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Biogas – eine Einführung

Biogas – eine Einführung

Herausgeber:Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)Hofplatz 1 · 18276 GülzowTel.: 0 38 43/69 30-0Fax: 0 38 43/69 30-1 02info@fnr.de · www.fnr.de

Redaktion:Fachagentur Nachwachsender Rohstoffe e.V. (FNR)Abt. Öffentlichkeitsarbeit

Gestaltung und Herstellung:nova-Institut GmbH · www.nova-institut.de/nr

Druck und Verarbeitung:Media Cologne Kommunikationsmedien GmbHwww.mediacologne.de

Erstellt mit finanzieller Unterstützung desBundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaftund Verbraucherschutz (BMELV)

6. überarbeitete Auflage, Juli 2009

FNR 2009

Inhaltsverzeichnis

Erneuerbare Energie aus Biogas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Wie entsteht Biogas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Aus welchen Substraten kann man Biogas gewinnen? . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Wie arbeitet eine Biogasanlage und mit welcher Technik? . . . . . . . . . . . . . 9

Wie wird das Biogas verwertet? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Wie viel Energie könnte mit der Biogastechnik erzeugt werden? . . . . . 15

Welche ökologischen Vorteile hat die Biogasproduktion? . . . . . . . . . . . . . 16

Welche rechtlichen Rahmenbedingungen sind zu beachten? . . . . . . . . . . 17

Wie wird eine Biogasanlage wirtschaftlich? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Fördermöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Weitergehende Informationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Faustzahlen und Abkürzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

5

6

Erneuerbare Energie aus Biogas

Die Bundesregierung beabsichtigt, dieTreibhausgasemissionen bis zum Jahr2020 maßgeblich zu reduzieren und denAnteil der erneuerbaren Energien an derStromversorgung auf min. 30 % und dender Wärmebereitstellung auf 14 % zu er-höhen.

Die Biogasnutzung kann hierzu we-sentlich beitragen. Schließlich bietet E -nergie aus Biomasse den Vorteil, dass sieweitgehend CO2-neutral produziert undbedarfsgerecht eingesetzt werden kann.

Die Energiegewinnung durch die Bio-gasnutzung ist seit langem bekannt. Docherst seit Anfang der 90er Jahre ist einenennenswerte Nutzung in überwiegendlandwirtschaftlichen Anlagen in Deutsch-land zu beo b achten. Ein massiver Zu-wachs setzte mit dem Inkrafttreten des

novellierten Erneuerbare-Energien-Ge-setz (EEG) im August 2004 ein (siehe Ab-bildung 1).

Wie entsteht Biogas?

Biogas ist ein Produkt des mikrobiellenAbbaus von organischen Stoffen in feuch-ter Umgebung unter Luftabschluss (an -aerobes Milieu). Dieser biologische Zer-setzungsprozess (Faulung/Gärung) läuftin vier Teilschritten ab, an denen jeweilsverschiedene Bakterien beteiligt sind.

Die zu vergärenden Substrate werdenzu Beginn durch Mikroorganismen ineinfache organische Verbindungen wieZucker und Fettsäuren zerlegt.

Fermentative Mikroorganismen ver-stoffwechseln diese Zwischenproduktezu Wasserstoff und Kohlendioxid sowie

850 1043 1360

1608 1760 2010

2690 3280

3711 4099

4780

49 78 111 160 190 247

665

950

1270 1435

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5.000 2. Novelle EEG1. Novelle EEGEEG

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009**Prognose

Inst

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[MW

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Anlagenanzahl

Installierte elektrische Leistung

Abb. 1: Biogasanlagenentwicklung und die daraus resultierende elektrisch installierte Leistung in Deutschland (BMU, 2009 / Fachverband Biogas, 2008)

zu kurzket tigen Fettsäuren. Essigsäurebildende Bakterien produzieren hierausanschließend Essigsäure, Wasserstoff undKohlendioxid. In der letzten Phase ent-steht durch Methan bildende Bakteriendas Biogas, das aus Essigsäure, Wasser-stoff und Kohlendioxid gebildet wird.Biogas ist ein Gasgemisch, und bestehtv.a. aus■ 50 – 75 % Methan (CH4)■ 25 – 45 % Kohlendioxid (CO2)■ 2 – 7 % Wasserdampf (H2O)■ < 1 % Schwefelwasserstoff (H2S) und■ < 2 % Spurengasen.

Aus welchen Substratenkann man Biogas gewinnen?

Für die Biogasgewinnung lassen sich or-ganische Substrate verwenden. In land-wirtschaftlichen Anlagen dienen nochüberwiegend tierische Exkremente (z. B.Rinder- und Schweinegülle) als Grund-substrat. Des Weiteren können auch an-dere organische Stoffe zu Biogas vergo-ren werden, um die Biogaserzeugung zuerhöhen.

Die für den energetischen Einsatz angebauten Pflanzen nennt man auchEnergiepflanzen. Mit deren Hilfe kann jedes Jahr aufs Neue Biomasse bereit -gestellt werden, um Strom, Wärme undKraftstoff zu produzieren. Es ist bereitszu erkennen, dass sich ein Markt für Bio-gassubstrate aus nachwachsenden Roh-stoffen entwickelt und deren Einsatz wei-ter ansteigt.

So verteilt sich derzeit der Substrat -einsatz in den bundesweit betriebenenBiogasanlagen auf 41 % tierische Exkre-mente, 10 % Bioabfälle, 2 % Reststoffe ausIndustrie und Landwirtschaft sowie auf47 % nachwachsende Rohstoffe.

Als nachwachsende Rohstoffe kommenzum Beispiel Getreide, Gräser, Mais oderSonnenblumen u.v.m. in Frage. Nebennachwachsenden Rohstoffen eignen sichauch außerlandwirtschaft liche Substrate,

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Abb. 2: Vereinfachte Darstellung des Abbaus organischer Substanz bei der Biogasgewinnung

wie Rückstände aus der Lebensmittelin-dustrie (z. B. Trester, Schlempe, Fettab-scheider rückstände), Gemüseabfälle vonGroß märkten, Speiseabfälle oder Rasen-schnitt und Bioabfälle aus der Kommu-nalentsorgung für die Biogasproduktion.

Mit der Kofermentation außerlandwirt -schaftlicher Reststoffe werden zwar na -türliche Stoffkreisläufe geschlossen, doches können auch Schadstoffe (insbesonde-re Schwermetalle) und Störstoffe auf dieland wirtschaftlichen Nutzflächen gelan-gen. Deshalb sind hier die Vorschriftender Düngemittel-, Dünge- sowie der Bio-abfallverordnung und der EU-Hygiene-verordnung zu beachten.

Die Abb. 3 zeigt die Biogaserträge einiger Substrate (Frischmasse) im Ver-gleich. Die Energieproduktion ergibt sichaus dem Produkt von täglicher Gas -

menge und spezifischem Energieinhalt(Ø 6 kWh/m3 Biogas).

Desinfektions- und Hygienisierungs-mit tel sowie bestimmte Medikamentesollten nicht in die Biogas anlage gelan-gen, da sie den Gär prozess stören. Auchzu hohe Ammoniumkonzentrationenhemmen die Methanproduktion, weshalbGeflügelkot sowie gelegentlich auchSchweinegülle verdünnt oder mit stick-stoffarmen Kosubstraten vermischt wer-den sollten. Substrate mit einem Tro cken -substanz ge halt von über 15 – 20 Prozentsind nicht pumpfähig und gelangen da-her entweder verdünnt oder über ande-re Techniken in den Faulraum.

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Abb. 3: Biogaserträge verschiedener Substrate (Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung; FNR, 2006 / Datensammlung Energiepflanzen; KTBL, 2006)

25 28

39 4045

6067 70

80

88

100

108 111

128

163

172 175

202

60

%

65

%

61

%

61

%

60

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54

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0

25

50

75

100

125

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Methangehalt [%] Biogasertrag [m3/t FM]

Maiss

ilage

Wie arbeitet eine Biogasan-lage und mit welcher Tech-nik?

Landwirtschaftliche Biogasanlagen be-stehen in der Regel aus Vorgrube, Faul-behälter und Gärrückstandslager (Gülle-lager) für die flüssigen Komponenten. BeiKofermentationsanlagen können je nachArt der Substrate An nahme bunker, Zer-kleinerung, Störstoff ab trennung und Hy-gienisierung zusätzlich erforderlich sein.

Für das entstehende Gas und dessenVerwertung folgen Gasspeicher, Gasrei-nigung und i.d.R. Blockheizkraftwerk(BHKW).

Substratführende Komponenten einerBiogasanlage

Nach Art des Substratflusses unterschei -det man Durchfluss- und Speicheran -lagen. Bei Durchflussanlagen wird dasSubstrat dem Faulraum kontinuierlichoder in kurzen Intervallen zugeführt undabgeleitet. Etwa 70 Prozent der Anlagenin Deutschland entsprechen dieser Bau-art. Speicheranlagen sind häufig durchnachträgliche Umrüstung von Gülle-behältern entstanden. Der Faulbehälterdient gleichzeitig als Gärrückstandslager,in dem das Substrat bis zur Ausbringungverbleibt. Nachteilig ist dabei der höhere

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Abb. 4: Verfahrensschema einer landwirtschaftlichen Biogasanlage mit Einsatz von Kosubstraten

Biogasanlage mit Kofermentation

Energiebedarf für die Beheizung desgroßen Reaktorraums, vorteilhaft sind ge-ringe Investitionen und die Nutzung desBiogases aus der Nachgärung.

Die Vorgrube dient der Zwischenlage -rung von Gülle und Kosubstraten unddem Aufbereiten (Zerkleinern, Verdün-nen, Mischen etc.) des Gärsubstrates. Sieist so zu dimensionieren, dass Schwan-kungen beim Substratanfall ausgeglichenwerden können.

Der Faulbehälter oder Fermenter, dasKernstück einer Biogasanlage, wird ausder Vorgrube mit Gär sub strat beschickt.Viele unterschied liche Ausführungensind möglich (Stahl oder Beton, recht-

eckig oder zylindrisch, liegend oder ste-hend). Entscheidend ist, dass der Behäl-ter gas- und wasserdicht sowie lichtun-durchlässig ist. Eine Rühreinrichtungsorgt für die Homogenität des Substrates,das je nach Ausgangsmaterial unter-schiedlich stark zur Ausbildung vonSchwimm- und Sinkschichten neigt.Durch die Rührbewegung wird auch dasEnt weichen des Gases aus dem Substratunterstützt. Wenn sich Sinkschichten bil-den, z. B. bei Vergärung von Hühnermistoder Bioabfällen, müssen sie regelmäßigmit geeigneten Austragsvorrichtungenentfernt werden.

Ein Heizsystem sorgt für die Aufrecht -

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Abb. 5: Durchflussbiogasanlage mit Folienhaube als integrierter Gasspeicher

erhaltung der Prozesstemperatur, die beiden meisten Anlagen im mesophilen Be-reich (zwischen 32 und 42 °C) und nurselten im thermophilen Bereich (zwischen50 – 57 °C) liegt. Geheizt wird mit der Ab-wärme aus dem BHKW.

Vom Fermenter gelangt das ausgefaul-te Substrat in das Gärrückstandslager. Die-ses sollte durch eine Abdeckung zumNachgärbehälter ausgebaut werden, wasdie Nutzung des Biogases aus der Nach-gärung ermöglicht und gleichzeitig Emis-sionen und Gerüche mindert.

Die Größe des Gärrückstandslagersrichtet sich nach den erforderlichen Lagerzeiten, die sich aus den Vorgabenfür eine umweltgerechte Verwertung derGülle in der Pflanzenproduktion ergeben(Düngever ordnung).

Werden in der Anlage Kosubstrate ver -goren, können je nach deren Eigenschaf-ten zusätzliche Baugruppen zur Annah-me und Aufbereitung der Substrate er-forderlich sein. Neben der Zerkleinerunghat die Störstoffabtrennung besondereBedeutung für einen störungsfreien Pro-zessverlauf und für die Qualität desGärrückstandes.

Für die Kofermentation von seuchen -hygienisch bedenklichen Substraten wieBioabfall, Flotatschlamm, Magen- undPanseninhaltsstoffen, Speiseabfällen u. a.sind die Bereiche Substratannahme undSubstratverarbeitung durch Einhaltungeiner unreinen und einer reinen Seite zutrennen. Ferner ist eine Hygienisierungs-einrichtung erforderlich, in der die Sub -strate für die Dauer von min. 60 Minutenauf 70 °C erhitzt werden. Dadurch wirdver hindert, dass gesundheitsgefährden-de Erreger im Substrat verbleiben.

Die Trockenvergärung

Die derzeit in Deutschland betriebenenBiogasanlagen beruhen fast ausnahmslosauf dem Prinzip der Nassfermentation.Jedoch ist der Einsatz von festen Sub-straten nur im begrenzten Umfang mög-lich.

Die „Trockenvergärung“ ist hingegen be-sonders für Betriebe von Interesse, denenweder Gülle noch weitere flüssige Basis-substrate zur Verfügung stehen, die je-doch über genügend stapelbare Biomas-se verfügen. Denn im Gegensatz zur Nass-vergärung ist bei der Trockenvergärungdas Gärgut weder pump- noch fließfähig,noch erfolgt eine ständige Durchmi-schung während der Biogasherstellung.Aber wie bei der Nassfermentation ist einfeuchtes Milieu für den biologischen Ver-gärungsprozess notwendig. Die Verfah-ren zur Vergärung von stapelbarer orga-nischer Biomasse wurden ursprünglichfür die Verwertung von Bio- und Restab-fällen entwickelt und finden nun Einsatzim landwirtschaftlichen Bereich. So las-sen sich Biomassen mit Trockensubstanz -gehalten von 20 bis 40 % vergären. Zuden einsetzbaren Substraten gehörenFestmist, nachwachsende Rohstoffe (wieMais-, Getreide- und Grassilage), Ern-terückstände (wie Stroh und Getrei -deausputz) als auch Grünschnitt und Bioabfälle. Derzeit werden eine Vielzahlvon Verfahrensvarianten eingesetzt, diegrundsätzlich in kontinuierliche (z. B.Pfropfenstrom-Verfahren) und diskonti-nuierliche (z. B. Perkolations-Verfahren)Systeme unterteilt werden können.

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Gasführende Komponenten einer Biogasanlage

Gasspeicher dienen zum Ausgleich vonSchwankungen zwischen Gasproduktionund Gasverbrauch und werden auf eineSpeicherkapazität von maximal einer Tagesproduktion ausgelegt.

Der Fermenter kann zum einen selbstals Gasspeicher verwendet werden, in-dem Folienhauben auf dem Reaktor zumEinsatz kommen. Als externe Gasspeicherwerden überwiegend relativ preiswerteFolienspeicher verwendet (Abb. 6). Bevordas Gas verwertet wird, müssen Partikelund Kon densat entfernt werden. Zusätz-lich ist eine Entschwefelung zum Schutzder BHKW-Motoren gegen Korrosionsehr wichtig. Bei landwirtschaftlichenBiogasanlagen hat sich ein kostengüns -tiges Entschwefelungsverfahren durch-gesetzt, bei dem 3 – 5 Prozent Luft in den Gasraum zudosiert werden. Bei gut-er Steuerung lassen sich so Schwefel- Abscheidegrade bis zu ca. 95 Prozent er-zielen.

Mess- und Regeltechnik, Sicherheit

Der Biogasprozess lässt sich durch die Erfassung gewisser Parameter kontrol-lieren und steuern. Zu den wich tigstengehören: Temperatur, pH-Wert, Gasmen-ge, Methangehalt und Schwefelwasser-stoff gehalt. Sie können mit Hilfe elektro-nischer Mess geräte kontinuierlich ge-messen und ausgewertet werden. Wegender hohen Klimawirksamkeit von Me -than muss bei Anlagen mit einer Gas -produktion von mehr als 20 m3/h einezweite Gas ver brauchs einrichtung (z. B. einGasbrenner) oder eine Gasfackel zur Ver-fügung stehen, in der das Biogas beiStörungen des BHKW verbrannt werdenkann.

Biogas ist brennbar und in Mischungenmit 6 – 12 Prozent Luft explosiv. Aus die -sem Grund sind die Sicherheitsregeln fürlandwirtschaftliche Bio gasanlagen (s. Lite-raturangaben) und die entsprechendenallgemeinen Regelwerke (DIN-Normenetc.) zu beachten. Bei Einhaltung dieserVorgaben stellt der Umgang mit Biogaskein größeres Risiko dar als der mit Erd -gas.

Wie wird das Biogas ver-wertet? Entschwefeltes und gereinigtes Biogaslässt sich ähnlich vielseitig nutzen wieErdgas. Ein Kubikmeter Bio gas kann etwa 0,6 l Heizöl ersetzen.

Nutzung durch Kraft-Wärme-Kopplung

Dank fester Vergütungssätze für die Ver-stromung von Biogas hat die Erzeugung

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Abb. 6: Biogasfolienspeicher im belüftetenDachraum über dem Faulbehälter

von Strom und Wärme (Kraft-Wär me-Kopplung) in Blockheizkraftwerken(BHKW) die direkte Wärmeerzeugungim Heizkessel verdrängt. BHKW (Abb. 7)be stehen aus einem mit Biogas betrie -benen Verbrennungsmotor, der einen Generator zur Erzeugung von elektri-scher Energie antreibt.

Die Motorenabwärme aus der Kühlungund dem Abgas wird zur Beheizung desFaulbehälters und wenn möglich zumBeheizen von Wohnhäusern und anderenWärmeverbrauchern genutzt.

Für die Verstromung von Biogas stehenmehrere Motorbauarten und Verbren-nungsverfahren zur Verfügung. Es wer-den sowohl umgerüstete Benzinmotoren(Gas-Otto-Prinzip), als auch Zündstrahl-aggregate (Dieselmotor-Prinzip) einge-setzt.

Gas-Otto-Motoren sind in der Lage,das Biogas ab einer Methan-Konzen -tration von 45 % direkt zu verbrennen.Zündstrahlmotoren hingegen benötigenzur Verbrennung des Biogases ein Zünd -öl, dessen Anteil nicht mehr als 10 % derzugeführten Brennstoffleistung betragendarf . Des Weiteren ist seit 2007 für Neu-anlagen kein Zündöl auf fossiler Basismehr zugelassen.

Bei der Auswahl des BHKW-Motorssollte auf hohe Wirkungsgrade und ge-ringe Reparaturanfälligkeit geachtet wer-den.

Besonders bei Kofermentationsanlagenkann es zu Schwankungen bei der Qua-lität und Menge des Gases kommen, wasSchäden am Motor verursachen kann.Abhilfe können elektronische Motorkon-trollsysteme schaffen.

Biomethan und weitere Nutzungsmög-lichkeiten

Biogas kann neben der herkömmlichenNutzung zur Strom- und Wärmepro-duktion auch als Erdgassubstitut dienen.Dazu ist eine aufwändige Aufbereitungdes Biogases auf Erdgasqualität nötig, um es als „Biomethan“ in das Erdgasnetzeinspeisen zu können. Diese Verfahrens-weise ist eine geeignete Alternative zurbislang üblichen dezentralen Nutzung in BHKW und ist besonders für Biogas-anlagen ohne entsprechendes Abwärme-nutzungskonzept am Ort der Biogasver-stromung interessant. Das aufbereiteteBiogas kann durch die vorhandene In-frastruktur des Gasnetzes über beliebi-ge Distanzen transportiert und z. B. dort

Abb. 7: BHKW-Aggregat einer Biogasanlage

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verstromt werden, wo die dabei anfal-lende Abwärme benötigt wird.

Die Anordnung der Verfahrensschrittezum Erreichen der benötigten Mindest-qualität ist hauptsächlich von der ge-wählten Technologie und der Gasqualitätdes jeweiligen Ortsnetzes abhängig. Derwesentliche Prozessschritt ist neben derEntschwefelung und der Störstoffabtren-nung die Methananreicherung des Gasesvon rund 60 % auf über 85 Vol-%. DieÜbergabe des Biomethans ins Netz er-folgt über eine Einspeisestation. An die-ser Stelle wird die Gasbeschaffenheit er-mittelt und die Kompatibilität zum ört -lichen Erdgasnetz hergestellt.

Die Aufbereitung von Biogas auf Erd-gasqualität und die Einspeisung in dasErdgasnetz rentiert sich wegen der höhe-ren Investitions- und Betriebskosten vorallem für größere Biogasanlagen. Zudemmüssen ein geeigneter Zugang zum Gas-netz und eine kontinuierliche Gasabnah-me gesichert sein.

Alternativ lässt sich das Biogas auchaus mehreren kleineren Biogasanlagengebündelt über eine gemeinsame Biogas -leitung einer zentralen Aufbereitungs-und Einspeiseanlage zuführen.

Die Nutzungsmöglichkeiten, die sichhauptsächlich durch die Einspeisung indas Erdgasnetz ergeben, sind die ortsun-gebundene Kraft-Wärme-Kopplung so-wie die Erdgassubstitution u. a. für Erd-gasthermen und Erdgastankstellen. DieVerwendung von Biomethan als Kraft-stoff wird in der Schweiz und in Schwe-den weitläufig eingesetzt. In Deutschlandsteht diese Nutzungsart noch in den An-fängen.

Grundsätzlich eignet sich Biogas auch

als Energieträger für Brennstoffzellen,Stirlingmotoren und Mikrogasturbinen.Die entsprechenden Entwicklungen las-sen eine flächendeckende Nutzung je-doch erst in einigen Jahren zu.

Abb. 8: Schema zur Aufbereitung und Ein-speisung in das Erdgasnetz

organisches Material

Rohbiogas

Reinbiogas

Gasentnahmean beliebiger Stelle

• Gastrockung• Gasentschwefelung• Methananreichung• Feinreinigung

• Gasdruckregelung• ggf. Gasverdichtung• Gasmessung• Gasspeicherung• Odorierung• ggf. Gasmischung• Gasanalyse

Biogasproduktion

Gasaufbereitung

Einspeisestation

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Wie viel Energie könnte mitder Biogastechnik erzeugtwerden?

Das Potenzial an Biogas, Klär- und Deponiegas beträgt in Deutschland ca. 23 – 24 Mrd. m3/a. Dabei leistet dasmög liche Biogasaufkommen des land-wirtschaftlichen Sektors mit ca. 85 % dengrößten Beitrag.

Daraus ergibt sich ein theoretisch ver-fügbares Energieträgerpotenzial für die Bio-, Klär- und Deponiegaserzeugungvon jährlich ca. 417 Petajoule (PJ/a). Be-zogen auf den gesamten Primärenergie-verbrauch in Deutschland im Jahr 2008von 14.003 PJ entspräche dies einem Anteil von rund 3 %.

Die potenziellen Gaserträge könnenzur Strom- und/oder Wärme erzeugungeingesetzt werden.

Biomasse trägt bereits heute mit 70 %maßgeblich zur Energiebereitstellung auserneuerbaren Energien in Deutschlandbei. Der Anteil der Biomasse an derStromproduktion betrug 2008, bezogenauf die erneuerbaren Energien, rund 29 %und an der Wärmebereitstellung sogar94 %. Die Biomasse wird auch in Zukunfteine wichtige Rolle spielen. Holz, Ener-giepflanzen, Stroh und tierische Exkre-mente bieten das Potenzial, einen erheb-lichen Teil unserer Energie nachhaltig, klimaneutral und verhältnismäßig kos -tengünstig zu erzeugen.

Abb. 9: Nutzbares Energiepotenzial (Hartmann/Kaltschmitt, 2002, überarbeitet FNR)

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Abb. 10: Bioenergie: Was kann sie im Jahr 2030 leisten?

Welche ökologischen Vorteile hat die Biogas- produktion?

Der wichtigste Effekt der Umweltent -lastung durch die Biogastechnik ist dieVermeidung von zusätzlichen Kohlen -dioxid- (CO2 -) Emissionen im Vergleichzu fossilen Energieträgern. Die Erzeu-gung von Energie aus Biogas ist weitge-hend CO2 -neutral, d. h. das bei der Ver-brennung des Biogases freigesetzte CO2wurde vorher der Atmosphäre durch dieBildung der Biomasse entnommen.

Durch die Vergärung von Wirtschafts-düngern werden auch die Emissionendes klimawirksamen Gases Methan re-duziert, das ansonsten unkontrolliert ent -weicht und wesentlich klimaschädlicherist als CO2. Die Bedeutung für den Kli-maschutz ist in etwa gleichzusetzen mitder Minderung der CO2-Emissionendurch die Energieerzeugung.

Neuere Untersuchungen deuten daraufhin, dass durch die Vergärung auch dieEmission des klima wirksamen Lachgasesgemin dert wird. Die Vergärung reduziertaußerdem die Geruchsentwicklung bei

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der Lagerung und der Ausbringung vonGülle, weil im Verlauf des Gärungspro-zesses die Geruchsstoffe der Gülle abge-baut und neutralisiert werden. Die Qua-lität der Wirt schafts dünger wird verbes-sert, da Krankheitserreger und Unkraut-samen zum Teil abgetötet und Nährstof-fe besser pflanzenverfügbar werden, sodass deren gezieltere Anwendung als Er-satz für Mineral dünger ermöglicht wird.

Welche rechtlichen Rahmenbedingungen sind zu beachten?

Bei Errichtung der Anlage

In Abhängigkeit von der Anlagengrößeoder der Art der zu verarbei tenden Sub-s trate unterliegt die Errichtung einer Bio-gasanlage dem Bau- oder Immissions -schutzrecht (Abb. 11). Ein wesentlichesEntscheidungskriterium ist hierbei dietäglich durchgesetzte Abfallmasse. Liegtsie bei mehr als 10 t pro Tag nicht be son -ders überwachungsbedürftiger Abfälle,muss das Genehmigungsverfahren nachBundes-Immissionsschutzgesetz (BIm-SchG) erfolgen. Informationen über dieDurchfüh rung der Genehmigungsver-fahren und die erforderlichen Unterlagenkönnen bei den zuständigen Be hördender Länder und bei den Gewerbeauf-sichts ämtern angefordert werden.

Bei der Substratauswahl und der Verwertung des Gärrückstandes

Für den Fall, dass der Betreiber Bioabfäl-le sowie Küchen- und Speiseabfälle (Bio -tonne/ Speiseöle) einsetzt, gilt die Bioab-fall- sowie die Tierische NebenprodukteBeseitigungsverordnung. Hierzu werdendie nicht für den mensch lichen Verzehrbestimmten tierischen Nebenprodukte indrei Kategorien aufgeteilt, die das jewei-lige Behand lungs verfahren und den Ver-wertungsweg ergeben. Kategorie 1: Tierkörper, Tierkörperteile,tierische Erzeugnisse und Nebenpro-dukte mit hohem Risiko und Küchen-und Speiseabfälle aus grenzüberschrei-tendem Transport. Diese Materialien sindzur Verarbeitung in der Biogasanlagenicht zugelassen. Kategorie 2: Material mit ökotoxiko -lo gischem oder seuchenhygienischem Risiko wie Arzneimittel enthaltendesTier material oder Tiere, die nicht durchSchlachtung gestorben sind. Diese Mate-rialien dürfen nach einer Sterilisierung(133 ° C, 2 bar, 20 min.) einer zugelasse-nen Biogasanlage zugeführt oder als or-ganisches Dünge- oder Bodenverbesse-rungsmittel eingesetzt werden. AuchWirtschaftsdünger tierischer Herkunft,nach EU-Terminologie unter „Gülle“ sub-summiert, wird als Kategorie 2-Materialeingestuft. Liegt kein Seuchenverdachtvor, sind Wirtschaftsdünger von der Ste-rilisierung ausgenommen.Kategorie 3: Tiermaterial mit geringemseuchenhygienischen Risiko, wie z. B. genusstaugliche tierische Erzeugnisseund Nebenprodukte wie Schlachtkör-perteile sowie überlagerte Lebensmittel

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oder Fehlchargen. Dieses Material mussin einer nach EU-HygieneV zugelas senenBiogasanlage eine Hygienisierung (70 °C,60 min.) durchlaufen.

Zu den Kriterien für eine „zugelasseneBiogasanlage“ gehören u. a.:■ Reinigung und Desinfektion von Be -

hältern und Fahrzeugen beim Befah-ren der Anlage,

■ Abstandsregelungen zwischen Bio gas -anlage und tierhaltendem Betrieb,

■ eine unumgehbare Pasteurisie rungs -einrichtung,

■ Kontrolleinrichtungen zur Tempera-tur überwachung.

Abb. 11: Genehmigungskriterien für die Errichtung einer Biogasanlage (Handreichung Biogas-gewinnung und -nutzung, FNR, 2006)

Die in der Abbildung aufgeführten Kriterienzeigen auf, wann eine Biogasanlage nach Bau-recht und wann nach Bundes-Immissions-schutzgesetz genehmigt wird.)

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Abb. 12: Rechtsvorgaben

Rechtsvorgaben betroffene Substratenährstoffbezogene RegelungDüngeV alle SubstrateDüngemittelV alle Substrate, die nicht auf betriebs -

eigenen Flächen ausgebracht werdenschadstoffbezogene RegelungBioAbfV alle Bioabfälle, die nicht der EU-TierNebG HygieneV unterliegen, Gärreste mit

Bioabfall als KofermentRegelungen in Bezug auf die ProdukthygieneEU-HygieneV Substrate tierischer HerkunftDüngemittelV alle Substrate, die nicht auf betriebs-BioAbfV eigenen Flächen ausgebracht werdenTierNebG alle Bioabfälle, die nicht der EU-

HygieneV unterliegen, Gärreste mit Bioabfall als Koferment

Die Bundesregierung hat zur Regelungdes Umgangs mit diesen Stoffen auf Ba-sis der EU-Hygieneverordnung das Tie-rische Nebenprodukte Beseitigungsgesetz(TierNebG) und zur näheren Ausgestal-tung der Regelung eine entsprechendeVerordnung (TierNebV) erlassen.

Ein Biogasanlagenbetreiber, der nebenGülle andere tierische Nebenprodukteeinsetzen möchte, hat demzufolge einenumfassenden Anforderungskatalog zu er-füllen.

Die Vorgaben der Bioabfallverordnung(BioAbfV) sind nur auf Anlagen anzu-wenden, in denen Bioabfälle vergorenwerden. Grundsätzlich dürfen alle imAnhang 1 der BioAbfV gelisteten Stoffe

in der Biogasanlage eingesetzt werden.Nach BioAbfV müssen auf den Bodenaufgebrachte Gärreste, die pflanzlicheAbfälle enthalten, phyto- und seuchen-hygienisch unbedenklich sein. Nach Dün-gemittelverordnung müssen Stoffe, die in Verkehr gebracht werden, hygienischunbedenklich sein.

In Abb. 12 sind die unterschiedlichenRechtsvorgaben dargestellt, die je nachVer wertung des Gärrestes einzuhaltensind.

Kommt die Düngemittelverordnungzum Einsatz, legt der Gesetzgeber Ein-schränkungen für die Zusammensetzungder Gärrückstände und der Ausgangs-stoffe fest.

Tab. 1: Vergütung für Strom aus Biogasgemäß aktuellem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Vergütungshöhein ct/kWh

2009 2010

Grund-vergütung

bis 150 kWel 11,67 11,55

150 kWel bis 500 kWel 9,18 9,09

500 kWel bis 5 MWel 8,25 8,17

5 MWel bis 20 MWel 7,79 7,71

Nawaro-Bonus

bis 150 kWel 7,00 6,93

150 kWel bis 500 kWel 7,00 6,93

500 kWel bis 5 MWel 4,00 3,96

Gülle-Bonusbis 150 kWel 4,00 3,96

150 kWel bis 500 kWel 1,00 0,99

Landschafts -pflege material-Bonus

bis 500 kWel 2,00 1,98

Emissions -minderungs- Bonus

bis 500 kWel 1,00 0,99

Technologie-Bonus bis 5 MWel 2,00 1,98

KWK-Bonus bis 20 MWel 3,00 2,97

20

Wie wird eine Biogas -anlage wirtschaftlich?

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)

Das EEG regelt die Abnahme und Vergü-tung für Strom aus erneuerbaren Energi-en. Es ist erstmalig 2000 in Kraft getretenund wurde im Jahr 2004 einer Novellie-rung unterzogen, das die Rahmenbedin-gungen für die Stromerzeugung aus er-neuerbaren Energien verbesserte hat. ImJahr 2008 hat die Bundesregierung dasEEG einer erneuten Novellierung unter-zogen, um es an die Entwicklungen imBereich der erneuerbaren Energien anzu-passen. Das Gesetz in seiner jetzigen Fas-sung ist am 1. Januar 2009 in Kraft getre-ten und hat die bis dahin gültige Fassungaus dem Jahr 2004 abgelösten.

Die Grundvergütung, die für die Ein-speisung von Strom aus Biogas in das öf-fentliche Stromnetz garantiert wird, er-gibt sich aus der jeweiligen Vergütungdes Jahres der Inbetriebnahme und wirdfür die Dauer von 20 Jahre zzgl. Inbe-triebnahmejahr festgeschrieben. Zudemkann diese anhand verschiedener ku-mulativer Boni aufstocken werden. DieGrundvergütung und die Boni unterlie-gen einer jährlichen Degression von 1 %.Einen Überblick hierzu gibt die folgendeTabelle. Weitere Informationen und Er-läuterungen zum EEG finden Sie unterwww.bio-energie.de/Gesetzeslage.

Investitionskosten reduzieren

Für den Bau einer kleinen Biogasanlage(unter 100 kW) für nachwachsende Roh-

stoffe und Gülle ist mit spezifischen In-vestitionskosten von 5.000 bis 3.000 € prokW elektrischer installierter Leistung zurechnen. Mit zunehmender Anlagenlei-stung nehmen diese jedoch ab. So könnengrößere Nassvergärungsanlagen An-schaffungskosten von etwa 2.000 €/kWelerreichen.

Möglichkeiten zur Ausnutzung vonKostendegressionseffekten liegen in derSerienproduktion. Im Gegensatz hierzuführt die für den Einzelbetrieb speziellausgelegte Anlagenplanung und -aus-führung, in Abhängigkeit der Sonder -leistungen, zu vergleichs weise höherenInvestitionskosten.

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Betriebskosten senken

Neben den Substratkosten, die beim Ein-satz von nachwachsenden Rohstoffenrund 50 % der Betriebskosten verursa-chen, tragen Wartungs- und Reparatur-kosten maßgeblich zu den Betriebskos -ten bei. Weitere Positionen sind Versi-cherungen, Ausgaben für Zündöl, dasbeim Betrieb eines Zündstrahl-BHKWbenötigt wird, sowie im Falle der Kofer-mentation Aufwändungen für Lagerungund Ausbringung der zusätzlich anfal-lenden Gärrückstände.

Einen erheblichen Beitrag zur Redu-zierung der Kosten ermöglicht die Stei-gerung der Anlageneffizienz. Die Opti-mierung des Prozesses ist daher essenzi-ell, um unnötige „Reibungsverluste“ beider Biogasgewinnung und -nutzung zuvermeiden (z. B. hohe Substratausnut-zung für geringes Restgaspotenzial, Ab-de ckung des Gärrestlagers zur Steige-rung der Biogasausbeute, Nutzung derBHKW-Abwärme).

Eine aufmerksame und gewissenhafteAnlagenführung ist daher wichtig, umProbleme möglichst früh erkennen zukönnen.

Der tägliche Arbeitszeitbedarf für eineBiogasanlage kann, je nach Anlagen-größe, etwa zwischen 0,5 und 5 Stundenbetragen.

Fördermöglichkeiten

Es werden zinsgünstige Darlehen gewährt,deren genaue Konditionen ebenso wie dieAntragsformulare über die Informati-onsstelle der KfW zu beziehen sind:

KfW MittelstandsbankLudwig-Erhard-Platz 1 · 53173 BonnTel.: 0 18 01/24 11 24 (Infoline)Fax: 02 28/8 31-30 04infocenter@kfw-mittelstandsbank.dewww.kfw-mittelstandsbank.de

Gibt es noch andere Förderprogramme?Eine Übersicht der jeweiligen Förderpro-gramme des Bundes und der Länder er-halten Sie auf der Internetseite der FNRunter www.bio-energie.de.

Weitergehende Informationen Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) Hofplatz 1 · 18276 GülzowTel.: 0 38 43 / 69 30 - 1 99Fax: 0 38 43 / 69 30 - 1 02E-Mail: info@bio-energie.dewww.bio-energie.dewww.energiepflanzen.info

Johann Heinrich von Thünen-Institut(vTI)Institut für Agrartechnologie und BiosystemtechnikBundesallee 50 · 38116 BraunschweigTel.: 05 31/5 96-41 01E-Mail: ab@vti.bund.dewww.vti.bund.de

Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB)Abteilung BioverfahrenstechnikMax-Eyth-Allee 100 · 14469 PotsdamTel.: 03 31/56 99-111 E-Mail: atb@atb-potsdam.dewww.atb-potsdam.de

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1 m³ Biogas 5,0 – 7,5 kWhgesamt

1 m³ Biogas 1,5 – 3 kWhel

1 GV 500 kg Tiermasse1 GV 6,6 – 35 t Gülle/ Jahr1 GV 200 – 250 Methan pro Jahr1 GV (Rinder / Schweine) 0,15 – 0,20 kWel

1 ha Silomais 7.800 – 8.300 m³ Biogas1 m³ Methan (CH4) 9,97 kWh1 kWh 3,6 MJ (3,6 x 106 Joule)1 Mrd. kWh 3,6 PJ (3,6 x 1015 Joule)Wirkungsgrad BHKWel 30 bis 45 %Wirkungsgrad BHKWth 35 bis 60 %Wirkungsgrad BHKWgesamt 85 %Laufzeit BHKW pro Jahr 7.500 – 8.000 Bh/aInvestition Biogasanlage bis 100 kWel 3.000 – 5.000 €/kWel

Investition Biogasanlage von 100 bis 150 kWel 2.500 – 3.000 €/kWel

Investition Biogasanlage über 150 kWel 2.000 – 2.500 €/kWel

a Jahr Bh BetriebsstundenBHKW Blockheizkraftwerkct Eurocentel. elektrischFM FrischmasseGV Großvieheinheit h Stundeha HektarkW Kilowatt kWh Kilowattstundem³ KubikmeterMrd. Milliarde(n)MW Megawatt PJ Petajouleth thermisch

Faustzahlen

AbkürzungenKuratorium für Technik und Bauwesenin der Landwirtschaft e. V. (KTBL)Bartningstr. 49 · 64289 DarmstadtTel.: 0 61 51/70 01-0E-Mail: ktbl@ktbl.dewww.ktbl.de

Fachverband Biogas e. V.Angerbrunnenstr. 12 · 85356 FreisingTel.: 0 81 61/98 46 60E-Mail: info@biogas.orgwww.biogas.org

Deutsches BiomasseForschungs -Zentrum gGmbH (DBFZ)Torgauer Str. 116 · 04347 LeipzigTel.: 03 41/24 34-1 12E-Mail: info@dbfz.dewww.dbfz.de

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Literatur

Fachagentur Nachwachsende Roh stoffe e. V. (Hrsg.):

Diese und weitere Veröffentlichungen derFNR können kostenlos unter www.bio-energie.de bestellt oder heruntergeladenwerden:

■ Biogas-Messprogramm II (in Vorbe-reitung)

■ Basisdaten Biogas (in Vorbereitung)

■ Handreichung Biogasgewinnungund -nutzung (4. Aufl., 2009)

■ Gärrestaufbereitung für eine pflan-zenbauliche Nutzung (GülzowerFachgespräch Band 30, 2009)

■ Erdgassubstitute aus Biomasse (Gül-zower Fachgespräch Band 29, 2008)

■ Tagungsband „Biogasaufbereitungzu Biomethan“ (FNR/ISET 2008)

■ Messen, Steuern, Regeln bei der Bio-gaserzeugung (Gülzower Fachge-spräch Band 27, 2008)

■ Studie „Verwertung von Wärmeüber-schüssen bei landwirtschaftlichenBiogasanlagen“ (2007)

■ Einspeisung von Biogas in das Erd-gasnetz (2. Aufl., 2006)

■ Trockenfermentation (GülzowerFachgespräch Band 24, 2006)

■ Ergebnisse des Biogas-Messpro-gramms I (2005)

■ Trockenfermentation (GülzowerFachgespräch Band 23, 2004)

Weitere Biogasliteratur:

Schwachstellen an Biogasanlagen ver-stehen und vermeiden (Kuratorium fürTechnik und Bauwesen in der Landwirt-schaft (Hrsg.), Darmstadt, 2009)

Sicherheitsregeln für Biogasanlagen(Bundesverband der landwirtschaftli-chen Berufsgenossenschaften (Hrsg.),Kassel, 2008)

Biogas und Umwelt – Ein Überblick(Bundesministerium für Umwelt, Natur-schutz und Reaktorsicherheit (Hrsg.),Berlin, 2008)

Biogasanlagen in der Landwirtschaft(aid Infodienst (Hrsg.), Bonn, 2007)

Biogas-Praxis (Eder, Schulz, ökobuch Verlag, Staufen bei Freiburg, 2006)

Biogasanlagen (Görisch, Helm (Hrsg.),Eugen Ulmer Verlag, Stuttgart, 2006)

Gasausbeute in landwirtschaftlichenBiogasanlagen (Kuratorium für Technikund Bauwesen in der Landwirtschaft(Hrsg.), Darmstadt, 2005)

Energie aus Biomasse – Grundlagen,Techniken und Verfahren (Kaltschmitt,Hartmann (Hrsg.), Springer-Verlag, Berlin, 2002)

Herausgeber

Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)Hofplatz 1 • 18276 GülzowTel. : 0 38 43 /69 30-0Fax: 0 38 43 /69 30-1 02E-Mail: info@fnr.de • www.fnr.de

Gefördert durch das Bundesministerium fürErnährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz.

Gedruckt auf Papier aus Durchforstungsholz mit Farben auf Leinölbasis.