Biogastechnik

Wussten Sie, dass die Biogastechnik Süd GmbH seit ihrer Gründung im Jahr 2002 Hunderten von Biogasanlagen weltweit zum Erfolg verholfen hat? Dies zeigt, wie stark sich Bioenergie als Schlüsselkomponente in der Nutzung erneuerbarer Energien etabliert hat. Ihre hochwertigen Produkte wie der Pressschneckenseparator Sepogant und das Paddelrührwerk Varibull sind emblematisch für nachhaltige Energiequellen und die Bedeutung innovativer technischer Lösungen in diesem Sektor.

Diese bemerkenswerte Erfolgsgeschichte unterstreicht die Rolle der Biogastechnik in der Transformation hin zu nachhaltiger Energieversorgung. Dabei reicht das Portfolio der Biogastechnik Süd GmbH von der Gärrestverdampfung Vapogant bis hin zu Förderschneckentechniken, die speziell entwickelt wurden, um schwer zu fördernde Substrate in Biogasanlagen zu transportieren. Ihre Forschungs- und Entwicklungsinitiativen konzentrieren sich darauf, biogasbetriebene Energiequellen als stabile und umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Energiequellen zu fördern.

Wichtigste Erkenntnisse

• Die Biogastechnik Süd GmbH betreut seit 2002 erfolgreich Hunderte von Biogasanlagen weltweit.
• Die Firma bietet innovative technische Lösungen für die Biogasproduktion an.
• Produkte wie der Pressschneckenseparator Sepogant und das Paddelrührwerk Varibull sind Vorreiter für nachhaltige Energiequellen.
• Biogastechnik spielt eine zentrale Rolle in der Umstellung auf erneuerbare Energien.
• Durch Zusammenarbeit mit der Landwirtschaftlichen Rentenbank fördert die Biogastechnik Süd GmbH umweltfreundliche Landwirtschaftspraktiken.

Was ist Biogastechnik?

Biogastechnik bezeichnet die Nutzung biologischer Prozesse, insbesondere der anaeroben Vergärung, zur Biogasgewinnung aus organischen Materialien wie landwirtschaftlichen Abfällen, Lebensmittelresten und kommunalen Abfällen. Durch die Vergärung von Biomasse wie Gülle, Mist, Bioabfällen oder Energiepflanzen entsteht Biogas, das hauptsächlich aus Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) besteht. Die Temperatur des Fermenters liegt typischerweise bei 40 – 55 °C, wodurch der Vergärungsprozess optimal unterstützt wird.

Biogas kann zu Strom, Wärme, Gas oder Treibstoff umgewandelt werden. Ein Teil des erzeugten Stroms in einem Biogas-Blockheizkraftwerk (BHKW) wird für den Betrieb der Biogasanlage selbst genutzt, während die Restwärme des BHKW zur Beheizung des Fermenters oder zur Gärrestverdampfung verwendet wird. Durch die Gärrestverdampfung entsteht ein konzentrierter Dünger mit reduziertem Wasseranteil, der als natürlicher Dünger in der Landwirtschaft eingesetzt werden kann.

Ein bedeutender Vorteil der Biogastechnik ist die Schaffung erneuerbarer Energiequellen und die Reduktion klimaschädigender Treibhausgase. Der Fachverband Biogas e. V. setzt sich durch politische Interessenvertretung für die verstärkte Nutzung der Biogastechnologie ein. Auch die Agentur für Erneuerbare Energien e. V. wirbt für die Energiewende und mehr gesellschaftliche Akzeptanz. Die FlexBio-Technologie bietet innovative Lösungen für die anaerobe Vergärung und ermöglicht die flexible Biogasproduktion in der Landwirtschaft sowie in der Abfallwirtschaft.

Die Bedeutung der Anaeroben Vergärung

Die anaerobe Vergärung spielt eine zentrale Rolle bei der Biogaserzeugung, indem sie organisches Material in einer sauerstofffreien Umgebung abbaut. Dieser Gärprozess wird weltweit in Biogasanlagen genutzt, um erneuerbare Energie in Form von Biogas zu produzieren. Biogas besteht typischerweise zu 55–70 % aus Methan (CH4) und zu 30–45 % aus Kohlenstoffdioxid (CO₂). Angesichts der energieintensiven Gesellschaft ist die Methanproduktion durch anaerobe Vergärung eine vielversprechende Methode, um eine nachhaltige Energiequelle zu erschließen.

Prozess der Anaeroben Vergärung

Der Gärprozess der anaeroben Vergärung kann in vier Hauptphasen unterteilt werden: Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese. In der Hydrolysephase werden komplexe organische Moleküle wie Kohlenhydrate, Proteine und Fette in einfachere Verbindungen zerlegt. Während der Acidogenese werden diese einfachen Verbindungen weiter in Fettsäuren, Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserstoff umgewandelt. In der Acetogenese werden die sauren Zwischenprodukte in Essigsäure und andere einfache Moleküle umgewandelt. Schließlich erfolgt in der Methanogenese die Transformation dieser letzten Produkte in Methan und Kohlendioxid, wodurch wertvolles Biogas entsteht.

Vorteile der Anaeroben Vergärung

Die anaerobe Vergärung bietet zahlreiche Vorteile, die über die reine Methanproduktion hinausgehen. Einer der wichtigsten Vorteile ist die Reduktion von Geruchsemissionen, die aus dem Abbau des organischen Materials resultieren. Auch die Nutzung des Gärrests als organischer Dünger in der Landwirtschaft trägt zur nachhaltigen Kreislaufwirtschaft bei. Zusätzlich ermöglicht der Gärprozess eine hohe Effizienz in der Energieausbeute, da die erzeugte Wärme und Elektrizität insbesondere in Blockheizkraftwerken (BHKW) genutzt werden. In Deutschland sind beeindruckende über 8000 Biogasanlagen in Betrieb, was die weite Verbreitung und die Bedeutung dieser Technologie unterstreicht.

Insgesamt stellt die anaerobe Vergärung nicht nur einen Weg zur nachhaltigen Energieproduktion dar, sondern auch eine Möglichkeit zur effizienten Nutzung von Abfallprodukten, was sie zu einem essenziellen Bestandteil der modernen Kreislaufwirtschaft macht.

Die Komponenten einer Biogasanlage

Eine moderne Biogasanlage ist das Herzstück effizienter Biogasproduktion und besteht aus wesentlichen Komponenten. Jede dieser Komponenten spielt eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung organischer Materialien in saubere, erneuerbare Energie.

Substrateinbringung

Die Substrateinbringung ist der erste Schritt in einer Biogasanlage. Hierbei wird die Biomasse, wie Maissilage, Grassilage oder anderer Bioabfall, in das System eingebracht. Die Auswahl und Zufuhr der richtigen Substrate beeinflusst maßgeblich die Effektivität der Biogasproduktion. In den letzten Jahren hat die Nutzung von Reststoffen und die Zunahme von Gülleanlagen bis zu 75 kW / 150 kW aufgrund von Subventionen zugenommen.

Fermenter

Der Fermenter ist das Herzstück einer jeden Biogasanlage. In diesem großen, luftdicht abgeschlossenen Behälter findet die anaerobe Vergärung statt. In Deutschland wurden zwischen 2009 und 2011 mehr als 3,800 Biogasanlagen gebaut, darunter viele moderne Fermenter. Die Temperaturen innerhalb des Fermenters liegen typischerweise zwischen 30 und 35 Grad Celsius, was den mesophilen Prozess fördert.

Rührwerke

Rührwerke sind entscheidend, um eine gleichmäßige Durchmischung des Substrats im Fermenter zu gewährleisten. Dies verbessert nicht nur die Effektivität der anaeroben Vergärung, sondern verhindert auch die Bildung von schwimmenden Schichten oder Sedimenten am Boden. Effektive Rührwerke tragen wesentlich zur Gesamteffizienz und Stabilität der Biogasanlage bei.

Unterschiede zwischen Nass- und Trockenfermentation

Die Biogastechnik unterscheidet zwischen Nassfermentation und Trockenfermentation, zwei wesentlichen Methoden zur Erzeugung von Biogas. Beide Verfahren spielen eine entscheidende Rolle im Biogasverfahren und sind in unterschiedlichen Kontexten und für verschiedene Substratarten von Bedeutung.

Nassfermentation

Die Nassfermentation umfasst die Vergärung von nasser oder feuchter Biomasse. Hierbei wird das Substrat, bestehend aus organischen Stoffen wie Küchenabfällen oder landwirtschaftlichen Reststoffen, in einem wässrigen Medium fermentiert. Dieser Vorgang erleichtert das Durchmischen und den Transport des Substrats innerhalb der Biogasanlage. Ein weiterer Vorteil der Nassfermentation ist die Möglichkeit, kontinuierliche Prozesse zu realisieren. Häufige Anwendungen finden sich insbesondere bei der Verwertung von organischen Abfällen, da das durchmischte Substrat optimale Bedingungen für die mikrobiellen Aktivitäten bietet, die das Biogasverfahren vorantreiben. Laut dem EEG 2012 förderte die Biogaserzeugung aus Bioabfällen mit 14 – 16 cent/kWh (§ 27a EEG 2012).

Trockenfermentation

Im Gegensatz dazu verwendet die Trockenfermentation trockenes oder wenig feuchtes Substrat, das in einem festen Zustand fermentiert. Dieser Prozess ist besonders bei bestimmten Arten von Biomasseefficient und bietet Vorteile beim energetischen Einsatz von Bioabfällen, die bei der Nassfermentation nicht optimal vergoren werden können. Die Trockenfermentation ermöglicht zudem die Nutzung von Fermentern mit geringem Wasserverbrauch und ist daher bei der Verarbeitung faseriger Biomasse effizient. Interessant ist auch der Technologiebonus, der durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz 2004 für die Trockenfermentation eingeführt wurde und eine um 2 Cent pro eingespeister kWh Strom erhöhte Vergütung für 20 Jahre ermöglichte. Mit dem EEG 2014 wurde zudem eine Direktvermarktung erneuerbarer Energien für Biogasanlagen ab 100 kW eingeführt, wobei nur noch die Hälfte der installierten elektrischen Leistung gefördert wird.

Schließlich, ob Nassfermentation oder Trockenfermentation eingesetzt wird, hängt von den spezifischen Anforderungen und Eigenschaften des verwendeten Substrats ab. Beide Methoden haben ihre speziellen Anwendungsgebiete innerhalb des umfassenden Biogasverfahrens.

Biogasproduktion und ihre Vorteile

Die Biogasproduktion bietet eine flexible und nachhaltige Lösung zur Energieerzeugung. Als wichtige Komponenten enthalten Biogas bis zu 75 Prozent brennbares Methan (CH4), das für die Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden kann, wodurch die konstante Energieerzeugung im Vergleich zu wetterabhängigen Energiequellen ermöglicht wird. Diese Effizienz führt insbesondere in Deutschland zu einer signifikanten Reduzierung von Treibhausgasemissionen und unterstützt den Umweltschutz.

Flexibilität von Biogas

Einer der größten Vorteile der Biogasnutzung ist ihre Flexibilität. Im Gegensatz zu Wind- und Solarenergie kann Biogas unabhängig von den Wetterbedingungen erzeugt und gespeichert werden. Dies bedeutet, dass Biogasanlagen nicht nur einen kontinuierlichen Energiefluss gewährleisten, sondern auch Energiespitzen ausgleichen und die Grundlastdeckung ermöglichen. Besonders in ländlichen Regionen leistet Biogas einen wesentlichen Beitrag zur dezentralen Energieversorgung, senkt den CO2-Ausstoß und schafft Arbeitsplätze.

Nachhaltigkeit und Umweltschutz

Durch die Biogasnutzung werden fossile Brennstoffe eingespart und eine Kreislaufwirtschaft gefördert. Der Anbau nachwachsender Rohstoffe, wie Mais oder Grünroggen, für Biogasanlagen, unterstützt die nachhaltige Energieerzeugung. Dennoch bedarf es einer sorgfältigen Planung, um negative Auswirkungen auf natürliche Ökosysteme und die Artenvielfalt zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil von Biogas ist die nahezu emissionsfreie Verbrennung, die zur Senkung der Treibhausgasemissionen beiträgt und somit wichtige Impulse für den Umweltschutz setzt.

Insgesamt zeigt sich, dass die Biogasproduktion ein bedeutender Baustein für eine nachhaltige Energiezukunft ist. Mit ihrem Beitrag zum Umweltschutz und ihrer Rolle in der dezentralen Energieerzeugung hat Biogas das Potenzial, eine zentrale Säule der Energieversorgung in Deutschland zu werden.

Gärrestverwertung: Effiziente Nutzung von Nebenprodukten

Nach der Biogasproduktion verbleibt ein Restprodukt, der Gärrest, der reich an Nährstoffen ist und als Düngemittel in der Landwirtschaft verwendet werden kann. Diese Praxis fördert das Recycling von Biomasse und unterstützt nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken. In Deutschland zeigt die Ausgangssituation einen Trend zur Errichtung von zentralen Biogasgroßanlagen bzw. Biogasanlagen-Parks, die enorme Mengen an Gärrest produzieren. Diese Mengen stellen eine Hauptproblemstellung dar, besonders bei Anlagen im Megawatt-Bereich. Der Gärrest besteht zum Großteil aus Wasser und erfordert aufwändigen Transport über weite Strecken.

Arten von Gärrestverwertung

Die Gärrestverwertung kann vielfältig gestaltet werden. Eine umfassende Sammlung von 17 verschiedenen Technologien wurde erhoben, um den Gärrest auf wirtschaftliche Weise aufzubereiten. Eine Recherche der Gärrestcharakteristiken ergab vier Hauptgruppen: landwirtschaftliche Anlagen, NAWARO-Anlagen, Abfallverwertungsanlagen und Industrieanlagen. Auf dieser Grundlage wurden 16 Anlagen besichtigt bzw. interviewt und 19 Demonstrationsanlagen mit Gärrestaufbereitung zusammengestellt.

Zur effizienten Biomassedüngung hat man Kontakt zu 42 Firmen aufgenommen, die sich mit Gärrestaufbereitung beschäftigen, und 3 Fallbeispiele mit 8 unterschiedlichen Szenarien durchgeführt, um die Technologien praktisch zu demonstrieren. Dabei wurden detaillierte Stoffflussdiagramme und Nährstoffströme für jedes Szenario berechnet.

Vorteile der Gärrestverwertung

Die Vorteile der Gärrestverwertung sind vielfältig. Durch die Nutzung der nährstoffreichen Gärreste als Düngemittel wird die Bodenfruchtbarkeit verbessert und der Einsatz synthetischer Düngemittel reduziert. Dies trägt erheblich zur nachhaltigen Landwirtschaft und dem Recycling von Biomasse bei. Darüber hinaus minimiert die effiziente Gärrestverwertung die Entsorgungskosten und reduziert die Umweltbelastung.

Biogasnutzung in Blockheizkraftwerken (BHKW)

In Deutschland gibt es derzeit mehr als 9.000 Biogasanlagen, die im Jahr 2017 etwa 32 Terawattstunden (TWh) Strom erzeugten, was 5,4% des landesweiten Stromverbrauchs ausmacht. Ein wesentlicher Bestandteil der Effizienzsteigerung in der Energiegewinnung durch Biogas ist die Nutzung in Blockheizkraftwerken (BHKW).

Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) nutzt das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung, um gleichzeitig Strom und Wärme zu produzieren. Biogas, das in Biogasanlagen gewonnen wird, spielt dabei eine zentrale Rolle. Besonders hervorzuheben ist, dass bei der Nutzung von Biogas in BHKWs nicht nur elektrische Energie erzeugt wird, sondern auch die entstehende Wärme direkt genutzt werden kann, was die Effizienz der Energiegewinnung erheblich verbessert.

Die dezentrale Energieversorgung, die durch Blockheizkraftwerke ermöglicht wird, ist ein Schlüsselelement in der modernen Energielandschaft. Ein Großteil des Biogases besteht aus Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2), enthält jedoch auch geringe Mengen anderer Gase wie Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Der Gas-Otto-Motor, der in vielen BHKWs zum Einsatz kommt, benötigt einen Methangehalt von mindestens 45%, um effizient zu arbeiten.

Insgesamt tragen BHKWs zur Reduzierung von Treibhausgasen bei, da sie organische Abfälle und nachwachsende Rohstoffe nutzen. Allerdings entweichen etwa 5% des Methans in die Atmosphäre, was ein möglicher Nachteil sein kann. Dennoch ist die Kombination von Biogasproduktion und dessen Nutzung in BHKWs ein vielversprechender Weg, um Schwankungen im Energieangebot auszugleichen und die Energieversorgung zu stabilisieren.

Die folgende Tabelle bietet einen Vergleich der verschiedenen Technologien, die in Biogasanlagen genutzt werden können:

Die Wahl der Technologie hängt von der Größe der Biogasanlage und den spezifischen Anwendungsanforderungen ab. Serviceverträge und kontinuierliche Wartung stellen sicher, dass die Betriebsdauer und Funktion der BHKW optimal bleiben. Mit der Entwicklung und Verbreitung dieser Technologien stellt Biogas eine flexible und umweltfreundliche Energiequelle dar, die die Integration erneuerbarer Energien weiter vorantreibt.

Biomethan: Aufbereitung und Einspeisung ins Netz

Biomethan wird als eine saubere und nachhaltige Energiequelle immer bedeutender. Die Aufbereitung und Einspeisung dieses Gases ins bestehende Erdgasnetz erfordert spezialisierte Verfahren und Technologien. In Deutschland gibt es eine Vielzahl von Anlagen, die darauf ausgelegt sind, Biogas in Biomethan umzuwandeln und dem Netz zuzuführen.

Prozess der Biomethanaufbereitung

Um Rohbiogas in Biomethan umzuwandeln, muss es zunächst gereinigt werden. Die gängigsten Verfahren zur Abtrennung von CO2 aus dem Biogas sind die Druckwechseladsorption (PSA) und die Aminwäsche. In den letzten Jahren gewinnen auch Membrantechnologien zunehmend an Bedeutung. Diese Verfahren ermöglichen eine effiziente und kostengünstige Reinigung, wodurch das gereinigte Biomethan eine Reinheit von 97-99% erreicht. Außerdem arbeiten die Anlagen in Deutschland durchschnittlich 7.390 Stunden jährlich, was eine fast ganzjährige Produktion sicherstellt.

Vorteile der Biomethaneinspeisung

Biomethan bietet vielfältige Vorteile. Die Einspeisung ins Erdgasnetz ermöglicht eine flexible Nutzung, da es sowohl zur Wärme- als auch zur Stromerzeugung verwendet werden kann. Zudem trägt es zur Reduktion von Treibhausgasemissionen bei. Eine Studie zeigt, dass im Jahr 2020 in Deutschland 216 Biomethananlagen mit einer Gesamtkapazität von 133.734 Nm³/h in Betrieb waren, was eine jährliche Einspeisung von etwa 10 GWh ermöglichte. Die Kostenteilung zwischen Anlagenbetreiber und Gasnetzbetreiber, gepaart mit einer Deckelung der Investitionskosten bei €250.000, macht die Biomethaneinspeisung auch wirtschaftlich attraktiv.

Letztlich ist die Aufbereitung und Einspeisung von Biomethan nicht nur ein wichtiger Schritt zur Nutzung erneuerbarer Energien, sondern auch ein Beitrag zur Energieunabhängigkeit und zu einem nachhaltigeren Energiesystem.