Biogasanlage

Was ist eine Biogasanlage?

Eine Biogasanlage erzeugt Biogas durch die Vergärung von pflanzlichem oder tierischem Material. Der Abbau erfolgt durch Mikroorganismen, in der Regel in einem großen Behälter. Einige Anlagenbetreiber nutzen das produzierte Gas, um damit direkt vor Ort ein Blockheizkraftwerk (BHKW) zu betreiben. In anderen Fällen veredelt die Biogasanlage das Gas, um es ins Erdgasnetz einzuspeisen.

Wie funktioniert eine Biogasanlage?

Die Basis für die Erzeugung von Biogas stellt der anaerobe (sauerstofflose) mikrobielle Abbau des verwendeten Substrats dar. Die Biomasse – insbesondere Kohlenhydrate, Proteine und Fette – dient unterschiedlichsten Bakterien als Nahrung. Durch den Stoffwechsel der Mikroorganismen entsteht in einem mehrstufigen Prozess Methan. Je nach Material ergibt sich ein Methangehalt zwischen 50 und 75 Prozent. Damit sich das Gas bilden kann, muss das Gärsubstrat einen ausreichend hohen Wasseranteil besitzen.

Der Aufbau einer Biogasanlage

Aus welchen Bauteilen eine Biogasanlage im konkreten Einzelfall besteht und welche Fläche sie benötigt, hängt vom verwendeten Substrat und der davon genutzten Menge ab. Im Wesentlichen setzt sich eine derartige Anlage aus folgenden Komponenten zusammen:

• Die Vorgrube dient als Lager für das Substrat. Gleichzeitig wird darin die Biomasse zerkleinert und aufbereitet.
• Im Fermenter kommt es unter Ausschluss von Sauerstoff zum mikrobiellen Abbau des organischen Materials. Um den Prozess zu optimieren, sorgt eine Rührvorrichtung kontinuierlich dafür, dass sich das Substrat und die Bakterien vermischen.
• Der Gastank fungiert als Zwischenspeicher für das Biogas, bevor dieses ins Blockheizkraftwerk oder ins Erdgasnetz strömt.
• Im Gärrestelager sammelt sich der Rückstand des Abbaus. Da der Gärrest reich an Nährstoffen ist, eignet er sich gut, um Ackerflächen zu düngen.
• Ein Blockheizkraftwerk gewinnt elektrische Energie und Wärme aus dem Biogas. Alternativ dazu ermöglicht eine Gasaufbereitungsanlage, Strom ins Netz einzuspeisen.

Welche Materialien finden als Substrat Verwendung?

Als Substrat eignen sich die meisten pflanzlichen und tierischen Stoffe. Eine Ausnahme stellen Cellulose- und Holzfasern dar, die Mikroorganismen nur schwer abbauen können. Als gut abbaubare Biomasse gelten Energiepflanzen (insbesondere Mais-, Getreide- und Grassilage), aber auch Gülle, landwirtschaftliche Abfallprodukte und Bioabfälle. Welchen Ertrag verschiedene Rohstoffe liefern, zeigt die nachfolgende Tabelle:

Wie viel Strom produziert eine Biogasanlage?

Die mit einer Biogasanlage erzeugte Strommenge hängt von verschiedenen Faktoren ab. Von erheblicher Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die Größe der Anlage beziehungsweise des Fermenters. Kleine Biogasanlagen haben eine Leistung von 30 Kilowatt, womit sie jährlich bis zu 240.000 Kilowattstunden Strom erzeugen und sich beispielsweise zur Versorgung eines kleinen Bauernhofes oder eines Ein- beziehungsweise Mehrfamilienhauses eignen. Größere industrielle Anlagen erreichen dagegen mitunter eine Generatorleistung von mehreren Megawatt.

Ein weiterer bedeutender Einflussfaktor ist die Menge des produzierten Biogases. Mit einer Großvieheinheit (= ausgewachsenes Rind) lassen sich etwa 400 bis 500 Kubikmeter Gas erzeugen. Bei nachwachsenden Rohstoffen ergeben sich zwischen 4.000 und 7.000 (Wiesengras) respektive zwischen 7.000 und 10.500 (Mais/Futterrüben) Kubikmeter Biogas je Hektar Anbaufläche. In Abhängigkeit vom Methananteil wandelt die Anlage einen Kubikmeter Biogas in 1,9 bis 3,2 Kilowattstunden Strom um.

Es existieren noch weitere Variablen, die einen Einfluss auf die Menge des erzeugten Stroms haben. Dazu gehören beispielsweise die Leistung des Faulbehälters, die Dauer des Abbaus, das Beschickungsverfahren, aber auch der Wirkungsgrad des Blockheizkraftwerks.

Vorteile von Biogasanlagen

Ein wichtiger Vorteil ist, dass die erzeugte Energie aus regenerativen Quellen stammt, die zudem oftmals örtlich verfügbar sind. Außerdem ermöglicht es eine Biogasanlage, nicht nutzbare Pflanzenteile, Erntereste und andere Nebenprodukte zu verwerten. Ein weiterer Vorzug ist die Unabhängigkeit vom Stromanbieter beziehungsweise die Option, Biogas ins Netz einzuspeisen und Geld dafür zu erhalten. Darüber hinaus kann der Anlagenbetreiber die Gärreste als natürlichen Dünger verwenden.

Probleme im Zusammenhang mit Biogasanlagen

Trotz der zahlreichen Vorteile von Biogasanlagen gibt es einige kritische Aspekte, die ebenso zu erwähnen sind. Einerseits führt die Erzeugung von Biogas zu einer Intensivierung der Landwirtschaft, die negative Folgen – etwa einen Artenrückgang – nach sich zieht. Andererseits greifen die Anlagenbetreiber insgesamt nur zu etwa 20 Prozent auf Bioabfälle zurück. Infolgedessen bindet die Energiepflanzenerzeugung zahlreiche Agrarflächen, die nicht mehr zum Anbau von Futter- und Nahrungsmitteln zur Verfügung stehen. Diese Tendenz stellt vor allem in Entwicklungsländern eine Gefahr dar.

Mini-Biogasanlage: Im eigenen Garten Biogas erzeugen

Die sogenannten Mini-Biogasanlagen lassen sich mit Abfällen betreiben. Laut dem israelischen Start-up, das das System entwickelt hat, produziert ein Kilogramm Abfall bereits 200 Liter Methan. Damit erzeugt die Anlage ausreichend Biogas, um täglich zwei bei vier Stunden zu kochen. Außerdem produziert die Biogasanlage jeden Tag etwa fünf bis acht Liter flüssigen Dünger. Ein positiver Nebeneffekt ist, dass kein Methan vom Komposthaufen mehr in die Atmosphäre gelangt, was bis zu sechs Tonnen CO2 pro Jahr einspart.

Biogasanlagen in Deutschland

Von 2009 bis 2019 hat sich die Stromerzeugung aus Biogas von etwa 13 auf knapp 32 Terawattstunden mehr als verdoppelt. Ähnlich sieht es bei der Anzahl der Biogasanlagen aus, die in den letzten Jahren stetig anstieg und 2018 bei etwa 9.400 Stück lag. Diese Entwicklung geht vor allem auf umfangreiche Fördermaßnahmen seitens der Regierung zurück.