Energie - Regenerativ

Referenten:
Lars Baeren, Annika Köster, Nico Kranenburg, Anna Medtisch, Julian Telger

8.1 Funktionsschema Biogasanlage

Im folgenden Kapitel soll das Funktionsschema einer Biogasanlage anhand eines Beispiels dargestellt werden. Wir haben eine Modellanlage aus der "Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung" ausgewählt, um eine mögliche Funktionsweise einer Biogasanlage erläutern zu können.
Im Anschluss daran sollen einzelne Aspekte an einem realen Beispiel verdeutlicht werden.

Eine Biogasanlage ist zumeist an eine landwirtschaftliche Hofanlage gekoppelt.
In ihr werden pflanzliche und tierische Reststoffe (Basis- und Kosubstrate, siehe Grafik) zum energiereichen Biogas Methan vergärt, das zur Wärmegewinnung als Energieträger in ein Blockheizkraftwerk eingespeist wird. Die Biogasanlage besteht aus vier Hauptteilen: Einer Sammelgrube für Basis- und Kosubstrate, die in die Anlage eingehen und vergärt werden, einem Gärungsbehälter, dem Fermenter, in dem der Gärungsprozess stattfindet, einem Gasspeicher, in den das bei der Gärung entstandene Biogas abgeführt wird und dort gespeichert wird und einen Düngerbehälter, in dem die Gärungsrückstände gesammelt werden.

Die ausgewählte Modellanlage ist ein Einzelbetrieb mit Rinderhaltung von 120 GV (1 Großvieheinheit entsprechen 500kg Vieh) und Anbau von Futtermais. Als Basissubstrate werden jährlich 2160 t Rindergülle und als Kosubstrate 722 t Futterreste, Maissilage und Grassilage in die Biogasanlage eingeführt. Insgesamt werden also 3.182 t Biomasse eingespeist, das sind 8,7 t täglich. Es werden somit ausschließlich betriebseigene Rohstoffe eingespeist. (4)

Zunächst werden Basis- und Kosubstrate voneinander getrennt in Güllevorgrube und Annahmebehälter gesammelt, um danach im Sammelbehälter vermischt und vorbehandelt zu werden. Das Substratgemisch wird in den Fermenter eingebracht und verweilt dort 43 Tage bis zur vollständigen Vergärung. Um den optimalen Ertrag an Biogas zu erzielen, muss im Fermenter eine stetige Temperatur von 38 Grad Celsius herrschen, Die dazu nötige Energie wird direkt von der aus Biogas erzeugten Wärme aus dem Blockheizkraftwerk bezogen.

Die Gärreste werden in einem Lagerbehälter aufbereitet und von dort aus direkt wieder in den landwirtschaftlichen Betrieb eingebracht oder an Dritte verkauft. Das Biogas wird im Fermenter gespeichert und von dort aus in ein nahe gelegenes Blockheizkraftwerk zur Wärme- (und Strom-) Erzeugung eingebracht. Der Anteil der Wärmeenergie fließt direkt zurück in den Anlagen- und Hofbetrieb und der Strom wird teilweise verkauft.

Aus der eingebrachten Menge von 3.182 t Frischmasse (FM) pro Jahr entstehen 122.869 netto Kubikmeter (Ncbm) Biogas pro Jahr. Pro Nettokubikmeter ist ein Heizwert von ca. 10 KWh zu erzielen. Das Biogas betreibt in dem nahgelegenen Blockheizkraftwerk eine Gasturbine. So werden Wärme und Strom erzeugt, wobei 51 % der Leistung des BHKW auf die Wärmeerzeugung entfallen. Somit beträgt der Heizwärmeanteil 278.503 KWh therm pro Jahr. Diese Menge wird vollständig in die Hofanlage und den zur Temperierung in den Fermenter rückgeführt, so dass keine Wärme ins Fern- oder Nahwärmenetz eingespeist wird. Der Wärmeertrag der Anlage reicht also nur zur Selbstversorgung aus. (5)

Eine genaue Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der oben beschriebenen Biogasanlage ist anhand dieser Daten nicht möglich, da ein Wert für die Heizkosteneinsparung des Landwirtschaftlichen Betriebes nicht gegeben ist. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass sich die Kosten und Erträge (inklusive der Heizkosteneinsparung) nach einer längeren Amortisationszeit ausgleichen und zukünftig ein geringer Gewinn erzielt wird. Bei dieser Anlagenform steht der ökologische Gedanke und eine erstrebenswerte Einsparung an nicht erneuerbaren Energien im Vordergrund.

Bisherige Erfahrungen mit anderen Biogasanlagen haben gezeigt, dass kleine Einzelanlagen aufgrund der hohen Anlagenkosten nur selten wirtschaftlich sind und die gewonnene Energie nur für den Eigenbedarf genutzt werden kann.

Gemeinschaftsanlagen in denen mehrere Höfe einen Fermenter betreiben sind wirtschaftlich sinnvoller, da sich die Anlagekosten besser verteilen und dadurch schneller amortisieren. Darüber hinaus kann ein eventueller Überschuss ins öffentliche Netz eingespeist und vergütet werden.

8.2 Biogasanlage des Rhinmilch-Verbundes

Als gebautes Beispiel einer Biogasanlage lässt sich hier die Biogasanlage des Rhinmilch-Verbundes nahe Berlin anführen.

Im Rhinmilch-Verbund arbeiten insgesamt fünf landwirtschaftliche Betriebe zusammen. Neben der Erzeugung und dem Vertrieb landwirtschaftlicher Produkte wie Milch, Getreide und auch Fleischprodukte aus eigener Produktion betreiben diese Betriebe eine gemeinschaftliche Biogasanlage zur Erzeugung von Strom und Wärme sowohl für den Eigenbedarf als auch zur Einspeisung in öffentliche Netze.

Mit dem Betrieb leistet der Verbund einen Beitrag um Klimaschutz. Würden in Deutschland alle Potentiale der Biogasproduktion ausgenutzt, so könnten insgesamt 5,5 Prozent des gesamten Energieverbrauchs, was 8,7 Milliarden cbm Gas entspricht, gedeckt werden und folglich könnte auf die Energieerzeugung aus zwei Kernkraftwerken verzichtet werden.

Für die Biogasanlage entstanden Investitionskosten in Höhe von 1,3 Mio.
Euro. Betrieben wird die Anlage mit betriebseigenen Abfällen und Gülle aus der Masttierhaltung. Das Gülleaufkommen der fünf Betriebe beträgt jährlich 45.000 cbm die in Becken a 7.500 cbm gelagert werden. Die gesamte Verweildauer der Gülle im Fermenter, also die Gärdauer der Gülle beträgt 25 Tage.

Aus 1 cbm Rindergülle entstehen hier 23 cbm Biogas. Die Anlage hat eine maximale elektrische Leistung von 330 KW und arbeitet hier real mit einem Wirkungsgrad von 35,4%, was einer jährlichen Produktion von 2.202.163 KWh entspricht. Zur Deckung des Eigenbedarfs werden jährlich 296.015 KWh benötigt, was bedeutet, dass eine Zusatzversorgung über das Netz weiterhin notwendig ist.

Maximal 478 KW thermische Energie lassen sich mit Hilfe der Biogasanlage erzeugen; mit einem Wirkungsgrad von 51,2% werden jährlich 3.185.050 KW thermische Energie erzeugt. Davon werden jährlich 1.117.342 KWh zum Eigenverbrauch genutzt. Nach der Gärung der Gülle wird diese auf einem Einzugsgebiet von ungefähr 800 ha ausgebracht. Zum Zweck der Gülleausbringung wurden ca. 23 km Rohrleitungen verlegt; alle 50 ha befindet sich ein Hydrant. Durch diese Art der Gülleausbringung ist ein einfacher Umgang mit der vergorenen Gülle möglich, bei dem zudem die Geruchsbelästigung entfällt und durch den einfachen Transport der Gülle durch das Rohrsystem wird zusätzlich das Straßennetz entlastet.

Ein weiterer Vorteil für den gesamtlandwirtschaftlichen Betrieb entsteht durch die vergärte Gülle, die als Düngemittel nach dem Vergärungsprozess besser pflanzenverfügbar ist. (6)