Eine Biogasanlage vergärt Gülle, Mist, Pflanzenmaterial und andere organische Substrate unter Sauerstoffausschluss. Dabei entstehen Biogas mit typischerweise etwa 50–75 % Methan sowie ein nährstoffreicher Gärrest. Das Gas wird entweder in einem Blockheizkraftwerk zu Strom und Wärme umgewandelt oder zu Biomethan aufbereitet.
Wie funktioniert eine Biogasanlage?
Eine typische Anlage besteht aus mehreren aufeinander abgestimmten Stufen:
- Lagerung und Aufbereitung der Substrate,
- Dosierung über Vorgrube oder Eintragssystem,
- Vergärung im Fermenter,
- Speicherung und Reinigung des Biogases,
- Nutzung im BHKW oder Aufbereitung zu Biomethan,
- Lagerung und Nutzung des Gärrests.
Der Fermenter arbeitet meist kontinuierlich: Neue Substrate werden regelmäßig zugeführt, während eine entsprechende Menge vergorenes Material die Anlage als Gärrest verlässt.
Was passiert im Fermenter?
Im Fermenter bauen verschiedene Mikroorganismen die organische Substanz schrittweise ab. Der Prozess läuft über Hydrolyse, Acidogenese, Acetogenese und Methanogenese.
Viele Anlagen arbeiten mesophil bei etwa 37–42 °C. Temperatur, Durchmischung, Verweilzeit und Substratzufuhr müssen möglichst stabil bleiben. Zu schnelle Änderungen der Fütterung können das biologische Gleichgewicht stören und die Gasproduktion reduzieren.
Welche Substrate werden eingesetzt?
Typische Einsatzstoffe sind Gülle, Festmist, Maissilage, Grassilage, Erntereste und organische Nebenprodukte. Entscheidend ist nicht allein die Frischmasse.
Eine Tonne Substrat ist keine einheitliche Energiemenge. Für den Biogasertrag sind vor allem Trockenmasse, organische Trockenmasse und Abbaubarkeit entscheidend.
Eine Tonne stark verdünnte Gülle enthält deshalb deutlich weniger vergärbare organische Substanz als eine Tonne energiereicher Silage oder eines konzentrierten organischen Reststoffs.
Woraus besteht Biogas?
| Bestandteil | Bedeutung |
|---|---|
| Methan (CH₄) | meist etwa 50–75 %, eigentlicher Energieträger |
| Kohlendioxid (CO₂) | senkt den Heizwert des Rohbiogases |
| Schwefelwasserstoff (H₂S) | korrosiv, muss begrenzt werden |
| Wasserdampf | muss vor der weiteren Nutzung kontrolliert werden |
Reines Methan enthält knapp 10 kWh Energie pro Kubikmeter. Biogas mit 60 % Methan kommt damit auf ungefähr 6 kWh pro m³. Der Methangehalt bestimmt also direkt den Energieinhalt des Gases.
BHKW oder Biomethan?
Bei der klassischen Nutzung wird gereinigtes Biogas in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) verbrannt. Ein Gasmotor treibt einen Generator an; gleichzeitig wird Wärme aus Motor und Abgas zurückgewonnen.
Ein Teil der Wärme wird für die Fermenterheizung benötigt. Der Rest kann beispielsweise für Gebäude, Trocknung oder ein Nahwärmenetz genutzt werden. Wird die Wärme sinnvoll verwendet, kann der Gesamtwirkungsgrad der Kraft-Wärme-Kopplung sehr hoch sein und sich in Richtung 80–90 % bewegen.
Alternativ wird das Rohbiogas weiter aufbereitet. Dabei werden vor allem CO₂, Schwefelwasserstoff und Wasser entfernt. Das entstehende Biomethan kann einen Methangehalt von etwa 98 % erreichen und bei entsprechender Gasqualität in das Gasnetz eingespeist werden.
Was bleibt als Gärrest zurück?
Bei der Vergärung wird vor allem ein Teil des organisch gebundenen Kohlenstoffs in Methan und CO₂ umgewandelt. Stickstoff, Phosphor, Kalium und Schwefel bleiben dagegen weitgehend im Gärrest.
Ein Teil des organisch gebundenen Stickstoffs geht während der Vergärung in Ammonium-N über. Je nach Substrat kann dieser Anteil einen großen Teil des Gesamtstickstoffs ausmachen. Dadurch ist der Stickstoff für Pflanzen schneller verfügbar, zugleich steigt aber das Risiko von Ammoniakverlusten bei offener Lagerung oder ungünstiger Ausbringung.
Gärreste können außerdem separiert werden. Die flüssige Phase enthält einen großen Teil des löslichen Stickstoffs und Kaliums, während sich in der festen Fraktion mehr Trockenmasse, organische Substanz und ein Teil des Phosphors konzentrieren.
Wo entstehen Verluste?
Eine Biogasanlage ist nur dann effizient, wenn das erzeugte Methan im System bleibt. Verluste können an Leitungen, Gasspeichern, Armaturen, im BHKW oder bei nicht ausreichend gasdichtem Gärrestlager auftreten.
Deshalb gehört auch das Gärrestlager zur Gasbilanz der Anlage. Gasdichte Abdeckungen ermöglichen die Nutzung des Restgaspotenzials und reduzieren gleichzeitig Methan- und Geruchsemissionen.
Warum erzeugt eine Biogasanlage nicht immer gleich viel Strom?
Der Fermenter kann relativ gleichmäßig Biogas produzieren, das BHKW muss daraus aber nicht rund um die Uhr mit gleicher Leistung Strom erzeugen.
Bei einer flexibilisierten Biogasanlage wird Gas zwischengespeichert und die elektrische Leistung stärker in Zeiten mit höherem Strombedarf verlagert. Dadurch kann Biogas regelbarer eingesetzt werden als wetterabhängige Stromquellen.
Wie entwickelt sich die Technik weiter?
Technisch geht die Entwicklung vor allem in vier Richtungen: flexiblere Stromerzeugung, stärkere Nutzung von Gülle und Reststoffen, Aufbereitung zu Biomethan sowie eine bessere Rückgewinnung von Nährstoffen aus Gärprodukten.
Dazu gehören unter anderem Separation, Stickstoffrückgewinnung und Verfahren zur Konzentration von Phosphor. Ziel ist nicht nur ein hoher Gasertrag, sondern eine bessere Nutzung aller Stoffströme der Anlage: Methan, Wärme, Nährstoffe und organische Reststoffe.