Biogas

Funktionsweise

Biogasprozess

Es werden verschiedene Rohstoffe, z. B Es werden verschiedene Rohstoffe, z.B. Bioabfall, Gülle, Klärschlamm, Fette oder Pflanzen in einen luftdicht verschlossenen Fermenter eingebracht. Dort entsteht durch anaerobe Gär- oder Fäulnisprozesse das Biogas, das je nach Ausgangsstoff aus 40-75 % Methan, 25-55 % Kohlendioxid, bis zu 10 % Wasserdampf, sowie darüber hinaus aus geringen Anteilen Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Ammoniak und Schwefelwasserstoff besteht. Derzeit wird Biogas vor allem zur dezentral gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung in Blockheizkraftwerken genutzt (Kraft-Wärme-Kopplung). Dazu wird das Gasgemisch getrocknet (der Wasseranteil im Biogas wird reduziert), durch Einblasen einer kleinen Menge Frischluft entschwefelt und dann einem Verbrennungsmotor zugeführt, der einen Generator antreibt. Der so produzierte Strom wird ins Netz eingespeist. Die im Abgas und Motorkühlwasser enthaltene Wärme wird in Wärmeübertra- gern zurückgewonnen. Ein Teil der Wärme wird benötigt, die Fermenter zu beheizen. Die in Frage kommenden Bakterien- stämme, die die Biomasse abbauen, arbeiten am besten in einem Temperaturbereich von 55 °C (thermophil). Überschüssige Wärme des Motors kann zur Beheizung von Gebäuden oder zum Trocknen der Ernte (Getreide) verwendet werden. In mehreren Projekten wird das Biogas inzwischen aufbereitet und ins Erdgasnetz eingespeist. Damit werden Biogasanlagen auch an Standorten ohne Wärmeabnehmer sinnvoll. Aufbereitetes Biogas kann ebenso als Treibstoff für gasbetriebene Fahr- zeuge eingesetzt werden. Die vergorenen Rohstoffe werden als landwirtschaftliche Düngemittel verwendet. Sie sind chemisch weit weniger aggressiv als Rohgülle, die Stickstoffverfügbarkeit ist besser und der Geruch weniger intensiv.

Zusammensetzung Methan 45-70 % 60 % Kohlendioxid 25-55 % 35 % Die in der Literatur zu findenden Angaben zur Zusammensetzung von Biogas schwanken stark. Generell gilt, dass die Gaszusammensetzung von diversen Parametern, wie Substratzusammen- setzung und Betriebsweise des Faulbehälters, abhängen. Die folgende Tabelle zeigt Anhaltswerte für die wichtigsten enthaltenen Gase nach der neuesten DVGW-Studie. Schwankungsbreite Durchschnitt Methan 45-70 % 60 % Kohlendioxid 25-55 % 35 % Wasserdampf 0-10 % 3,1 % Stickstoff 0,01-5 % 1 % Sauerstoff 0,01-2 % 0,3 % Wasserstoff 0-1 % < 1% Ammoniak 0,01-2,5 mg/m³ 0,7 mg/m³ Schwefelwasserstoff 10-30.000 mg/m³ 500 mg/m³ Wertvoll im Biogas ist das Methan. Je höher dessen Anteil ist, desto energiereicher ist das Gas. Nicht nutzbar sind das Kohlendioxid und der Wasserdampf. Problematisch im Biogas sind vor allem der Schwefelwasserstoff und der Ammoniakanteil, die vor dem Verbrennungsvorgang entfernt werden müssen, um die Gasmotoren vor diesen chemisch aggressiven Substanzen zu schützen

Vorteile Nutzung von erneuerbaren, nachwachsenden, örtlich verfügbaren Rohstoffen CO2-neutrale Energieerzeugung Dezentrale Versorgung - entbehrt Überlandleitungen über große Entfernungen Steuerbare Leistung - Anpassung an den Bedarf Grundlastfähig - kann Regelenergie bereitstellen Verbesserte Düngerqualität im Gegensatz zu Rohgülle: -verringerte Geruchsintensität und Ätzwirkung bei der Ausbringung -die Pflanzen können den Nährstoffgehalt besser und schneller ausnutzen als bei Rohgülle Gereinigtes Methan kann als Treibstoff für diverse Fahrzeuge verwendet werden

Nachteile Hohe Kosten durch großen Investitionsaufwand Bei Vergärung von proteinhaltigen Stoffen mögliche Geruchsbelästigung durch Schwefelverbindungen, Schwefelwasserstoff ist hochgiftig. Methan hat einen 23-mal so hohen gewichtsbezogenen Treibhauseffekt wie Kohlendioxid; daher sind nur gasdichte Anlagen klimafreundlich. Für die Ausbringung des Endsubstrates müssen genügend Flächen zur Verfügung stehen. In den Wintermonaten darf keine Gülle ausgebracht werden, für diese Zeit muss die Gülle gelagert werden (das gleiche gilt aber auch für unvergorene Gülle). Es muss verhindert werden, dass Gülle von Tieren, die mit Antibiotika behandelt worden sind, in zu hoher Konzentration in den Faulbehälter gelangt. Der gezielte Anbau von Energiepflanzen kann ökologische Probleme nach sich ziehen (Monokulturen, intensive Landwirtschaft) Nachwachsende Rohstoffe, wie z.B. der Mais, nehmen sehr viel landwirtschaftliche Fläche in Anspruch, dadurch hohe Pachtpreise für landwirtschaftliche Betriebe (steigende Produktionskosten für Lebensmittel)

Bilder von Biogasanlagen Aufstellen, anschließen, Energie gewinnen: die kompakte Energiezentrale mit integriertem Verdichter und Notfackel erzeugt bis zu 1.250 kW elektrische Energie.

Wirkumgsgrade 1 ha Mais = ca. 2 kW elektr. Dauerleistung 1 ha Getreide = ca. 1,5 kW 1 ha Gras = ca. 1 kW Gülle von 1 Kuh = ca. 0,15 kW Beispiel: Mit der Gülle von 4 Kühen bzw. von 32 Schweinen oder mit dem Ertrag von 6.000 Quadratmeter Silomaisfläche könnte man genügend Biogas herstellen, um einen Vier-Personen-Haushalt mit Strom zu versorgen.

Reinigung und Aufbereitung Die Reinigung und Aufbereitung wird im Wesentlichen in 4 Schritten, diese heißen Entschwefelung, Verdichtung, Trocknung und CO2-Abtrennung, durchgeführt: 1. Entschwefelung: Bei der Entschwefelung wird der Gülle Eisen hinzugefügt, das sich dann mit dem Schwefel zu unlöslichem Eisensulfid verbindet. 2. Verdichtung: Die Masse muss mit über 200bar verdichtet werden, um ausreichend Energiedichte zu erreichen. 3. Trocknung: Das Biogas wird durch Kühlung oder Kompressorkälte getrocknet. 4. CO2-Abtrennung: Die CO2-Abtrennung erfolgt mit einer Druckwasserwäsche oder Druckwechselabsorbtion.