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Baden-Württemberg
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Biogas |
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Biogas besteht hauptsächlich aus Methangas. Es entsteht durch einen mikrobiellen Abbau von organischer Substanz (Biomasse, z.B. Pflanzenteilen). Die in dieser organischen Substanz enthaltene Energie (bio-chemische Bindungsenergie) beruht letztendlich immer auf der Fähigkeit von Pflanzen, eingestrahlte Lichtenergie der Sonne in bio-chemische Energie umzuwandeln (Photosynthese). Biogastechnik stellt somit eine indirekte Nutzung der Sonnenenergie dar. In Biogasanlagen (auch Vergärungsanlagen genannt) wird diese Energie kontrolliert unter Luftabschluss (Anaerobtechnik) zur Stromgewinnung genutzt.
Biogasanlage mit drei Gärbehältern (Fermentern)
Eine Biogasanlage erfordert eine tägliche Betreuung und Kontrolle, da es sich um einen sehr empfindlichen biologischen Prozess bei der Gasentstehung handelt. Biogasanlagen werden in Deutschland seit vielen Jahrzehnten betrieben, vor allem in der Landwirtschaft.
Das Kernstück einer Biogasanlage ist der Reaktor auch Fermenter genannt. Als Werkstoffe für den Bau des Reaktors werden vor allem Beton oder Stahlplatten (emailliert, beschichtet oder Edelstahl) eingesetzt. Der Reaktor wird isoliert und mit einer Heizung (externe Wärmetauscher, Heizspiralen an der Innenwand oder Fußbodenheizung) ausgestattet. Da es im Verlauf der etwa 3 Wochen dauernden Vergärung zu Entmischungen kommt, bilden sich sowohl Schwimmschichten als auch Sinkschichten. Deshalb muss für ein regelmäßiges Umrühren des Substrates gesorgt werden.
Neben dem Reaktor mit Ausrüstung gehören zu einer Biogasanlage noch ein Zwischenlager für Gärrückstände, welche nicht direkt verwertet werden können, eine Dosierungs- und Zerkleinerungseinrichtung, Pumpen zur Beschickung und Entleerung des Reaktors , eine Gasstrecke mit Zähler, Kondensatabscheider, Entschwefelung, Sicherheitstechnik und Speicher sowie in aller Regel ein Blockheizkraftwerk zur Produktion von Strom und Wärme aus dem Biogas.
Gasverbindungsleitungen
Die Stromvergütung
Nach dem Erneuerbare Energien Gesetz (EEG), dessen Neuerung am 01.08.2004 in Kraft trat beträgt für Biogasanlagen, die nach dem 31.12.2004 erstmals einspeisen, die Vergütung wie folgt:
- bis einschließlich einer Leistung von 150 kWh mindestens 11,3 Cent/kWh Strom
- bis einschließlich einer Leistung von 500 kWh mindestens 9,7 Cent/kWh Strom
- bis einschließlich einer Leistung von 5.000 kWh mindestens 8,7 Cent/kWh Strom
Diese Mindestvergütungen erhöhen sich um jeweils 6 Cent/kWh Strom bis zu einer Anschlussleistung von 500 kWh, und um 4 Cent/kWh Strom, wenn die Anschlussleistung über 500 kWh beträgt, sofern ausschließlich Biomasse im Sinne des Gesetzes zur Stromerzeugung eingesetzt wird.
kWh = Erzeugung von 1 Kilowatt in einer Stunde
Zur gleichmäßigen Verteilung der Biomasse muss gerührt werden
Wird ausschließlich Biomasse verwendet und die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme zu Heizzwecken im Sinne des KWK-Gesetzes (Kraft-Wärme-Kopplung) genutzt erhöht sich die Mindestvergütung um jeweils 2,0 Cent pro Kilowattstunde.
Zufuhreinrichtung zur Befüllung des Fermeters
Ein Filmspot zu einer Biogasanlage Achtung!: zur Ansicht wird ein Breitbandanschluss (DSL) benötigt
Ende des Jahres 2005 standen in Baden-Württemberg 400 Biogasanlagen,
die zusammen eine elektrische Leistung von 54 MW liefern können. Im Jahr 2006 könnten ca. 60 – 70 neue Anlagen hinzukommen.
Die durchschnittliche Leistung neuer Anlagen liegt in der Planung im Bereich zwischen 150 und 1,5 MW, das entspräche einer Steigerung der elektrischen Leistung
im laufenden Jahr um nochmals 15 – 20 MW.
Mit Biogas betriebener Stromgenerator. Nennleistung 300 Kwh
Im Jahr 2006 gab es etwa 3500 Biogasanlagen in Deutschland die über 5 Milliarden Kilowattstunden Biogasstrom erzeugten. Dafür werden ca. 300 000 ha landwirtschaftliche Nutzfläche benötigt. Dies stellt weniger als 2 % der landwirtschaftlich genutzten Fläche dar. Es gibt Schätzungen, dass zukünftig bis zu 3 Millionen ha landwirtschaftlicher Fläche zur Biomasseproduktion genutzt werden können, ohne dass dies zur Konkurrenz mit der Nahrungsmittelproduktion führt.
Biogasanlagen müssen ständig betreut und gepflegt werden
Neben den baurechtlichen und immissionsschutzrechtlichen Vorschriften müssen beim Bau einer Biogasanlage auch die wasserrechtlichen Anforderungen an den Standort berücksichtigt werden:
1) Die Bewirtschaftungsziele in Wasserschutz-, Wassereinzugs- und Überschwemmungsgebieten sind mit dem Betrieb von Biogasanlagen in der Regel nicht vereinbar.
2) Zu ständig wasserführenden Gewässern muss mindestens 50 Meter Abstand eingehalten werden.
3) Die Unterkante des tiefsten Bauteils muss mindestens 1,0 m über dem höchsten zu erwartenden Grundwasserspiegel liegen.
4) Der Abstand zu bestehenden Brunnen, die der privaten Trinkwasserversorgung dienen, ist im Einzelfall festzulegen und sollte mindestens 50 m betragen.Zukunftsszenario
Nach einer Studie der Universität Leipzig und des Öko-Instituts könnte die gesamte Erdgaseinfuhr aus Russland durch heimisches Biogas ersetzt werden. Demnach lässt sich sogar der gesamte derzeitige Erdgasverbrauch in Europa bis 2020 mit Biogas decken. So könnten entlang der europäischen Erdgas-Pipelines Pflanzen zur Energiegewinnung angebaut werden und das daraus gewonnene Biogas könnte dann in das Gasnetz eingespeist werden. Auch die notwendigen Flächen stünden jetzt schon zur Verfügung.
Die sogenannten Futterflächen, auf welchen bisher der Silomais für die Fütterung der Nutztiere angebaut wird, könnte in absehbarer Zeit verstärkt für den Anbau von Energiepflanzen genutzt werden. Die Tendenz ist zu beobachten, dass mehr Flächen mit Mais, auch für die Biogasproduktion, angebaut werden. Umstritten ist, ob Energiepflanzen zu Konkurrenzpflanzen für die zur menschlichen Ernährung genutzten Pflanzen werden könnten.
Gewinnung von Biogas aus Festmist
Die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen
1. Die Substratkosten
Die Substratkosten (40 bis 60% der Grundkosten) d stellen während der Zeit des Betriebes der Biogasanlage den größten regelmäßig anfallenden Kostenblock dar. Bei der Berechnung der Kosten für die Produktion werden das Saatgut, die Maschinen- und Transportkosten, die Entsorgungs- bzw. Düngungskosten und die Arbeitszeit berechnet. Als Pflanzen für die benötigte Biomasse (sogenannte nachwachsende Rohstoffe; kurz: NawaRo) wird z.Z. vor allem Energiemais, Ganzpflanzensilage (z.B. Gras), Grünroggen, Sonnenblumen, Hirse oder Sudangras angebaut.
Ertrag Silomais und Sudangras:
Gärreste nach der Energiegewinnung:
ca. 39 m³/ha ca. 57 m³/ha Wieviel m³ Biogas kann aus einer Tonne Frischmasse erzeugt werden?
1 Tonne Grassilage mit 30 % TS (Trockensubstanz) erzeugt etwa 155 m³ Biogas 1 Tonne Schweinegülle mit 5 % TS erzeugt etwa 18 m³ Biogas 1 Tonne Rindergülle mit 7 % TS erzeugt etwa 20 m³ Biogas 1 Tonne Silomais mit 30 % TS erzeugt etwa 185 m³ Biogas Trockensubstanz = Die Trockenmasse oder Trockensubstanz ist jener Bestandteil einer Substanz, der nach Abzug des Rohwassers übrig bleibt; Trockenmassegehalt und Wassergehalt ergänzen sich also zu 100 Prozent.
Wie viel Energie enthält Biogas?
Der Energiegehalt von Biogas ist direkt vom Methananteil im Biogas abhängig. Ein Kubikmeter Methan hat einen Energiegehalt von 9,94 Kilowattstunden. Bei einem Methananteil im Biogas von 60% beträgt der energetische Nutzen von einem Kubikmeter Biogas ca. sechs Kilowattstunden. Der durchschnittliche Heizwert eines Kubikmeters Biogas entspricht etwa 0,6 Liter Heizöl.
Aus Energiemais mit 30 % TS kann von einem Hektar Ackerfläche etwa 10.000 m³ Biogas erzeugt werden. Das entspricht einem Heizwert (Brutto) von 60000 kWh. Praktisch (Netto) rechnet man pro Hektar jedoch für die "Verstromung" dieser Energie mit einer Leistung von 17500 kWh (30%). Die übrige Energie geht als Abwärme beim Betrieb des Gasmotors verloren, könnte aber durch weitere technische Einrichtungen genutzt werden. Bei einer Laufzeit der Gasturbine von 7000 Stunden im Jahr und einem Wirkungsgrad von ca. 30 % ist damit eine 2,5 KW Anlage ausgelastet. (Für den Bau eines BHKW mit Gasturbine benötigt man je KW 0,4 Hektar )
60 000 kWh x 0,3 (30%) = 18 000 kWh
18000 kWh / 7000 h = 2,5 kW
Für ein Kraftwerk mit einer Gasturbine, welche 250 KW die Stunde erzeugen kann, werden dann etwa 100 ha landwirtschaftliche Fläche benötigt.
Bei Grassilage reicht die Biogasleistung nur etwa für ein Anlage von 1,0 bis 1,5 KW/ha bei 7000 h Jahreslaufzeit. Denn die Biogasausbeute von Grassilage ist geringer als bei Mais. So benötigt man zwischen 100 bis 180 ha landwirtschaftlicher Fläche für eine 250 KW Anlage. Wird jedoch Silomais ständig auf diesen Flächen angebaut ist die Humus- und Nährstoffbilanz negativ, d.h. es sollte mit einer Fruchtfolge gearbeitet werden und es muss gedüngt werden, damit der Boden langfristig gleichbleibende Erträge erbringt.
2. Investitionskosten
Je nach Größe der Anlage von 30 KW bis 530 KW muss derzeit mit Kosten von 7000 €/KW bis 3600 €/KW gerechnet werden. Der Landwirt benötigt also für eine 30 KW Anlage 210 000,00 € oder für eine 530 KW Anlage 1,9 Millionen €. Hat er dieses Geld nicht im Sparstrumpf muss er bei einer Bank ein Darlehen aufnehmen. Die Zinsen dafür fallen dann als zusätzliche Kosten an. Besitzt der Landwirt das Eigenkapital muss gleichwertig für die Wirtschaftlichkeitsberechnung ein Zinsverlust für den Einsatz des Eigenkapitals berücksichtigt werden.
Kleine Anlagen sind auf Grund der hohen Investitionskosten pro KW unrentabel. Ab einer Größe von 100 bis 150 KW wird das Betreiben einer Anlage wirtschaftlicher. Bei einer 250 KW Anlage kann derzeit ein Einkommen bis zu 45 000 €/Jahr erzielt werden. (Bei einem Abnahmepreis von 16,99 Cent/kWh)
Eine weitere Einkommensquelle könnte genutzt werden, wenn die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme zu Heizzwecken genutzt wird. (Der Landwirt selbst und die Nachbarschaft). Außerdem gibt es hierfür noch einen Bonuszuschlag von 2 Cent pro kWh für die gesetzlich geförderte Kraftwärmekopplung (KWK). Dies kann z.B. durch die Anbindung eines Dorfes, Stadteils oder größere Gebäude wie z.B. eine Schule durch unterirdich verlegte Warmwasserleitungen geschehen. Der Vorteil einer dezentralen, regionalen Energieversorgung durch relativ kleine Kraftwerke besteht überhaupt nur in der Ausnutzung der anfallenden Wärme zu Heizzwecken bei der Stromerzeugung. Diese sogenannte Kraft-Wärmekopplung ist also entscheidend für eine sinnvolle und wirtschaftliche Nutzung der Bioenergie.
Eine Überarbeitung des EEG (Energieeinspeisegesetz) steht aktuell (2007) an. Es können sich deshalb die genannten Zahlen ändern.
Wieviel Energie benötigt im Durchschnitt ein 4 Personenhaushalt in Deutschland?
Der Energieverbrauch privater Haushalte wird von technischen und sozialen Veränderungen bestimmt. Die durchschnittliche Anzahl der Personen pro Haushalt nimmt tendenziell immer stärker ab während die Zahl der Einpersonenhaushalte stetig zunimmt. Die durchschnittliche Wohnfläche nahm von 1970 bis 2007 von 24 m² auf 41 m² zu. Der Energieverbrauch pro Person ist im Einzelpersonenhaushalt höher als im Mehrpersonenhaushalt.
Die ganzen Elektrogeräte wie Kühlschrank, Fernseher etc. sind im Einzelhaushalt genauso vorhanden können aber nur einer Person zugeordnet werden. So wird einer Person in einem Einzelhaushalt im Durchschnitt im Jahr ein Stromverbrauch von 1780 kwh zugerechnet während einer Person in einem 4 Personenhaushalt nur 1070 kwh zugerechnet werden. Durchschnittlich verbrauchen deutsche Haushalte pro Jahr folgende Strommengen:
Einpersonenhaushalt: ca. 1.800 kWh
Zweipersonenhaushalt: ca. 3.000 kWh
Dreipersonenhaushalt: ca. 4.000 kWh
Vierpersonenhaushalt: ca. 4.500 kWh
In der privaten Energiebilanz ist das Beheizen der Wohnung der größte Posten. Der Trend besteht aber in einem absinken des Heizwärmebedarfs pro Person da die Wohnungen immer besser wärmegedämmt und isoliert werden.Durchschnittlicher Energieverbrauch eines deutschen Haushalts
52 % für das Heizen
35 % für das Auto fahren
7 % für die Versorgung mit Warmwasser
3 % sogenannte mechanische Energie z. b. für den Kühlschrank
2 % Wärmeentstehung beim Kochen oder Waschen
1 % für Beleuchtung
Foto: MLR LWH 2006 * BHKW = BlockheizkraftwerkGaslieferung verschiedener pflanzlicher Rohstoffe
Nges = Gesamtstickstoff; NH4NO3=Ammoniumnitrat; P2O5 = Diphosphorpentoxid;
K2O= Kaliumoxid; MgO = Magnesiumoxid; CaO = Kalk
Quelle: Mittleilung von Herrn Mokry (LUFA) 2006
Tabelle: Mineralische Ausgleichs- bzw. Ergänzungsdüngung bei Düngung mit Gärresten
Quelle: LTZ, K. Mastel
Hinweis!: Eine umfangreiche Wanderausstellung mit Schautafeln zum Thema Bioenergie kann auch ausgeliehen i LTZ Augustenberg oder i heruntergeladen werden.
Links (Beispiele für vertiefte Recherchen):
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