Biogasanlage

Was ist Biogas?

Der Abbau von Substraten (Gülle, Mist, Silage) geschieht durch Bakterien, die ohne Sauerstoff in den Behältern der Biogasanlage leben können (Gärung). Sie ernähren sich vom Substrat und geben Biogas als Abfallprodukt ab.

Vergleich Biogas mit Erdgas:

Im Biogas sind ca. 50-75 % Methan und ca. 25-35 % Kohlendioxid enthalten. Im Vergleich dazu besteht das von vielen privaten Haushalten genutzte Erdgas aus ca. 75-99 % Methan. Der Vorteil einer Biogasanlage ist es regeneratives Gas herzustellen.

Zusammensetzung Biogas:

Das in der Biogasanlage entstandene Biogas wird zur Strom- und Wärmegewinnung genutzt. In einem Blockheizkraftwerk (BHKW) wird das Methan (CH4) im Biogas verbrannt. Dadurch wird ein Motor betrieben, welcher einen Generator antreibt. Hierbei entstehen Strom und viel Abwärme.

Aufbau und Funktion einer Biogasanlage

Substrat – die „Nahrung“ der Biogasanlage

Als Substrat werden die Stoffe bezeichnet, die als Rohmaterial zur Beschickung der Biogasanlage eingesetzt werden. Dazu zählen Rinder- und Schweinegülle (welche ohnehin in landwirtschaftlichen Bertrieben anfallen) und Mist von Schafen, Rindern und Pferden. Zudem wird Silage verwendet, diese besteht aus Mais, Gras, und Getreide, welches vor der Reife geerntet wurde (Getreide-Ganzpflanzensilage). Seit neuestem wird auf unseren Feldern auch die durchwachsene Silphie angebaut, eine Energiepflanze, die auch Bienen erfreut.

Silage liefert den höchsten Ertrag aller eingesetzten Substrate an Biogas, wobei Rinder- und Schweinegülle das Schlusslicht bilden. Um die Biogasanlage wirtschaftlich zu halten, wird außer Rinder- und Schweinegülle in unserer Biogasanlage in Gussenstadt auch Silage eingesetzt. Jedoch werden in unserer Biogasanlage mindestens 60% Gülle und Mist verwendet.

Substratvorbereitung

Vorgrube:

In der Vorgrube wird Gülle von Schweinen und Rindern gespeichert und gemischt. Von hier aus wird diese „Güllemischung“ direkt in den Fermenter gepumpt.

Feststoffdosierer:

Durch den Feststoffdosierer werden Silage und Mist zerkleinert, um die enthaltenen Nährstoffe den Bakterien im Fermenter besser zugänglich zu machen. Portionsweise wird dieses Gemisch dem Fermenter zugeführt.

Im Fermenter vermischen sich die Stoffe aus Vorgrube und Feststoffdosierer.

Der Fermenter – das „Herz“ der Biogasanlage und Nachgärer

Im Fermenter findet die Gärung statt. Charakteristisch für die Gärung ist, dass Bakterien, die nur in einer Umgebung ohne Sauerstoff überleben können, Substrat als Nahrung verwenden und -genauso wie wir Menschen- Abfallstoffe (unter anderem das Biogas) wieder abgeben. Der Abbau des Substrates erfolgt dann am besten, wenn die Bakterien „Wohlfühlbedingungen“ vorfinden. „Wohlfühlbedingungen“ herrschen, wenn Temperatur, pH-Wert und Substrat/ Nährstoffe optimal sind. Über mehrere Zwischenschritte wird so das Substrat von Bakterien in Biogas umgewandelt.

Die Hauptaufgabe eines Fermenters ist es, keinen Sauerstoff in den Fermenter zu lassen, da die für die Gärung verantwortlichen Bakterien nicht unter Anwesenheit von Sauerstoff überleben können. Außerdem sollte ein Fermenter licht- und wasserundurchlässig sein. Rührwerke im Innern des Fermenters sorgen für die optimale Durchmischung des Inhaltes. Dadurch haben die Bakterien immer ausreichend Nährstoffe zur Verfügung und können das von ihnen abgeschiedene Gas leicht abgeben. Ein Heizsystem und eine gute Isolierungin der Wand des Fermenters sorgen dafür, dass die Temperatur im Fermenter konstant bleibt. Außerdem müssen die Fermenter absolut gasdicht sein, damit kein Gas entweichen kann. Das Gas soll ja schließlich für die Strom- und Wärmegewinnung genutzt werden. Durch gasdichte Fermenter wird auch eine Geruchsbelästigung der Spaziergänger vermieden.

In einem weiteren Behälter, dem Nachgärer, passiert das gleiche wie im Fermenter. Zudem ist er genauso aufgebaut wie ein Fermenter. Jedoch wird hier weniger Biogas produziert als im Fermenter, da das Substrat bereits „energieärmer“ ist als im Fermenter.

Das Gärrestlager – die „Auslaufphase“ der Biogasproduktion

Im Gärrestlager wird das verbliebene, noch unvergorene Substrat abgebaut. Die Biogasproduktion ist in diesem Schritt längst nicht so effizient/produktiv wie im Fermenter und Nachgärer, Zudem wir das Innere des Behälters nicht mehr warm gehalten im Vergleich zum Fermenter und Nachgärer.

Was passiert nach der Biogasproduktion?

Gärrest – die „Gülle“ der Biogasanlage

Sobald das Biogas nahezu vollständig aus dem Substrat entwichen ist, bleibt der Gärrest im wasser- und gasdichten Gärrestlager zurück. Der Gärrest ist ein hochwertiger organischer Dünger und wird von Landwirten auf die Felder ausgebracht.

Verwertung von Biogas – Entstehung von Strom und Nahwärme

Das entstandene Biogas wird in einem Gasspeicher zwischengelagert, sodass einem Motor, der das Biogas verbrennt, kontinuierlich Gas zugeführt werden kann. Dieser Biogas-betriebene Motor treibt wiederum einen Generator an, der Strom erzeugt. Der erzeugte Strom wird dann in das Stromnetz eingespeist. Diese Einheit wird Blockheizkraftwerk (BHKW) genannt.

Hauptsächlich werden als Motorbauarten Gas-Otto-Motoren und Zündstrahlmotoren eingesetzt. Gas-Otto-Motoren können das Biogas ab einer Methankonzentration von 45% direkt verbrennen. Der Nachteil von Zündstrahlmotoren besteht darin, dass sie Zündöl zur Verbrennung benötigen.

Bevor das Gas jedoch verwertet werden kann, müssen Partikel (feste Teilchen) und Kondensat (flüssige Teilchen) entfernt werden und eine Entschweflung stattfinden, sodass der Motor vor Rost geschützt wird.

Da der Wirkungsgrad von BHKWs bei ca. 40% liegt, fallen außer Strom auch 60% Wärme an. Ungefähr 25% dieser Abwärme werden zur Beheizung des Fermenters benötigt, um dort die optimale Temperatur zur Aktivität der Bakterien aufrecht zu erhalten. Die restliche Wärme dientbei unserer Biogasanlage zur Beheizung von öffentlichen Einrichtungen (Schule, Kindergarten,…) und von Privathaushalten. Dabei wird die Wärme mit dem Transportmedium Wasser ins Dorf und anschließend zum jeweiligen zu beheizenden Gebäude transportiert.

Mehr Informationen über die Nahwärme für Ihr Zuhause finden Sie hier.

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) verpflichtet nicht dazu, die Abwärme zu nutzen, sobald der Gülleanteil des eingesetzten Substrates mehr als 60 % beträgt. In Gussenstadt wird jedoch Abwärme zur Beheizung genutzt um einen weiteren Beitrag zum Schutz der Umwelt zu leisten. Außerdem werden sosämtliche anfallende Produkte wirtschaftlich zu genutzt.