Biogas

Biogas ist ein durch den anaeroben, mikrobiellen Abbau von organischen Substanzen entstehendes Gasgemisch, welches zu

besteht.

Aufgrund des relativ hohen Energiegehaltes lässt sich das Biogas als Energieträger für die Wärme- und Stromerzeugung nutzen. Der Energiegehalt ist direkt vom Methangehalt im Biogas abhängig. Ein Kubikmeter Methan hat einen Energiegehalt von ca. zehn Kilowattstunden. Unter der Annahme eines Methananteiles von ca. 60 % im Biogas beträgt der energetische Nutzen von einem Kubikmeter Biogas ca. 6 Kilowattstunden (entsprich ca. dem Heizwert von 0,6 l Heizöl). Die biologische Methangasbildung ist ein Prozess, der in der Natur überall dort stattfindet, wo organisches Material in feuchter Umgebung und unter Luftabschluss durch die Stoffwechselaktivität natürlicher Methanbakterien vergärt. Beispiele hierfür sind die Entstehung von

wobei jährlich ca. 780 Millionen Tonnen Methan freigesetzt werden. Rohstoffe für die energetische Biogasnutzung sind feuchte, biogene Reststoffe von Haushalten (z.B.: Biotonne, Altspeiseöl), der Landwirtschaft (z.B.: tierische Exkremente, Feld­früchte), der Ernährungsindustrie und der Landschaftspflege (z.B.: Grünschnitt).

Vorteile der Verwertung von Biogas:

Nachteile und Probleme des Biogaseinsatzes:

Technik

Die künstliche Biogasproduktion erfolgt in mehreren Stufen in einem geheizten Reaktor (im Durchschnitt bei 30-35 Grad Celsius) unter Luftabschluss. In den ersten Phasen der Hydrolyse und Versäuerung werden organische Verbindungen von Enzymen in wasserlösliche organische Produkte umgewandelt und in der Folge Säuren und Alkohole gebildet. In der nächsten Stufe, der sogenannten acetogenen Phase werden diese Stoffe zu Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid abgebaut, die dann in der letzten Stufe mit Wasserstoff zu Biogas umgesetzt werden.

Um einen sicheren Betrieb der Anlage gewährleisten zu können, wird jede Anlage mit mindestens einem Haupt- und einem Nachfermenter ausgestattet. Der Nachfermenter kann im Bedarfsfall (Ausfall des Hauptfermenters) kurzfristig zum Hauptfermenter umfunktioniert werden. Die dafür erforderlichen Rohrleitungen und Pumpen sind vorhanden. Es kann auch bei Bedarf zwischen den beiden Fermentern hin und her gepumpt werden, um Gärsubstrat nach einem Ausfall oder einem Rückgang des Gasertrages für einen neuerlichen Aufbau der Biologie auszutauschen. Des weiteren gibt es in jeder Anlage eine Vormischgrube, in welcher das Substrat zerkleinert, angemischt und vorgewärmt wird, was für die Einbringung in den Fermenter ? vor allem in der kalten Jahreszeit ? eine Effizienzsteigerung bedeutet, da Kältebrücken im Vergärungsprozess ausgeschlossen werden können. Kältebrücken führen im Regelfall zu einer Verzögerung im Gärprozess und somit zu einer Reduzierung des Gasertrages.

Umwelt

Positive Effekte des Energiepflanzenanbaues sind im ökologischen Sinn eine Verhinderung der Abschwemmung sowie der Austrocknung von Böden in der Landwirtschaft. Die Energiepflanzenproduktion wirkt somit Ernteeinbußen entgegen, welche aufgrund von Trockenheit sowie Humusverlusten entstehen. Da der sowieso bei der Biogasherstellung anfallende Dünger wieder auf die Felder ausgebracht wird und im wesentlichen auf eine Ausbringung von Pestiziden und Mineraldünger verzichtet werden kann, führt die Energiepflanzenproduktion auch zu einem aktiven Grundwasser- und Gewässerschutz. Weiters wird der Nährstoffkreislauf nicht unterbrochen, da das ausgegorene Material als hochwertiger organischer Dünger wieder auf die Felder zurückgeführt wird. Durch die Veredelung zu hochwertigem Strom und Wärme kann bis zu 20.000 kg CO2 / Hektar gegenüber fossiler Energieproduktion eingespart werden.

Die ökologischen Vorteile der Biogasnutzung werden nachfolgend dargestellt.

Schutz des Grundwassers

Bei der Verwendung von Gülle als Gärsubstrat wird in der Praxis 1/3 des organisch gebundenen Stickstoffes mineralisiert. Dadurch werden die enthaltenen Nährstoffe bei Verwendung als Dünger für die Pflanzen besser verfügbar. Im Vergleich zur üblichen Düngung gehen kaum noch Nährstoffe verloren, wodurch sich die Belastung von Grund- und Fließwasser erheblich verringert. Außerdem wird die Geruchsbelästigung vermindert.

Schutz der Atmosphäre

Biogas besteht ca. aus 2/3 Methan, 1/3 CO2 und anderen Gasen. Das in einer Biogasanlage entstandene Methangas kann über Blockheizkraftwerke abgearbeitet werden, das CO2 wird von den Pflanzen wieder vollständig assimiliert. Biogas ist also nicht klimarelevant.

Gewinnung von leicht speicherbarer erneuerbarer Energie

Biogas ist eine dezentral verfügbare erneuerbare Energieform und kann fossile Brennstoffe ersetzen. Ähnlich dem Erdgas ist Biogas ein hochwertiger Energieträger und kann sowohl als Treibstoff in Gasmotoren, als auch im Betrieb von Gasbrennern genutzt werden. Als dezentral verfügbare Energieform stärkt die Verwendung von Biogas auch die regionale Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern.

Potential

Das theoretische Potential wird aus den jährlich zur Verfügung stehenden vergärbaren organischen Materialien sowie deren durchschnittlichen Biogaserträgen errechnet. Dabei wird die Verwertung von landwirtschaftlichen, kommunalen sowie industriellen biogenen Rückständen und Nebenprodukten sowie Grünlandschnitt aus der Landwirtschaft berücksichtigt.

Das theoretische Potential ist aufgrund gewisser Einschränkungen nicht zur Gänze nutzbar. Werden jene Teile des gewonnenen Biogases abgezogen, welche nicht genutzt werden können (z.B. Teil der Energie wird für die Energieumwandlung benötigt), so ergibt sich daraus das technische Angebotspotential.

Hemmnisse

Wesentlichster Faktor bei der Biogasproduktion ist der Gärprozess an sich. Laufen die Gärprozesse nicht optimal ab, so kündigt sich das meist durch ein Absinken der Biogasproduktion sowie einer Verringerung der Gasqualität an. Die auftretenden Probleme hierbei lassen sich grob in zwei Gruppen einteilen, nämlich in mechanische und biochemische Störungen.

Mechanische Störung

Einen sehr häufigen Grund für eine Störung des Gärprozesses bildet der Aufbau einer Schwimmdecke. Diese entsteht oft durch defekte Durchmischungs­einrichtungen, wobei diesem Problem durch geeignete Vorbehandlung des Substrates oder durch Auswahl passender Rührwerke vorgebeugt werden kann. Die Entstehung von Sinkschichten im Fermenter führt zu einer verringerten Wärmezufuhr zum Gärprozess und daher zu einer Störung des Gärpozesses. Wichtig bei der Vermeidung dieser Störung ist die Installation eines geeigneten Grundschlammabzuges.

Biochemische Störung

Wesentlich bei der Biogaserzeugung ist die Einhaltung bestimmter Temperaturbereiche um die Vorraussetzungen für einen optimalen Gärprozess zu schaffen. Im allgemeinen werden drei verschiedene Temperaturbereiche unterschieden, welche im Spektrum zwischen 25°C und 55°C angesiedelt sind. Weiteren Einfluss auf den biochemischen Prozess nehmen verschiedene Metallkonzentrationen. Einerseits kann die Konzentration zu gering sein und somit fehlen wichtige Spurenelemente für den Mikroorganismenaufbau (z.B. Nickel, Eisen) oder die Konzentration an Metallen ist zu hoch (z.B. Kupfer). Ein weiterer wichtiger Parameter für eine gute Biogasausbeute ist die Ammonium - Konzentration (NH4). Übersteigt die Ammonium-Konzentration eine gewisse Grenze, so tritt eine starke Störung der biochemischen Reaktion auf. Eng damit verbunden ist der Einfluss von kurzkettigen Fettsäuren wobei gewisse Grenzen für die Säurewerte eingehalten werden sollen, da es ansonsten zu Störungen in der Biogasproduktion kommen kann.

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