Biogaserzeugung

Biogasanlage am FeldBild vergrößern

Warnhinweis an einer Biogasanlage

Zur effizienten Nutzung der knappen Flächenressourcen bei der Produktion von Biomasse gilt es, den maximal möglichen, mikrobiell gut nutzbaren Trockenmasseertrag pro Hektar zu erzeugen. Bei der Auswahl der Kulturen ergeben sich vielfältige Fragen zur Nutzung in einer Biogasanlage. So sind für die Zuckerrübe Möglichkeiten zur Lagerung und Aufbereitung zu beantworten. Eine stärkere Nutzung von Gras und anderer halmgutartiger Biomasse wie Getreideganzpflanzensilage, Grünroggen oder Hirse, stellt besondere Anforderungen an das Fermentervolumen sowie an die Dosier- und Rührtechnik. Bei der Dosiertechnik kommen oft Lösungen mit zusätzlicher Zerkleinerung zum Einsatz. Nach den bisherigen Erfahrungen sollte der Rationsanteil der halmgutartigen Biomasse ohne eine spezielle Auslegung von Fermenter und Rührwerk nicht über 20 % liegen. Um auch bei bestehenden Anlagen die mögliche Vielfalt der Einsatzstoffe zu erhöhen, werden Erweiterungen der Dosiertechnik in Kombination mit mechanischer Aufbereitung diskutiert.

Neben den verfahrenstechnischen Kriterien sind die spezifischen Kosten zur Bereitstellung einer Kilowattstunde Energie aus Biomasse das entscheidende Kriterium für die Auswahl der geeigneten Biomasse.

Anzahl und installierte elektrische Leistung der Biogasanlagen in Nordrhein-Westfalen in den Jahren 1998 bis 2011

Aufgrund der hohen Gaserträge und der preiswerten Beschaffungsmöglichkeiten bildet Energiemais derzeit in den meisten Anlagen mit Abstand die wichtigste Substratquelle.

Beim Silomais sind Erträge bis zu 250 dt TM/ha und im Durchschnitt rund 180 dt TM/ha möglich. Ackergras erreicht diese Erträge nur auf besseren Standorten mit mehr als 700 mm Niederschlag bei erheblich höherem Ernteaufwand. Auf vielen Standorten erzielt Ackergras in der Praxis nur 70 % des Maisertrages, insbesondere da der letzte Aufwuchs nicht mehr geerntet wird. Unter günstigen Bedingungen erreichen Sudangras und Hybridsorghum rund 60 bis 70 % des durchschnittlichen Trockenmasseertrages des Maises. Auf Standorten mit mäßiger Ertragserwartung für Mais und guten Zuckerrübenerträgen verändert sich das Bild. Hier kann - je nach Standort - die Zuckerrübe den Mais beim Methanertrag je Hektar übertreffen, hat aber durch den hohen Erdanteil einige zusätzliche Anforderungen an die Technikausstattung. Für die Wirtschaftlichkeit einzelner Kulturen spielen neben der Ertragsleistung auch die Verfahrenskosten der Rohstoffgewinnung, die Lagerkosten und die Kosten der technischen Aufbereitung eine entscheidende Rolle.

Richtwerte für die Gasausbeute landwirtschaftlicher Biogasanlagen

Der Biogasertrag bezieht sich immer auf die organische Trockenmasse (oTM), da aus den Mineralstoffen oder der Asche, die auch in der Trockenmasse enthalten sind, kein Gas produziert werden kann. Diese Anteile werden daher aus der Trockenmasse herausgerechnet. Aus der dann übrig bleibenden organischen Trockenmasse kann der Gasertrag berechnet werden.

Dieser Gasertrag wird - um eine Vergleichbarkeit herzustellen - in Normliter je kg oTM (l N/kg oTM) angegeben. Dies ist die Menge Gas, die im Normzustand genau einen Liter ausfüllt. Der Normzustand wird dabei bei einem Druck von 1013 mbar und einer Temperatur von 0 °C gemessen.

Bei den Produktionskosten für Zweitfruchtsysteme ist zu berücksichtigen, dass nur für eine Kultur die Flächennutzungskosten anfallen. Allerdings sind hier die Kosten für die Arbeitserledigung höher. Für diese Systeme ist daher für die Energiebereitstellung ein Mischpreis zu berechnen. Bei der Verwendung von Gräsern sind im Vergleich zum Mais neben den höheren Kosten der Arbeitserledigung die längere Verweilzeit und damit bis zu 20 % höhere Anlagenkosten zu beachten.

Die Auswertung der in Nordrhein-Westfalen betriebenen Biogasanlagen über die Biogasbetreiberdatenbank zeigt, dass schon heute in vielen Biogasanlagen neben Maissilage auch andere Pflanzen zur Energiegewinnung eingesetzt werden. Es ist davon auszugehen, dass sich diese Entwicklung in den nächsten Jahren fortsetzen wird. Dabei ist die Landwirtschaft gefordert, stärker über Fruchtfolgesysteme nachzudenken, die mit schneller Biomassebildung zur Stickstofffixierung beitragen und eine gute Gülle- und Gärrestverwertung sichern. Mittlerweile gewinnen pflanzenbauliche Alternativen zum Mais eine zunehmend größere Bedeutung. Verantwortlich dafür sind die Änderungen des EEG und auch mögliche Anbaubeschränkungen für Mais, zum Beispiel durch das Auftreten des Maiswurzelbohrers, sowie die zunehmende Forderung nach mehr Biodiversität. Hinzu kommt, dass nach dem novellierten EEG für Vergütungsansprüche bei der Biogaserzeugung maximal 60 Masseprozente aus Mais als Ganzpflanze, aus Getreidekorn einschließlich Corn-Cob-Mix, aus Körnermais sowie aus Lieschkolbenschrot eingesetzt werden dürfen.

Einsatzhäufigkeit und Substratanteil unterschiedlicher Inputstoffe in Biogasanlagen mit nachwachsenden Rohstoffen in Nordrhein-Westfalen