Biogas: Was es ist und wie es erzeugt wird

Der Begriff „Biogas" bezeichnet einen natürlichen gasförmigen Brennstoff, der hauptsächlich aus Methan und einem Gemisch aus anderen Gasen, einschließlich Kohlendioxid, besteht. Biogas wird durch einen anaeroben Vergärungsprozess erzeugt, d. h. durch die Vergärung von Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff und bei kontrollierter Temperatur. Bei Biomasse handelt es sich um organische Stoffe unterschiedlicher Herkunft, z. B. tierische Exkremente, Klärschlamm, organische Bestandteile fester Siedlungsabfälle, agroindustrielle Abfälle, landwirtschaftliche Nebenprodukte und bestimmte Pflanzen.

Die anaerobe Gärung erfolgt durch Bakterien, die den organischen Anteil verdauen und in einem mehrstufigen Prozess in Methan umwandeln: Zunächst „zerlegen“ sie die organische Substanz in Monomere, dann leiten sie die saure Gärung ein, bei der Säuren, Kohlendioxid und Wasserstoff entstehen, gefolgt von einer methanogenen Phase, in der die Archaea-Bakterien das CO₂ einfangen und in Methan umwandeln. Methan ist ein Produkt mit hohem Energiegehalt, das bei entsprechender Nutzung Energie in Form von Antriebskraft (wie in Autos) oder Elektrizität (wie in KWK-Anlagen) erzeugt.

Bei der Biogasgewinnung entsteht außerdem ein weiteres Nebenprodukt, der Gärrest, der reich an Ammoniakstickstoff ist und als erneuerbarer Dünger verwendet werden kann.

Derzeit werden Biogasanlagen in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, vor allem in der Landwirtschaft, aber auch in der Industrie mit organischen Abfällen (z. B. in der Getränke-, Lebensmittel- oder Papierindustrie) gibt es spezielle Anwendungen. Der Großteil der Energieerzeugung aus Biogas findet daher in mittleren und großen Anlagen statt. Die Verbreitung von Biogas in Privathaushalten ist derzeit begrenzt, was hauptsächlich auf das Fehlen spezifischer Regelungen zurückzuführen ist. Eine Biogasanlage besteht aus drei Hauptkomponenten:

• Ein oder mehrere Fermenter, in denen der Gärungsprozess stattfindet. Für diese Komponente sind je nach den Besonderheiten der jeweiligen Anlage mehrere technische Lösungen möglich. Zu den wichtigsten gehören die Nassvergärung, die durch einen Trockensubstanzgehalt im Fermenter von etwa 10 % gekennzeichnet ist, und die Trockenvergärung mit einem Trockensubstanzgehalt von 30 % oder mehr;

• Die Kraft-Wärme-Kopplungsanlage die die gleichzeitige Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie ermöglicht. Der Otto-Motor erzeugt mechanische Energie und speist sie in einen Generator zur Stromerzeugung ein. Das Kühlwasser des Motors wird über einen Plattenwärmetauscher zu Hochtemperaturwasser. Die Rauchgase, die eine Temperatur von fast 400 °C erreichen, können zur Erzeugung von Heißwasser, überhitztem Wasser, Dampf oder diathermischem Öl in einem Kessel verwendet werden oder als solche in den Produktionsprozess einfließen;

• Die optionale Biogasaufbereitungsanlage, in der das Biogas gereinigt wird, um Biomethan zu gewinnen, das zur Einspeisung ins Netz oder zum Antrieb von Fahrzeugen geeignet ist. Die am weitesten verbreitete und leistungsfähigste Technologie in dieser Hinsicht ist das Membransystem, das eine für die Trennung von CH₄ und CO₂ nützliche selektive Durchlässigkeit aufweist.

In der Vergangenheit gab es häufig Probleme im Zusammenhang mit der Art der für die Biogaserzeugung verwendeten Biomasse (z. B. Mais) sowie mit der Geruchsbelästigung und der Verschmutzung durch den Transport der Biomasse vom Erzeugungsort zur Anlage (wenn diese nicht vor Ort erzeugt wurde). Die heute verfügbaren Technologien und die neuen Regelungen haben es ermöglicht, alle Nachteile von Biogas zu überwinden: Es wird hauptsächlich die Verwendung von tierischen Abfällen zur Speisung der Anlage gefördert und auf dem Markt sind spezielle Systeme zur Aufbereitung von Geruchsemissionen erhältlich. Die Nutzung von Biogas hat daher heute viele Vorteile:

• Zirkularität. Es ermöglicht die Verwertung von Abfällen aus der Viehhaltung und stellt eine sinnvolle Lösung für die Beseitigung von tierischen Abfällen dar, indem es vorgelagerte Probleme im Zusammenhang mit der Ausbringung auf dem Boden und der Begrenzung der Stickstoffmengen, die freigesetzt werden können, löst. Darüber hinaus sind Gärreste ein hervorragender natürlicher Dünger, der anstelle von chemischen Düngemitteln verwendet werden kann;

• Nachhaltigkeit. Es handelt sich um einen erneuerbaren Brennstoff, der eine größere Autonomie in der Energieversorgung ermöglicht und einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten kann;

• Energieeffizienz. Es ermöglicht die kontinuierliche Versorgung mit thermischer und elektrischer Energie und dient als stabile Basis, um die unbeständige Versorgung mit erneuerbaren Energien auszugleichen;

• Rentabilität. Dank der Fördermechanismen stellt sie eine wichtige Ergänzung zum landwirtschaftlichen Einkommen dar;

Die Kosten einer Biogasanlage hängen von zahlreichen Faktoren ab, die in der Planungsphase analysiert werden müssen, um die Rentabilität der Investition zu ermitteln. Dies kann nur von Fachleuten auf diesem Gebiet angenommen werden, die in der Lage sind, die Besonderheiten jedes einzelnen Falles nach verschiedenen Gestaltungsvariablen zu beurteilen, wie z. B.:

• Die Kosten der Biomassebeschaffung;

• Die Kosten für die Errichtung, den Betrieb und die Wartung der Anlage;

• Die ergänzenden Einnahmen aus den verschiedenen Fördermechanismen;

• Die wirtschaftliche Nachhaltigkeit der Anlage selbst nach dem Förderzeitraum