Mit einer Biogasanlage Strom und Wärme erzeugen

Wie ist eine Biogasanlage aufgebaut?

Grundsätzlich ist festzuhalten, dass in einer Biogasanlage der sogenannte mikrobielle Abbau des eingesetzten Materials erfolgt. Wichtig ist dabei der Aspekt, dass dies anaerob erfolgt, also ohne Sauerstoff. Die Hauptakteure sind verschiedene Arten von Mikroorganismen, welche die Stoffe als Nährstoff- und damit als Energielieferanten nutzen. Der Abbau der Ausgangsstoffe erzeugt das sehr energiereiche Methan sowie Kohlendioxid - die beiden Hauptkomponenten des Biogases.

Der Aufbau einer Biogasanlage ist vom Prinzip her ziemlich simpel. Erster Bestandteil der Anlage ist die sogenannte Vorgrube. Hier werden die Materialien zunächst zwischengelagert und täglich mit frischem Substrat angereichert.  

Wichtigste Komponente einer Biogasanlage ist der Faulbehälter, auch als Fermenter bezeichnet. Daneben sind ein Gastank, ein Gärrückstandslager   und ein Blockheizkraftwerk unerlässlich, um den effizienten bEtrieb einer Biogasanlage zu ermöglichen.  

Biogasanlage - Ihre Funktionsweise in vier Phasen

Obwohl es sich hierbei um eine hocheffiziente und moderne Technik handelt, sind weder Aufbau noch Funktionsweise der Biogasanlage übermäßig kompliziert. Diese lassen sich in insgesamt vier Phasen zusammenfassen, angefangen beim Management des genutzten Rohstoffes bis hin zur Verbrennung des entstandenen Biogases. Einzelne dieser Phasen können sich je nach Anlage und Rohstoff unterscheiden, auch spielt zuletzt eine Rolle, wie das erzeugte Biogas verwendet wird. Denkbar ist sowohl eine Eigennutzung als auch eine Erzeugung von Strom, welcher dann gegen ein Entgelt in das Stromnetz eingespeist wird.

Die vier Phasen der Biogasherstellung werden in den folgenden Abschnitten eingehender beleuchtet:  

1. Substratmanagement
   
2. Biogasgewinnung
   
3. Lagerung
   
4. Speicherung und Verbrennung von Biogas
   

1. Phase: Das Substratmanagement

In der ersten Phase, dem Substratmanagement, geht es um die Aufbereitung und Lagerung vom genutzten Substrat. Hier entstehen Unterschiede zwischen den genutzten Rohstoffen und der Funktionsweise der Vergärung. Denn beim Betrieb einer Biogasanlage ist zwischen Nassfermentation und  Trockenfermentation  zu unterscheiden.   Die Vorgrube einer Biogasanlage dient als Lagereinrichtung. In dieser wird das Substrat durch Mühlen, Schredder, Quetscher oder Wellen zerkleinert und aufgebrochen, damit die Anlage selber dieses im nächsten Schritt verarbeiten kann. Das Substratmanagement schafft also die Basis für eine Nutzung der Mikroorganismen in der Anlage.

2. Phase: Biogasgewinnung

Die zweite Phase bezeichnet die eigentliche Biogasgewinnung. Gewonnen wird das wertvolle Gas im Herzen der Anlage, dem sogenannten Fermenter. Es entsteht ein direktes gegenseitiges Wirken von Temperatur, dem Einfluss der Mikroorganismen und dem Substrat. Der Fermenter muss dafür wasserdicht, lichtundurchlässig und gasdicht sein. Das Rührwerk vermischt die einzelnen Stoffe, während ein internes oder externes Heizsystem für die benötigten Temperaturen sorgt - in konstanter Form! Die adäquate Wärmedämmung verhindert zu hohe Wärmeverluste in der Produktion.

3. Phase: Lagerung des vergorenen Subtrats

Im dritten Schritt wird das vergorene Substrat gelagert - dieser erfolgt unmittelbar nach der Fermentierung. Die Reste werden innerhalb der Biogasanlage in einem sogenannten "Gärrestlager" erst einmal zwischengelagert. Das geht entweder in einer Halle, einem geschlossenen System oder auf befestigten Freiflächen. Die Konstruktion der Anlage bestimmt die genaue Lagerung. Ein geschlossenes System hat den Vorteil die Nachgärung zu ermöglichen, um bei der Zwischenlagerung weiteres Biogas zu erzeugen.

4. Phase: Speicherung bzw. Verbrennung des Biogas

In der vierten Phase erfolgt eine Speicherung beziehungsweise Verbrennung vom eben entstandenen Biogas. Je effizienter die Fermentierung erfolgt, desto höher ist auch der Anteil des produzierten Biogases, wodurch sich im Gegenzug die Effizienz der gesamten Anlage steigert. Bei einer weiteren Zwischenspeicherung des Biogases kommen entweder externe oder interne Biogasspeicher zum Einsatz. In Kombination mit einer modernen Technik kann das Roh-Biogas in diesem Speicher einen Methangehalt von 80 bis 99 Prozent erreichen. Dieses fertige Produkt könnte in das Erdgasnetz eingespeist oder beispielsweise als Bio-Kraftstoff genutzt werden.

Biogasanlage und ihr Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad einer Biomasseanlage gibt an, wie effizient die Strom- und Wärmegewinnung in einer solchen Anlage funktioniert. Dabei sind folgende Faktoren entscheidend:

• Biogasertrag
  
• Methanertrag
  
• Methangehalt
  

Je nach Ausgangsmaterial können diese Werte stark variieren und so die Gesamtleistung der Anlage entsprechend beeinflussen. 

Um diese Werte besser einordnen zu können und die Korrelation zwischen ihnen zu verstehen, nun ein paar Zahlen:

• Ein Kubikmeter Biogas hat einen Energiegehalt von fünf bis 7,5 kWh (Kilowattstunden).
  
• Ein Kubikmeter Biogas hat einen Methangehalt von 50 bis 75 Prozent. 
  
• Ein Kubikmeter Biogas entspricht etwa 0,6 Liter Heizöl.
  
• Ein Kubikmeter Methan einen Energiegehalt von 9,97 kWh.
  
• Ein Kubikmeter Methan entspricht circa einem Liter Heizöl. 

Biogasanlage: Vor- und Nachteile

Das Biogas wird in der Biogasanlage mit Hilfe von einem Blockheizkraft (BHKW) zur aktiven Wärme- und Stromerzeugung genutzt und kann damit zur Eigenversorgung dienen. Vorteile ergeben sich vor allem durch die hohe Energieausbeute und die Nutzung von regenerativen Energiequellen. Eine Notwendigkeit für fossile Brennstoffe existiert bei der Biogasanlage nicht. Die erzeugte Wärme- beziehungsweise Stromenergie kann eigenständig genutzt oder gegen ein Entgelt eingespeist werden.  

Nachteile sind vor allem in der schieren Größe der Biogasanlage und der Notwendigkeit aller einzelnen Stoffe zu suchen. Kritiker lenken den Blick zudem auf die intensive Landwirtschaft und den damit verbundenen Artenrückgang.