Biogas
Hergestellt wird das brennbare Biogas durch Vergärung von Biomasse jeglicher Art. Vergoren werden in den Biogasanlagen Abfälle sowie speziell dafür hergestellte Energiepflanzen. Am wichtigsten für die Verwertung des Biogases ist der Methananteil, dessen Energie durch die Verbrennung freigesetzt wird. Benutzt wird das Gas zum Betreiben von Fahrzeugen sowie zur Herstellung von elektrischem Strom. Alle energiereichen Gase, die aus organischen Stoffen unter anoxischen Bedingungen entstehen, werden als Biogas bezeichnet und gehören zur Bioenergie.
Zu technischen Produktion von Biogas werden hauptsächlich biogene Materialien als Ausgangsstoffe benötigt. Dazu zählen u.a. biomassehaltige sowie vergärbare Reststoffe wie z.B. Bioabfall, Speisereste oder Klärschlamm, Wirtschaftsdünger u.a. Mist, Gülle. Ungenutzte Pflanzen und Pflanzenteile u.a. Pflanzenreste, Zwischenfrüchte etc. sowie nachwachsende Rohstoffe u.a. gezielt angebaute Energiepflanzen gehören auch dazu.
All diese Ausgangsmaterialien ergeben unterschiedliche Biogaserträge und aufgrund ihrer Zusammensetzung ein Biogas mit variablem Methangehalt. In der Landwirtschaft fällt ein Großteil der Rohstoffe u.a. Wirtschaftsdünger oder Pflanzenreste an, deshalb ist dieser Wirtschaftszweig für die Produktion von Biogas sehr wichtig. Alle Rohstoffe, außer Energiepflanzen, sind kostenlos, es fallen nur Transportkosten an.
Unter anoxischen Bedingungen entsteht das Biogas durch den natürlichen mikrobiellen Abbau der organischen Stoffe. Die Mikroorgasmen setzen dabei die enthaltenen Eiweiße, Kohlenhydrate sowie Fette in Kohlenstoffdioxid und Methan um. Durchgeführt wird der Prozess in mehreren Stufen von den Mikroorgasmen diverser Stoffwechseltypen. Zuerst werden die polymeren Inhaltsstoffe der Biomasse wie z.B. Ligrin, Zellulose und Proteine durch mikrobielle Exoenzyme in niedermolekulare Stoffe umgewandelt. Die niedermolekularen Stoffe werden wiederum durch Mikroorganismen zu organischen Säuren, Alkoholen, Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid umgewandelt. Weiterhin werden dann die organischen Säuren sowie die Alkohole durch acetogene Bakterien zu Wasserstoff und Essigsäure umgesetzt. In der Endphase werden dann aus Wasserstoff, Essigsäure sowie Kohlenstoffdioxid mit Hilfe methanogener Archaeen die Endprodukte Wasser und Methan (CH4) gebildet. Vor der Aufbereitung zum Biogas besteht die wässrige Gasmischung aus den Komponenten Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Kleinere Spuren von Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Wasserstoff (H2) Schwefelwasserstoff (H2S) sowie Ammoniak (NH3) sind auch noch enthalten. Der Methananteil ist für die Verwertung des Biogases am wichtigsten, denn die Verbrennung setzt Energie frei.
Je höher der Methananteil, desto wertvoller und energiereicher ist das wassergesättigte Biogas. Nicht genutzt werden können der Wasserdampf und das Kohlendioxid. Auch störend im Rohbiogras sind Ammoniak und Schwefelwasserstoff, die vor der Verbrennung bei der Biogasaufbereitung entfernt werden. Damit wird die Bildung von Korrosion in Turbinen, Motoren sowie nach geschalteten Komponenten verhindert.
Den maximalen Versorgungs- sowie Wirkungsgrad erreicht Biogas bei der gleichzeitigen Nutzung zur Strom- und Wärmeerzeugung. Es weist die beste Klimabilanz in der KWK, Kraft-Wärme-Kopplung, auf. Deshalb sollte das Biogas so effizient wie möglich, auch aufgrund des für den Anbau von Energiepflanzen begrenzten Flächenpotenzials im KWK eingesetzt werden.
Geeignet ist Biogas besonders gut für den Energiemix mit den anderen Erneuerbaren Energien. Biogas ist grundlastfähig, es ist also kontinuierlich verfügbar und Biogas kann gespeichert werden. Es bietet sich deshalb besonders zum Ausgleich der schwankenden Wind- und Sonnenenergie in den Spitzenzeiten an. Betrieben werden die Biogasanlagen hauptsächlich als Gundlastkraftwerk. Zu Nutzung des Biogases bestehen vier Möglichkeiten:
- KWK - Kraft-Wärme-Kopplung - vor Ort: Der Strom wird vollständig ins Netz eingespeist und die Wärme wird vor Ort zu 60 Prozent verbraucht. Das Biogas wird für die Strom- sowie Wärmeerzeugung in einem Blockheizkraftwerk genutzt.
- KWK und Einspeisung: Dazu muss das Biogas auf Erdgasqualität aufbereitet werden, danach wird es in das Erdgasnetz eingespeist sowie in einem anderen BHKW (Blockheizkraftwerk) für die Strom- sowie Wärmeerzeugung genutzt. Hierzu wird der Strom zu hundert Prozent vor Ort verbraucht und vollständig ins Netz eingespeist.
- Die rein thermische Nutzung: Auch hier wird das Biogas wieder auf Erdgasqualität aufbereitet und in das Erdgasnetz eingespeist, allerdings wird es dann nur zur Wärme in einem Erdgasheizkessel umgewandelt.
- Die rein elektrische Nutzung: In diesem Fall wird das Biogas zur Stromerzeugung in einem BHKW genutzt und der Strom wird hierbei vollständig in das Netz eingespeist, dabei bleibt die anfallende Wärme ungenutzt.
Am häufigsten wird das Biogas in Deutschland in den Blockheizkraftwerken (BHKW) verbrannt, damit zusätzlich zu der Wärme auch die Elektrizität für die Einspeisung in das Stromnetz produziert wird. Hauptsächlich wird Biogas also zur Herstellung von Strom genutzt, befindet sich zufällig ein Nah- oder Fernwärmenetz in der Nähe, kann die Wärme in das Netz eingespeist werden. Allerdings wird bisher die anfallende Wärme noch sehr selten genutzt. Das Biogas kann auch in das Erdgasnetz eingespeist werden. Allerdings muss es dafür umfassend aufbereitet werden. Der technische Aufwand ist sehr hoch und es lohnt sich nur für sehr große Biogasanlagen.
Mit Biogas werden in Deutschland elf Prozent des Stroms aus den Erneuerbaren Energien produziert, welches in etwa 1,5 Prozent des Gesamtstrombedarfs von Deutschland entspricht. Außerdem konnte der Ausstoß von etwa 8,5 Millionen Tonnen CO2 vermieden werden, es entspricht in etwa 0,8 Prozent der Treibhausgasemissionen Deutschlands. Es wird angenommen, dass die Herstellung von Biogas in Deutschland bis zum Jahr 2020 verfünffacht werden kann. Das EEG - Erneuerbare-Energie-Gesetz - sichert dem Biogas eine garantierte Einspeisevergütung für die nächsten 20 Jahre zu. Sollte der Anlagenbetreiber die Wärme zusätzlich nutzen, erhält er außerdem einen festgelegten Bonus durch das EEG, da die Wärmenutzung durch die hohen Energiepreise ebenfalls gefördert wird.
Bundesweit wird Biogas z.B. von der LichtBlick AG und Naturstrom AG angeboten.