Trends beim Biogas

Die meisten Biogasanlagen in Deutschland vergären nachwachsende Rohstoffe. Im Jahr 2007 wurden auf einer Gesamtfläche von 400 000 ha nachwachsende Rohstoffe für die Vergärung in Biogasanlagen angebaut, 240 000 ha davon wurden mit Mais bestellt. Wegen der deutlich gestiegenen Preise für Agrarprodukte fand 2008 keine nennenswerte Ausdehnung der Anbauflächen mehr statt. Viele bauinteressierte Landwirte warteten auf die Novellierung des Erneuerbaren Energien-Gesetzes für das Jahr 2009, meint Dr. Waldemar Gruber, Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen. Hier sein Beitrag über den Trend beim Biogas.

Im Juni 2008 wurde vom Bundestag endgültig die Novellierung des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes beschlossen, die dann ab 1. Januar 2009 in Deutschland in Kraft tritt. Ziel des Gesetzes ist es, bis zum Jahr 2020 die Stromversorgung auf 25 bis 30 % aus erneuerbaren Energien zu decken. Für den Bereich Biogas liegt nach der Novellierung der Fokus der Förderung nicht mehr auf dem Einsatz nachwachsender Rohstoffe, sondern auf der Verbreiterung der Rohstoffbasis. Hierzu gehören auch der Bonus für Wirtschaftsdünger und eine Erweiterung der Stoffnutzungsliste. So wird die Vergärung von Wirtschaftsdüngern und von Pflanzenmaterial neben der NawaRo-Vergärung mit einem Bonus bedacht. Des Weiteren wurde der Bonus für die Kraft-Wärme-Nutzung erhöht. Schon im Frühjahr des Jahres 2008 wurden in Deutschland die Netzzugangsverordnungen für die Gaseinspeisung geregelt, so dass es zukünftig einfacher möglich ist, Biogas in das Erdgasnetz einzuspeisen. Die neue Systematik soll auch kleinere dezentrale Anlagen wirtschaftlicher machen und regional angepasste Anlagen stärker fördern.

So wird zukünftig eine erhöhte Nachfrage nach Biogasanlagen erwartet, die wieder verstärkt Gülle vergären und im niedrigen Leistungsbereich bis 150 kW anzusiedeln sind. Gerade in landwirtschaftlichen Betrieben, die einen großen Tierbestand aufweisen und somit über nennenswerte Mengen an Wirtschaftsdüngern verfügen, steigt das Interesse an Biogasanlagen im kleinen Leistungsbereich. Solche Betriebe sind häufig arbeitswirtschaftlich ausgelastet und können sich nicht mehr intensiv um eine Biogasanlage kümmern. Der Gedanke vieler Betriebsleiter ist, die Güllemenge sowie Restfutter und eventuell auch geringe Mengen an nachwachsenden Rohstoffen in einer Biogasanlage zu verwerten. Da für derart gelagerte Betriebe eine nennenswerte Wärmenutzung häufig nicht möglich ist, dürfen aus ökonomischer Betrachtung die Investitionskosten für diese Biogasanlagen nicht all zu hoch liegen.

Gleichzeitig wird Interesse für Biogasanlagen im Leistungsbereich zwischen 150 bis 500 KW durch die Gesetzesnovellierung geweckt. Für solche Anlagen interessieren sich landwirtschaftliche Betriebe, die einen eigenen Gülleanteil haben, über Anbauflächen von nachwachsenden Rohstoffen verfügen und arbeitswirtschaftliche Reserven aufweisen.

Ein weiterer Interessentenkreis entsteht im Bereich großer Biogasanlagen im Leistungsbereich 1,5 MW und mehr elektrisches Energieäquivalent. Auf Grund der Vereinfachung bei der Einspeisung von Biogas ins Erdgasnetz gibt es viele Interessenten, die eine Biogasaufbereitung vornehmen wollen und mit dem erzeugten und eingespeisten Biogas dezentral Blockheizkraftwerke betreiben möchten. Der Vorteil dieser Betriebsweise ist, dass die Blockheizkraftwerke an Wärmesenken installiert werden und die Wärmenutzung zu einem hohen Anteil gewährleistet werden kann. Die Nachfrage nach Biogasanlagen wird also auf Grund des geänderten EEG zukünftig noch weiter gespreizt sein. Es dürfte mit Anfragen über den kompletten Leistungsbereich beim Biogasanlagenbau zu rechnen sein.

Ausgereifte Anlagentechnik

Es wird gefordert, stapelbare Feststoffe mit einem Trockensubstanzgehalt von über 18 % und nicht selten hohen Anteilen an fasrigen Materialien in die Biogasanlage einbringen zu können. Dies erfordert spezielle Eintragstechniken. Zwei Systeme des Stoffeintrages in den Fermenter haben sich in den letzten Jahren etabliert. Neben Eintragsystemen mit Förder- und Eintragschnecken oder Eintragstempeln existieren Systeme, die in einen Flüssigkeitsstrom die Feststoffe dosieren. Bei beiden Arbeitsweisen werden die festen Stoffe in großvolumigen Behältern vorgelagert. Auf Grund der auftretenden Säuren in den Silagen tritt erhöhter Verschleiß in den Dosier- und Einbringsystemen auf. Je niedriger der pH-Wert in der Silage, desto höher ist der Verschleiß an den damit in Kontakt kommenden Materialien. Auch Sandanteile in den zugegebenen Stoffen führen zu Verschleiß an den Förder- und Dosiereinrichtungen. Allerdings übersteigt der Angriff durch Säuren den Abrieb durch Sand oder Steine um ein Vielfaches. Um den Säureangriff zu minimieren, wird oftmals Edelstahl in V 4A-Qualität eingebaut. Ebenfalls wird versucht, die Dosiereinrichtungen mit Kunststoff auszukleiden und somit widerstandsfähiger zu machen.

Problematisch: Mengengeführte Dosierung

Das Verwiegen in den Dosierstationen ist bei allen gängigen Systemen möglich. Hierdurch sollen die Mengenkontrolle und eine mengengeführte Dosierung ermöglicht werden. Häufig sind die Systeme jedoch mangelhaft. Mitunter ist es nicht möglich, exakt zu messen, da angeflanschte Schnecken das nicht zulassen. Teilweise sind Wiegezellen nicht entstört oder auch anfällig gegenüber Schwingungen beim Befüllen. Da Feststoffdosierer regelmäßig zu warten sind, sollten wichtige Wartungsteile leicht zugänglich sein.

Biogasanlagen im oberen Leistungsbereich benötigen erhebliche Massen an nachwachsenden Rohstoffen. Somit wird es nötig, große Lagerkapazitäten vorzuhalten. Oftmals werden die Bunker mit Schub- oder Kratzbodenaustragssystemen ausgestattet. Der Antrieb der Kratz- und Schubböden erfolgt hydraulisch, damit keine stoßweisen Belastungen auftreten. Häufig werden auch Schubböden in Betonbunker eingebaut, womit sich sehr große Vorratsstätten herstellen lassen. Um ein Entmischen bei unterschiedlich rieselfähigem Material zu vermeiden, wurden Abschiebecontainer als Feststoffdosierstation konstruiert. Bei diesen Systemen wird das in den Vorratsbunker gegebene Material von einer hydraulisch bewegten Rückwand den Dosierwalzen zugeführt. Das Leeren des Vorratsbehälters findet entsprechend den mit Kratzböden ausgestatteten Vorlagebunkern statt. In beiden Fällen wird die Zerkleinerung und Zudosierung zu den Querfördereinrichtungen von stehenden oder liegenden Fräswalzen übernommen.

Die Fermenter der Biogasanlagen werden als liegende oder stehende Fermenter errichtet, wobei der deutlich höhere Anteil der Fermenterbauweise die stehenden sind. Ausgeführt werden die Fermenter in Beton- oder Stahlbauweise. Zu berücksichtigen ist, dass auf Grund der auftretenden Säuren gerade im gasführenden Bereich der Fermenter, Nachgärbehälter und überdachten Endlagerstätten mit Schäden an den Wänden zu rechnen ist, sofern diese nicht beschichtet sind.

Vier Schritte zur Gasaufbereitung

Die elektrischen Wirkungsgrade der Blockheizkraftwerke konnten in den letzten Jahren deutlich gesteigert werden. Viele Hersteller fordern für ihre Motoren die intensive Aufbereitung und Kühlung des Biogases. Dies ist erforderlich, um Spurengase und Wasser, die eine Schädigung an den Motoren zur Folge haben, vorher aus dem Gas zu eliminieren. Zukünftig wird es einfacher sein, Biogas in das Erdgasnetz einzuspeisen. Das Bundeskabinett verabschiedete am 12. März die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie erarbeitete Verordnung zur Förderung der Biogaseinspeisung in das bestehende Erdgasnetz. Seitens der Bundesregierung sieht man den Vorteil, dass die Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz eine rein inländische Wertschöpfungskette darstellt. Somit erhofft man sich Impulse für die Entwicklung innovativer Anlagentechniken. Dadurch sollen Exportchancen für die deutsche Wirtschaft erschlossen werden und neue Arbeitsplätze in der zukunftsträchtigen Biogaserzeugungsanlagentechnik entstehen. Je nach den Qualitätsanforderungen des Gasnetzbetreibers ist das Bioerdgas auf ein Methangehalt von 97 bis 99 % zu konzentrieren. Auch muss vor der Einspeisung das Biogas auf das Druckniveau gebracht werden, das in dem zu versorgenden Gasnetz besteht.

Bevor das Biogas dem Erdgasnetz zugeführt werden kann, müssen vier Schritte der Gasaufbereitung vollzogen worden sein: Biogasentschwefelung, Gastrocknung, Abtrennung von Kohlendioxyd und Gasverdichtung. Dies geschieht in Anlagen, in denen beispielsweise nach dem Waschverfahren das entstandene Biogas durch eine spezielle Lösung durchgeleitet wird. Andere Verfahren arbeiten mit Aktivkohle, mit speziellen Drucktechniken oder mit anderen chemischen Systemen. Momentan interessieren sich alle großen Energieversorger, die Biogasanlagen bauen, für die Einspeisung des Gases in ihr Erdgasnetz. Deutschlandweit werden bis Ende 2009 rund 50 Biogasanlagen mit Netzeinspeisung für möglich gehalten. Man kann davon ausgehen, dass durch die Gasnetzzugangsverordnung auch neue Anforderungen auf die Landwirtschaft zukommen können. Denn es ist durchaus vorstellbar, dass man das in großen Anlagen erzeugte und aufbereitete Biogas über das Erdgasnetz verteilt und dann in kleinen Blockheizkraftwerken eine Verstromung vornimmt. Welchen Stellenwert Biogaseinspeisung zukünftig erlangen wird, hängt von der verfügbaren Biomasse und den Kosten für die Biomassebereitstellung ab.

Einsatz von Mikronährstoffen - ein Forschungsschwerpunkt

In den vergangenen Jahren wurden deutliche Fortschritte im Bereich der Führung des Gärprozesses erreicht. Ein großes Augenmerk im Bereich der Forschung liegt auf dem Einsatz von Mikronährstoffen in Biogasanlagen. Man geht davon aus, dass Mikronährstoffe in vielen Anlagen in Mangel geraten und die Optimierung des Gärprozesses nur durch die gezielte Zuführung fehlender Mikronährstoffe möglich ist. Es wird untersucht, ob aus der Abwasserbehandlung bekannte Desintegrationsverfahren auch zur Faulschlammbehandlung landwirtschaftlicher Biogasanlagen eingesetzt werden können. Hierbei werden der Faulschlamm entnommen und die sich im Gärsubstrat befindlichen organischen Zellen durch die Einwirkung äußerer Kräfte zerstört und weiter zerkleinert. Somit werden die Zellwände von Mikroorganismen und von pflanzlichen Materialien zerstört. Hierdurch gelangen Enzyme aus den Zellen schneller in den Faulschlamm, wo sich damit organische Substanzen lösen. Solche Verfahren befinden sich allerdings noch im Versuchsstadium. Die Frage ist noch zu klären, wann und unter welchen Bedingungen solche Verfahren rentabel eingesetzt werden können.