaserzeugung aus Landschaftspflegeaufwuchs ist möglich, aber Niedrige Biogas- und Methanerträge Hohe Inhomogenität des Materials Erschwerte Ernte bei späten Schnittzeitspannen Schwierigkeiten bei der Silierung daher Kofermentation mit anderen Substraten Die Biomethanisierung des Landschaftspflegeaufwuchses ist grundsätzlich möglich, aber mit Schwierigkeiten verbunden. - Erstens erbringt der Landschaftspflegeaufwuchs relativ niedrige Biogas- und Methanerträge; - Zweitens ist Landschaftspflegeaufwuchs ein äußerst inhomogenes Material, dessen Substrateigenschaften in Abhängigkeit von Standort, Erntezeitspanne oder Vegetationszusammensetzung stark schwanken; - Drittens ist die Ernte bei späten Schnittzeitspannen aufgrund verschlechterter Witterungsbedingungen erschwert; - Und nicht zuletzt sind die Schwierigkeiten bei der Silierung zu nennen. Aufgrund seiner Struktur und des hohen Trockensubstanzgehalts lässt sich Landschaftspflegeaufwuchs nicht ausreichend verdichten. Außerdem führen niedrige Zuckergehalte zu einer verringerten Milchsäureproduktion und somit zur schlechten Qualität der Silagen. Landschaftspflegeaufwuchs weist also keine Spitzenqualität für die Biogasproduktion auf und dessen Alleinvergärung in Biogasanlagen ist daher unwahrscheinlich. Die Kofermentation mit anderen Substraten ist hingegen möglich. Bevor ich zur Aufgabestellung der Arbeit übergehe, möchte ich das Untersuchungsgebiet kurz vorstellen.

6 Schutzzone I (50,1% der Fläche) – keine wirtschaftliche Nutzung
Gegründet im Jahr 1995 Fläche ha Natura 2000-Gebiet Schutzzone I (50,1% der Fläche) – keine wirtschaftliche Nutzung Schutzzone II (49,9% der Fläche) – beschränkte wirtschaftliche Nutzung, davon Schwerpunkt- und Entwicklungsräume 15% oder 765 ha Der NP Unteres Odertal liegt an der deutsch-polnischen Grenze, im Nordosten Brandenburgs. Er wurde 1995 gegründet und umfasst eine Fläche von ha. Der Nationalpark gehört zu den Natura 2000-Gebieten. Sein Ziel ist, das Untere Odertal und seine besondere Auenlandschaft mit artenreichen Tier- und Pflanzenbestand zu schützen und zu pflegen. Dafür sind innerhalb des Nationalparks die Schutzzonen I und II festgesetzt. Die Schutzzone I ist mit weißer Farbe auf dem größerem Bild gekennzeichnet. Diese Flächen bleiben uneingeschränkt der natürlichen Entwicklung überlassen. In der Schutzzone II ist die Grünlandwirtschaft zulässig. Es ist allerdings verboten, Grünland in Ackerland umzuwandeln, chemisch-synthetische Dünger, Gülle oder Pflanzenschutzmittel auszubringen. In den Überflutungspoldern dürfen weder Silos noch Kompostmieten angelegt werden. Aus naturschutzfachlicher Sicht muss die anfallende Biomasse aus dem Nationalpark abtransportiert und extern verwertet werden. Die Vergärung zu Biogas wäre daher eine interessante Verwertungsmöglichkeit für Landschaftspflegegut. Die Buchstaben A bis E auf der Karte bezeichnen die möglichen Standorte für den Bau der Biogasanlagen. Zum Schutz gefährdeter Vogelarten (wie z.B. Wachtelkönig oder Seggenrohrsänger) sowie zum Erhalt von Brenndolden-Auenwiesen wurden von Mitarbeitern des Nationalparks so genannte Schwerpunkt- und Entwicklungsräume ausgewiesen. Hier mit dunkler Farbe markiert. Als Schutzmaßnahme dient eine verspätete landwirtschaftliche Nutzung. Der Landschaftspflegeaufwuchs aus Schwerpunkt- und Entwicklungsräumen lag im Mittelpunkt der Masterarbeit.

7 Aufgabenstellung Wirtschaftlichkeitsanalyse der Anlagen, die Landschaftspflegeaufwuchs als Kosubstrat für die Biogaserzeugung verwerten Vier verschiedene Varianten der Biogasproduktion Bereitstellungskosten des Landschaftspflegeaufwuchses für jede Biogasanlage bzw. Erntezeitspanne Nun komme ich zur Aufgabenstellung. Unser Ziel war, die Wirtschaftlichkeit der Anlagen zu analysieren, die Landschaftspflegeaufwuchs für die Biogaserzeugung einsetzen. Dafür wurden vier verschiedene Varianten der Biogaserzeugung untersucht. Bereitstellungskosten des Landschaftspflegeaufwuchses wurden für jede Biogasanlage bzw. Entezeitspanne einzeln berechnet und in Wirtschaftlichkeitskalkulationen der Modellanlagen übernommen.

8 Bereitstellungskosten von Landschaftspflegeaufwuchs
Verfahrenskosten (Ernte, Konservierung, Einbringung) zusätzliche Kosten (Melasse, Pacht u.a.) Maschinenkosten (feste + variable) Lohnkosten Die Bereitstellungskosten von Landschaftspflegeaufwuchs werden durch die Verfahrenskosten der Ernte, Konservierung und Einbringung in den Fermenter sowie zusätzlichen Kosten bestimmt. Die zusätzlichen Kosten sind z.B. Melassekosten und Pachtkosten. Melasse wird zur Verbesserung der Silierbarkeit von Landschaftspflegeaufwuchs verwendet. Sie liefert leicht vergärbare Kohlenhydrate und führt außerdem zu einem dichteren Futterstapel. Die Aufwandmengen von Melasse sind vom Erntemonat abhängig. Die Verfahrenskosten bestehen ihrerseits aus der Summe von festen und variablen Maschinenkosten sowie Lohnkosten. Alle Berechnungen wurden anhand der Datensammlung des Kuratoriums für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft durchgeführt. Grundlage für die Berechnungen – Datensammlung des KTBL 06/07

9 Jährliche Kosten der Biogasanlagen
Kapitalkosten  Nutzungsdauer (7-20 Jahre)  Kostenanteile (50:20:30; 60:40; 50:50)  Zinssatz 6% Versicherungskosten 1% der Gesamtinvestition Reparatur/Wartung 4% (Biogasanlage), 2% (Nahwärme- leitung), 1% (Biogasnetz) Lohnkosten 16,19 €/h, Arbeitszeitbedarf nach FNR Strom (Zukauf) 0,20 €/kWh, 7% Eigenenergiebedarf Substratkosten Bereitstellungskosten * Substratmenge Gärrestausbringung 3 €/t (ohne Gülle) Zündöl (bis 200 kWel) 0,65 €/l bzw. 0,60 €/l (wenn > l/a) Zu den jährlichen Kosten. Kapitalkosten, Versicherungskosten sowie Kosten für Reparatur und Wartung werden durch die Höhe der Investitionskosten bestimmt. Die Investitionskosten basieren auf Daten des Institutes für Agrartechnik Bornim und der BioenergieBeratungBornim GmbH. Ferner kommen die Lohnkosten, Kosten für zugekauften Strom, Substratkosten sowie Kosten der Gärrestausbringung in Betracht. Die Blockheizkraftwerke mit einer Leistung unter 200 kWel, die mit Zündstahlmotoren betrieben werden, verursachen zusätzlich Kosten für Zündöl.

10 Jährliche Erlöse der Biogasanlagen
Vergütungssätze nach EEG 2009 [ct/kWh], Inbetriebnahmejahr 2009 Vergütung bis 150 kWel bis 500 kWel bis 5 MWel Grundvergütung NawaRo-Bonus KWK-Bonus Gülle-Bonus Landschaftspflege-Bonus 11,67 7 3 4 2 9,18 1 8,25 - Technologie-Bonus (bis 5 MWel) 2 ct (innovative Technik, Gasaufbereitung bis 350 m3/h) 1 ct (Gasaufbereitung bis 700 m3/h) Den größten Teil jährlicher Erlöse bilden die Vergütungen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes. Vergütungen bestehen aus Grundvergütung für jede Kilowatt-Stunde eingespeisten Stroms sowie zusätzlicher Boni. Boni werden für den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen, Gülle oder Landschaftspflegematerials sowie für die Stromproduktion in Kraft-Wärme-Kopplung gewährt. Die Höhe der Vergütungen hängt von der Anlagengröße ab und ist in der Tabelle vorgestellt. Als Inbetriebnahmejahr wurde 2009 gewählt. Wie man sieht, werden die kleineren Anlagen bis 150 kW vom Staat besonders begünstigt. Technologie-Bonus ist für Anlagen bis 5 MW vorgesehen und soll innovative Techniken sowie besonders effiziente Verfahren fördern. Die bei der Stromerzeugung entstehende Wärme kann verkauft werden. Hier wurde der Preis von 0,04 €/kWh angenommen. Für den Anbau von Silomais auf Nichtstilllegungsflächen konnte eine Energiepflanzenprämie von 45 €/ha beantragt werden (nur bis Ende 2009). Die Prämie für die Bewirtschaftung von Flächen im Nationalpark wird mit 502 bzw. mit 472 €/ha (in Variante IV) veranschlagt. Wärmeverkauf 0,04 €/kWhth Energiepflanzenprämie (Silomais) 45 €/ha Beihilfen für die Bearbeitung der Flächen im Nationalpark €/ha bzw. 472 €/ha (in Variante IV)

11 Substrateigenschaften
Parameter Einheit Landschafts-pflegeaufwuchs Maissilage Rindergülle TS-Gehalt % 35 30 8 oTS-Gehalt 89 96 80 Biogasausbeute m3/t oTS 600 370 Methanausbeute 312 204 Bereitstellungskosten €/t 31-39 37 Als Substrate für die Biogasproduktion wurden Landschaftspflegeaufwuchs, Maissilage und Rindergülle betrachtet. Die Gehalte an Trockensubstanz und organische Trockensubstanz entstammen den Angaben des KTBL. Die Biogas- und Methanausbeuten wurden für Landschaftspflegeaufwuchs monatsgenau ermittelt. Dabei beziehen sich die höchsten Ausbeuten auf den Monat Juni, während die niedrigste Ausbeute für die späte Ernte im Oktober zu verzeichnen ist. Bei Gasausbeute von Maissilage und Rindergülle wurde mit pauschalierten Werten berechnet. Da es sich bei allen Gasausbeuten um Laborergebnisse handelt, wurde ein Sicherheitsabschlag von 15% angewandt. Die Bereitstellungskosten von Landschaftspflegeaufwuchs wurden für jede Biogasanlage einzeln kalkuliert. Sie belaufen sich auf €/t frei Biogasanlage. Die Bereitstellungskosten für Maissilage wurden mit 37 €/t veranschlagt. Gülle als Nebenprodukt der Tierhaltung ist kostenfrei. Sicherheitsabschlag für Gasausbeute 15%

12 Variante I – „konventionelle“ Art (Schema)
Vergärung von Gülle:Landschaftspflegeaufwuchs:Mais = 80:10:10 Biogasproduktion und –verwertung an gleichem Standort (5 BGA) Zündöl Und jetzt zu den betrachteten Varianten der Biogaserzeugung. Variante I untersucht gemeinsame Vergärung von Gülle, Landschaftspflegeaufwuchs und Silomais im Verhältnis 80:10:10. Variante I ist die so genannte „konventionelle“ Art der Biogaserzeugung. Das Biogas wird auf dem gleichen landwirtschaftlichen Betrieb produziert und verwertet. Auf dem Bild sehen Sie eine schematische Darstellung solcher Biogasanlagen. Gülle und Silage werden zusammen dem Fermenter hinzugefügt (Nr. 4 auf dem Bild). Im Fermenter entsteht Biogas. Es wird einem BHKW zugeführt (Nr. 6) und in einem Gemisch mit 10% Zündöl verbrannt. Der dabei produzierte Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist. Anfallende Wärme versorgt die Biogasanlage mit der notwendigen Prozessenergie. Auf eine externe Nutzung von thermischer Energie wurde verzichtet, da die Kosten für den Aufbau der Nahwärmeleitung die möglichen Erlöse durch die Wärmenutzung deutlich übersteigen.

13 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante I
Parameter Einheit A B C D E Fermentervolumen brutto m3 595 653 1.349 794 1.785 elektrische BHKW-Leistung kWel 62 68 142 83 191 thermische BHKW-Leistung kWth 86 95 189 111 242 gesamte Investitionskosten € spezif. Investitionskosten €/kWel 4.180 4.101 3.394 3.915 3.268 jährliche Kosten, darunter: €/a Anlagekosten 70.854 76.525 90.581 LP-Aufwuchskosten 16.110 19.417 38.308 25.127 58.578 Maiskosten 20.653 22.655 47.615 26.781 63.285 Gärrestausbringung 2.545 2.792 5.769 3.393 7.635 jährliche Erlöse Gewinn/Verlust 8.326 8.550 44.854 15.188 58.375 Gesamtergebnis Stromgestehungskosten ct/kWhel 20,87 20,98 18,46 20,24 18,14 A, B, C, D und E – die betrachteten Milchviehbetriebe Die Biogasanlagen werden auf den landwirtschaftlichen Betrieben mit Milchviehhaltung geplant. Die Betriebe sind hier mit Buchstaben A bis E gekennzeichnet.

14 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante I
Parameter Einheit A B C D E Fermentervolumen brutto m3 595 653 1.349 794 1.785 elektrische BHKW-Leistung kWel 62 68 142 83 191 thermische BHKW-Leistung kWth 86 95 189 111 242 gesamte Investitionskosten € spezif. Investitionskosten €/kWel 4.180 4.101 3.394 3.915 3.268 jährliche Kosten, darunter: €/a Anlagekosten 70.854 76.525 90.581 LP-Aufwuchskosten 16.110 19.417 38.308 25.127 58.578 Maiskosten 20.653 22.655 47.615 26.781 63.285 Gärrestausbringung 2.545 2.792 5.769 3.393 7.635 jährliche Erlöse Gewinn/Verlust 8.326 8.550 44.854 15.188 58.375 Gesamtergebnis Stromgestehungskosten ct/kWhel 20,87 20,98 18,46 20,24 18,14 A, B, C, D und E – die betrachteten Milchviehbetriebe Die berechnete elektrische Leistung der Blockheizkraftwerke bewegt sich zwischen 62 bis 191 kW.

15 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante I
Parameter Einheit A B C D E Fermentervolumen brutto m3 595 653 1.349 794 1.785 elektrische BHKW-Leistung kWel 62 68 142 83 191 thermische BHKW-Leistung kWth 86 95 189 111 242 gesamte Investitionskosten € spezif. Investitionskosten €/kWel 4.180 4.101 3.394 3.915 3.268 jährliche Kosten, darunter: €/a Anlagekosten 70.854 76.525 90.581 LP-Aufwuchskosten 16.110 19.417 38.308 25.127 58.578 Maiskosten 20.653 22.655 47.615 26.781 63.285 Gärrestausbringung 2.545 2.792 5.769 3.393 7.635 jährliche Erlöse Gewinn/Verlust 8.326 8.550 44.854 15.188 58.375 Gesamtergebnis Stromgestehungskosten ct/kWhel 20,87 20,98 18,46 20,24 18,14 A, B, C, D und E – die betrachteten Milchviehbetriebe Die spezifischen Investitionskosten sind unterschiedlich. Die höchsten spezifischen Investitionskosten in Höhe von €/kW installierter elektrischer Leistung hat die kleinste Anlage im Betrieb A. Die niedrigsten spezifischen Investitionskosten weist die 191 kW-Anlage im Betrieb E mit €/kW auf. Diese Tatsache ist auf den Kostendegressionseffekt zurückzuführen. Denn mit zunehmender Anlagegröße sinken Investitionskosten.

16 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante I
Parameter Einheit A B C D E Fermentervolumen brutto m3 595 653 1.349 794 1.785 elektrische BHKW-Leistung kWel 62 68 142 83 191 thermische BHKW-Leistung kWth 86 95 189 111 242 gesamte Investitionskosten € spezif. Investitionskosten €/kWel 4.180 4.101 3.394 3.915 3.268 jährliche Kosten, darunter: €/a Anlagekosten 70.854 76.525 90.581 LP-Aufwuchskosten 16.110 19.417 38.308 25.127 58.578 Maiskosten 20.653 22.655 47.615 26.781 63.285 Gärrestausbringung 2.545 2.792 5.769 3.393 7.635 jährliche Erlöse Gewinn/Verlust 8.326 8.550 44.854 15.188 58.375 Gesamtergebnis Stromgestehungskosten ct/kWhel 20,87 20,98 18,46 20,24 18,14 A, B, C, D und E – die betrachteten Milchviehbetriebe Die jährlichen Kosten bestehen aus Anlagekosten, Substratkosten und Kosten für Gärrestausbringung. Aus der Tabelle wird ersichtlich, welche wichtige Rolle die Substratkosten spielen. Obwohl der Anteil von Landschaftspflegeaufwuchs und Maissilage bei der Vergärung lediglich 20% beträgt und die übrigen 80% der Substrate durch kostenfreie Gülle gedeckt werden, bilden die Substratkosten einen bedeutenden Teil aller Kosten.

17 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante I
Parameter Einheit A B C D E Fermentervolumen brutto m3 595 653 1.349 794 1.785 elektrische BHKW-Leistung kWel 62 68 142 83 191 thermische BHKW-Leistung kWth 86 95 189 111 242 gesamte Investitionskosten € spezif. Investitionskosten €/kWel 4.180 4.101 3.394 3.915 3.268 jährliche Kosten, darunter: €/a Anlagekosten 70.854 76.525 90.581 LP-Aufwuchskosten 16.110 19.417 38.308 25.127 58.578 Maiskosten 20.653 22.655 47.615 26.781 63.285 Gärrestausbringung 2.545 2.792 5.769 3.393 7.635 jährliche Erlöse Gewinn/Verlust 8.326 8.550 44.854 15.188 58.375 Gesamtergebnis Stromgestehungskosten ct/kWhel 20,87 20,98 18,46 20,24 18,14 A, B, C, D und E – die betrachteten Milchviehbetriebe 33-40 % der jährlichen Kosten Sie betragen bis 40% aller jährlichen Kosten.

18 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante I
Parameter Einheit A B C D E Fermentervolumen brutto m3 595 653 1.349 794 1.785 elektrische BHKW-Leistung kWel 62 68 142 83 191 thermische BHKW-Leistung kWth 86 95 189 111 242 gesamte Investitionskosten € spezif. Investitionskosten €/kWel 4.180 4.101 3.394 3.915 3.268 jährliche Kosten, darunter: €/a Anlagekosten 70.854 76.525 90.581 LP-Aufwuchskosten 16.110 19.417 38.308 25.127 58.578 Maiskosten 20.653 22.655 47.615 26.781 63.285 Gärrestausbringung 2.545 2.792 5.769 3.393 7.635 jährliche Erlöse Gewinn/Verlust 8.326 8.550 44.854 15.188 58.375 Gesamtergebnis Stromgestehungskosten ct/kWhel 20,87 20,98 18,46 20,24 18,14 A, B, C, D und E – die betrachteten Milchviehbetriebe Jährliche Erlöse ergeben sich aus Vergütungen des EEG sowie Prämien für Anbau von Energiemais und für Bewirtschaftung der Flächen im Nationalpark. In Variante I sind jährliche Erlöse in jedem Betrieb höher als jährliche Kosten.

19 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante I
Parameter Einheit A B C D E Fermentervolumen brutto m3 595 653 1.349 794 1.785 elektrische BHKW-Leistung kWel 62 68 142 83 191 thermische BHKW-Leistung kWth 86 95 189 111 242 gesamte Investitionskosten € spezif. Investitionskosten €/kWel 4.180 4.101 3.394 3.915 3.268 jährliche Kosten, darunter: €/a Anlagekosten 70.854 76.525 90.581 LP-Aufwuchskosten 16.110 19.417 38.308 25.127 58.578 Maiskosten 20.653 22.655 47.615 26.781 63.285 Gärrestausbringung 2.545 2.792 5.769 3.393 7.635 jährliche Erlöse Gewinn/Verlust 8.326 8.550 44.854 15.188 58.375 Gesamtergebnis Stromgestehungskosten ct/kWhel 20,87 20,98 18,46 20,24 18,14 A, B, C, D und E – die betrachteten Milchviehbetriebe Dadurch bringt Biogaserzeugung Gewinne unterschiedlicher Höhe. Zusammen addiert ergibt sich ein Gesamtergebnis von €/a. Potenzial für Gewinnsteigerung liegt in Nutzung der anfallenden Wärme.

20 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante I
Parameter Einheit A B C D E Fermentervolumen brutto m3 595 653 1.349 794 1.785 elektrische BHKW-Leistung kWel 62 68 142 83 191 thermische BHKW-Leistung kWth 86 95 189 111 242 gesamte Investitionskosten € spezif. Investitionskosten €/kWel 4.180 4.101 3.394 3.915 3.268 jährliche Kosten, darunter: €/a Anlagekosten 70.854 76.525 90.581 LP-Aufwuchskosten 16.110 19.417 38.308 25.127 58.578 Maiskosten 20.653 22.655 47.615 26.781 63.285 Gärrestausbringung 2.545 2.792 5.769 3.393 7.635 jährliche Erlöse Gewinn/Verlust 8.326 8.550 44.854 15.188 58.375 Gesamtergebnis Stromgestehungskosten ct/kWhel 20,87 20,98 18,46 20,24 18,14 A, B, C, D und E – die betrachteten Milchviehbetriebe Aussagekräftig sind auch Stromgestehungskosten. Sowohl Anlagekosten als auch Substratkosten üben ihren Einfluss auf Höhe der Stromgestehungskosten. Tendenziell sinken Stromgestehungskosten mit zunehmender Größe der Anlagen. Liegen die Stromgestehungskosten unter den gewährten Einspeisevergütungen des EEG ist die Biogasproduktion rentabel.

21 Variante II – Biogasnetz (Schema)
Vergärung von Gülle:Landschaftspflegeaufwuchs:Mais = 80:10:10 Lieferung des erzeugten Biogases mittels Biogasnetz nach Schwedt A B D C E 1 2 Wärme Strom Biogasnetz Gesamtlänge 26 km Sicherheitszuschlag 10% 2 Zentrales BHKW Schwedt Variante II betrachtet die gleichen fünf landwirtschaftlichen Betriebe A, B, C, D und E wie Variante I. Genauso werden Gülle, Landschaftspflegeaufwuchs und Maissilage in Fermentern vergoren. Das gewonnene Biogas wird aber an ein zentrales Blockheizkraftwerk in der Stadt Schwedt geliefert (Nr. 2 im Schema). Denn eine größere Stadt bietet mehr Möglichkeiten, die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme sinnvoll zu nutzen. Es geht also um eine dezentrale Biogasproduktion und eine zentrale Biogasverwertung. Die Lieferung des erzeugten Biogases nach Schwedt erfolgt mittels eines Biogasnetzes (Nr 1 im Schema). Für Beheizung der Fermenter sind Gasbrennwertkessel vorgesehen. Dafür werden 15% des gewonnen Biogases abgezweigt. Da Fermenter recht weit von einander entfernt sind, beträgt gesamte Länge des Biogasnetzes bei 10% Sicherheitszuschlag 26 km.

22 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante II
Parameter Einheit A B C D E Methanausbeute, Praxis m3/a gelieferte Methanmenge Investitionskosten BGA € jährliche Kosten BGA €/a 82.519 91.444 darunter Anlagekosten 43.210 46.580 81.460 54.970 A, B, C, D und E – die betrachteten Milchviehbetriebe Das in einzelnen Biogasanlagen gewonnene Biogas wird nach Schwedt transportiert. Gelieferte Gasmenge, umgerechnet auf den Methanumfang, beträgt knapp m3/a. Da das Biogas in den Betrieben produziert, aber nicht verwertet wird, entstehen in den Betrieben ausschließlich Kosten, die mit Substratbereitstellung und -einbringung, Biogasgewinnung sowie Gärrestebehandlung verbunden sind.

23 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante II
Parameter Einheit A B C D E Methanausbeute, Praxis m3/a gelieferte Methanmenge Investitionskosten BGA € jährliche Kosten BGA €/a 82.519 91.444 darunter Anlagekosten 43.210 46.580 81.460 54.970 A, B, C, D und E – die betrachteten Milchviehbetriebe Da das Biogas in den Betrieben produziert, aber nicht verwertet wird, entstehen in den Betrieben ausschließlich Kosten, die mit Substratbereitstellung und -einbringung, Biogasgewinnung sowie Gärrestebehandlung verbunden sind. Die Gesamtkosten aller fünf Biogasanlagen (BGA) liegen bei knapp siebenhunderttausend Euro pro Jahr.

24 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante II
Parameter Einheit Wärmenutzung 20 % 30 % 50 % jährliche Kosten BHKW €/a jährliche Erlöse (Grundvergütung, NawaRo- und Gülle-Bonus) Flächenprämien jährliche Erlöse (KWK-Bonus, Wärmeverkauf) 57.525 86.288 jährliche Erlöse gesamt Gewinn/Verlust BHKW Gesamtergebnis (BGA+BHKW) Stromgestehungskosten ct/kWhel 27,18 zentrales BHKW in Schwedt: berechnete elektrische Leistung 462 kWel, thermische Leistung 612 kWth, gesamte Investitionskosten € (BHKW €, Biogasnetz €) Zentrales BHKW in Schwedt verursacht ebenfalls Kosten, die bei €/a liegen. Das sind Kosten für Betrieb des Motors sowie für den Bau und die Instandhaltung des Biogasnetzes. Jährliche Erlöse unterscheiden sich in Abhängigkeit vom Anteil der Wärmenutzung. Es wurden drei Szenarien mit 20%, 30% und 50% der Wärmenutzung betrachtet. In allen drei Szenarien bleiben Erlöse durch Grundvergütung, NawaRo- und Gülle-Bonus sowie Flächenprämien gleich hoch. Unterschiede betreffen KWK-Bonus und Erlöse durch Wärmeverkauf. Je mehr Wärme genutzt wird, desto höher sind die Erlöse.

25 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante II
Parameter Einheit Wärmenutzung 20 % 30 % 50 % jährliche Kosten BHKW €/a jährliche Erlöse (Grundvergütung, NawaRo- und Gülle-Bonus) Flächenprämien jährliche Erlöse (KWK-Bonus, Wärmeverkauf) 57.525 86.288 jährliche Erlöse gesamt Gewinn/Verlust BHKW Gesamtergebnis (BGA+BHKW) Stromgestehungskosten ct/kWhel 27,18 zentrales BHKW in Schwedt: berechnete elektrische Leistung 462 kWel, thermische Leistung 612 kWth, gesamte Investitionskosten € (BHKW €, Biogasnetz €) Wenn man allerdings vom Gewinn, das der Blockheizkraftwerk bringt, die Kosten für den Betrieb der Biogasanlagen i.H.v. 691 Tausend Euro abzieht, gerät das Gesamtergebnis der Variante II in Minus. Ein positives Ergebnis ist nur unter Annahme vollständiger Wärmenutzung möglich. Diese Tatsache ist aber in der Praxis kaum realisierbar. Die Stromgestehungskosten belaufen sich auf 27,18 Cent/kWh und sind somit sehr hoch. Der Hauptgrund dafür sind hohe Investitionskosten in das 26 km lange Biogasnetz. Daher ist Minderung der Länge des Biogasnetzes eine Voraussetzung dafür, dass das betrachtete Schema der Biogaserzeugung funktioniert.

26 Variante III – Einspeisung ins Erdgasnetz (Schema)
Vergärung von Gülle:Landschaftspflegeaufwuchs:Mais = 80:10:10 Aufbereitung des Biogases auf Erdgasqualität, BHKW in Schwedt A B D C E 1 2 3 4 Wärme Strom Biogasnetz (15 km) Einspeisepunkt Ausspeisepunkt Zentrales BHKW Erdgasnetz Schwedt 5 Variante III ist im Bereich der Biogasproduktion mit der Variante II gleich. Ebenso geht es um eine dezentrale Biogasproduktion und eine zentrale Biogasverwertung. Statt Biogas nach Schwedt mittels Biogasnetz zu transportieren, wird es aber auf Erdgasqualität aufbereitet und ins Erdgasnetz eingespeist. Für den Transport des Biogases von den Biogasanlagen bis zu Einspeisepunkten am Erdgasnetz ist Biogasnetz vorgesehen (Nr.1 im Schema). In Schwedt wird das Gas aus dem Ergasnetz entnommen und in einem BHKW verwertet (Nr. 4 im Schema).

27 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante III
Parameter Einheit A B C D E Biogasproduktion, Praxis m3/h 25,5 28,0 57,2 33,5 74,7 Biogas zur Aufbereitung 21,7 23,8 48,6 28,5 63,5 122,5 Investitionskosten BGA € jährliche Kosten BGA €/a 82.519 91.444 darunter Anlagekosten 43.210 46.580 81.460 54.970 A, B, C, D und E – die betrachteten Milchviehbetriebe Die Gasproduktion beläuft sich für die vier zusammengeschlossenen Biogasanlagen auf 123 m3/h und für die Biogasanlage in Vierraden auf 64 m3/h. Die jährlichen Kosten für Substrate, Biogasgewinnung und Gärrestbehandlung betragen €/a und sind genau die gleichen wie in Variante II.

28 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante III
Parameter Einheit Wärmenutzung 20 % 30 % 50 % jährliche Kosten BHKW €/a jährliche Erlöse (Grundvergütung, NawaRo-, Technologie-Bonus) Flächenprämien jährliche Erlöse (KWK-Bonus, Wärmeverkauf) 56.376 84.562 jährliche Erlöse gesamt Gewinn/Verlust BHKW Gesamtergebnis (BGA+BHKW) Stromgestehungskosten ct/kWhel 28,95 zentrales BHKW in Schwedt: berechnete elektrische Leistung 453 kWel, thermische Leistung 600 kWth, gesamte Investitionskosten € (BHKW €, Biogasnetz €, Aufbereitung und Einspeisung €) Zentrales BHKW in Schwedt verursacht ebenfalls Kosten von 420 Tausend Euro pro Jahr. Das sind Kosten für Betrieb des Motors sowie für den Bau und die Instandhaltung des Biogasnetzes und der Nahwärmeleitung. Jährliche Erlöse unterscheiden sich in Abhängigkeit vom Anteil der Wärmenutzung. In Variante III erhöhen sich Erlöse aufgrund der Gewährung des Technologie-Bonus in Höhe von 2 Ct/kWh.

29 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante III
Parameter Einheit Wärmenutzung 20 % 30 % 50 % jährliche Kosten BHKW €/a jährliche Erlöse (Grundvergütung, NawaRo-, Technologie-Bonus) Flächenprämien jährliche Erlöse (KWK-Bonus, Wärmeverkauf) 56.376 84.562 jährliche Erlöse gesamt Gewinn/Verlust BHKW Gesamtergebnis (BGA+BHKW) Stromgestehungskosten ct/kWhel 28,95 zentrales BHKW in Schwedt: berechnete elektrische Leistung 453 kWel, thermische Leistung 600 kWth, gesamte Investitionskosten € (BHKW €, Biogasnetz €, Aufbereitung und Einspeisung €) Obwohl Erlöse in Variante III höher sind, als die der Variante II, bringt Variante III noch höhere Verluste als Variante II. Der Grund dafür sind kostenintensive Aufbereitung des Biogases sowie 15 km lange Biogasnetz. Wenn sogar 100% anfallender Wärme verkauft werden könnten, würde das Gesamtergebnis der Biogasproduktion bei €/a liegen. Stromgestehungskosten betragen 28,95 Ct/kWh und sind unter den betrachteten Varianten am höchsten. Rentabilität der Gasaufbereitung auf Erdgasqualität ist nur bei entsprechend hohem Gasdurchsatz gegeben. Man rechnet mit etwa m3/h. Erzeugungskapazitäten der Biogasanlagen, die im Rahmen der Masterarbeit betrachtet wurden, sind deutlich kleiner. Auch wenn vier benachbarte Anlagen zusammengeschlossen werden, beläuft sich deren Biogasproduktion auf lediglich 123 m3/h.

30 Variante IV – güllelose Vergärung (Schema)
Landschaftspflegeaufwuchs:Mais = 51:49, 10% von Gärrest rezierkuliert Eine Biogasanlage mit drei Fermentern nahe Schwedt 1 6 3 2 4 2 Variante IV betrachtet die güllelose Fermentation von Landschaftspflegeaufwuchs und Silomais in Verhältnis 51:49. Anteil von Landschaftspflegeaufwuchs muss über 50% liegen, um Landschaftspflege-Bonus beanspruchen zu können. Um Pumpfähigkeit im Fermenter herzustellen, wird Gärrest in Höhe von 10% des Substratinputs in die Fermenter zurückgeführt. Als Standort für diese Biogasanlage wurde Schwedt gewählt. Biogasanlage verfügt über Futtersilo (Nr.1), drei Fermenter (Nr.2), einen Gasspeicher (Nr.3), ein Blockheizkraftwerk (Nr.4) und drei Gärrestlager (Nr.5). Wärme Futtersilo Fermenter Gasspeicher BHKW Gärrestlager Ackerfläche Strom 5 3 Stück

31 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante IV
BHKW berechnete elektrische Leistung 942 kWel installierte elektrische Leistung 1018 kWel thermische Leistung 1249 kWth gesamte Investitionskosten € (davon Biogasanlage als Ganzes €, Nahwärmeleitung 1 km €) spezif. Investitionskosten 2.821 €/kWel (ohne Investitionskosten Nahwärmeleitung) jährliche Kosten, darunter: €/a Anlagekosten €/a LP-Aufwuchskosten €/a Maiskosten €/a Gärrestausbringung €/a Anteil der Wärmenutzung 20 % 30 % 50 % jährliche Erlöse €/a €/a €/a Gewinn/Verlust €/a €/a €/a Stromgestehungskosten 19,34 Cent/kWhel Als Substrat wird dreimal so viel Landschaftspflegeaufwuchs eingesetzt, als in den Varianten I-III. Deshalb ist die Biogasanlage über 1 MW groß. Die spezifischen Investitionskosten liegen bei € pro kW installierter elektrischer Leistung und sind somit sehr günstig.

32 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante IV
BHKW berechnete elektrische Leistung 942 kWel installierte elektrische Leistung 1018 kWel thermische Leistung 1249 kWth gesamte Investitionskosten € (davon Biogasanlage als Ganzes €, Nahwärmeleitung 1 km €) spezif. Investitionskosten 2.821 €/kWel (ohne Investitionskosten Nahwärmeleitung) jährliche Kosten, darunter: €/a Anlagekosten €/a LP-Aufwuchskosten €/a Maiskosten €/a Gärrestausbringung €/a Anteil der Wärmenutzung 20 % 30 % 50 % jährliche Erlöse €/a €/a €/a Gewinn/Verlust €/a €/a €/a Stromgestehungskosten 19,34 Cent/kWhel 55 % der jährlichen Kosten Die jährlichen Kosten belaufen sich auf €/a. Die Substratkosten bilden mehr als 55% der jährlichen Kosten. Daraus folgt, welche wichtige Rolle Substratkosten bei der Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage spielen.

33 Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung in Variante IV
BHKW berechnete elektrische Leistung 942 kWel installierte elektrische Leistung 1018 kWel thermische Leistung 1249 kWth gesamte Investitionskosten € (davon Biogasanlage als Ganzes €, Nahwärmeleitung 1 km €) spezif. Investitionskosten 2.821 €/kWel (ohne Investitionskosten Nahwärmeleitung) jährliche Kosten, darunter: €/a Anlagekosten €/a LP-Aufwuchskosten €/a Maiskosten €/a Gärrestausbringung €/a Anteil der Wärmenutzung 20 % 30 % 50 % jährliche Erlöse €/a €/a €/a Gewinn/Verlust €/a €/a €/a Stromgestehungskosten 19,34 Cent/kWhel Der Gewinn unterscheidet sich je nach dem Anteil der Wärmenutzung. Ab einem Grenzwert von 37% der Wärmenutzung ist die Biogasproduktion in dieser Variante rentabel. Um Gewinn zu maximieren, muss anfallende Wärme möglichst vollständig genutzt werden. Erforderlich ist daher Anbindung an einen Wärmeabnehmer, der auch in wärmeren Monaten des Jahres ausreichend Wärme benötigt. Das können z.B. Schwimmbad oder Krankenhaus sein. Die Stromgestehungskosten liegen bei 19,34 Cent/kWhel. In Variante IV sind biologische Aspekte der Biogasproduktion besonders wichtig. Ohne stabilisierende Wirkung der Gülle, die ständig neue Bakterien in den Fermenter einträgt und Säuren abpuffert, neigen Biogasanlagen zu prozessbiologischen Störungen. Es ist deshalb sehr wichtig, dass zugegebene Substrate in ihrer Zusammensetzung konstant bleiben. Dank der hohen Anpassungsfähigkeit der Bakterien werden sich im Fermenter diejenigen Kulturen entwickeln, die an die vorhandenen Bedingungen am besten adaptiert sind. Nur so kann ein stabiler Abbau der angelieferten Stoffe gewährleistet werden.

34 Schlussfolgerungen Biomethanisierung des Landschaftspflegeaufwuchses ist möglich Niedrige und stark variierende Biogas- und Methanausbeuten Optimierung des Prozesses der Biogaserzeugung Ausgleichzahlungen, um den Konkurrenznachteil aufzuheben EEG-Novelle entscheidende Bedeutung für die Weiterentwicklung der Biogasbranche und Chance für Landschaftspflegeaufwuchs auf einen breiteren Einsatz in der Biogasproduktion Die Nutzung von Landschaftspflegeaufwuchs als Substrat für die Biomethanisierung ist grundsätzlich möglich. Die Biogas- und Methanausbeuten variieren dabei jedoch stark in Abhängigkeit von Schnittzeitpunkt und Herkunft des Materials und liegen im Vergleich zu anderen pflanzlichen Substraten auf einem niedrigen Niveau. Für die Optimierung der Biogaserzeugung aus Landschaftspflegegut sind umfangreiche Kenntnisse zu Prozessablauf und -steuerung erforderlich. Um den Konkurrenznachteil des Landschaftspflegegrases gegenüber anderen Substraten aufzuheben, müssen Ausgleichzahlung an den Biogasanlagenbetreiber erfolgen (wie z.B. neu eingeführter Landschaftspflege-Bonus). Die Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes hat eine entscheidende Bedeutung für die Weiterentwicklung der Biogasbranche. Unter den verbesserten ökonomischen Rahmenbedingungen hat Landschaftspflegeaufwuchs Aussichten auf einen breiteren Einsatz als Substrat für die Biogasproduktion. Die Wirtschaftlichkeit solcher Biogasanlagen muss in jedem konkreten Fall genau überprüft werden.

35 Yulia Blokhina/ATB Email-Adresse: yblokhina@atb-potsdam.de
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Yulia Blokhina/ATB -Adresse:

36 Substratmengen bei der Biogasproduktion
Varianten I-III Parameter Einheit A B C D E LP-Aufwuchs Maissilage Rindergülle t FM/a 4.237 516 558 4.647 566 612 9.603 1.147 1.287 5.649 708 724 12.710 1.511 1.710 Variante IV Parameter Einheit Biogasanlage in Schwedt LP-Aufwuchs Maissilage t FM/a 13.383 12.858