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3. Grundlagen und Verfahren der Biogaserzeugung
3.1 Entstehung von Biogas
Die Gewinnung von Biogas ist ein mehrstufiger Prozess, bei dem eine Vielzahl spezieller
Mikroorganismen unter anaeroben Bedingungen (ohne Zutritt von Luftsauerstoff) die in
Kohlehydraten, Fetten und Proteinen gespeicherte Energie für ihren Stoffwechsel nutzen
(Abb. 1). Ein Endprodukt dieses mikrobiellen Stoffwechsels ist Biogas, das etwa 50 bis 75 %
Methan, 25 bis 50 % Kohlendioxid und geringe Anteile Schwefelwasserstoff, Ammoniak und
Wasserstoff enthält. Etwa 70 % aller Methanbakterien verwerten Essigsäure
(acetogenotroph) während etwa 30 % der bekannten Arten Wasserstoff und Kohlendioxid
(hydrogenotroph) für ihren Stoffwechsel nutzen. Optimale Bedingungen für die Entstehung
von Biogas herrschen bei 35 bis 37°C (mesophil) oder auch bei 55 bis 60°C (thermophil).
Der pH-Wert sollte im neutralen bis schwach alkalischen Bereich liegen.
1. Stufe
Aufspaltung der
Gülle Makromoleküle
Stallmist
Bioabfälle
Kohlenhydrate
Fette
Eiweiße
Zucker
Fettsäuren
Aminosäuren
Basen
2. Stufe
Vergärung der
Spaltprodukte
Carbonsäuren
Gase
Alkohole
3. Stufe
Bildung von
methanogenen
Substraten
Essigsäure
Wasserstoff
Kohlendioxid
4. Stufe
Biogasbildung
Biogas
Methan
Kohlendioxid
hydrolytische fermentative
Bakterien
acetogene methanogene
Bakterien
Abb. 1: Vereinfachtes Schema der Biogasbildung
3.2 Substrate und Biogasausbeuten
Alle, dem mikrobiologischem Abbau zugänglichen Substrate können formal für eine
Biogasproduktion genutzt werden. Außerhalb der Landwirtschaft haben sich Biogasanlagen
vor allem zur Stabilisierung von Schlämmen aus der Abwasserreinigung oder als Vorstufe
zur Behandlung hoch belasteter Abwässer aus der Lebensmittelindustrie etabliert.
Landwirte, die eine Biogasanlage betreiben, verarbeiten überwiegend Wirtschaftsdünger
(Gülle und Stallmist). Wirtschaftlich interessant und bereits in vielen Anlagen praktiziert ist
die gemeinsame Vergärung von Gülle mit organischen Reststoffen aus der Agro- und
Lebensmittelindustrie oder mit Energiepflanzen (nachwachsende Rohstoffe), da solche
Kosubstrate im Vergleich zu Wirtschaftsdüngern deutlich höhere Biogasausbeuten liefern
(Abb. 2).
3.3 Technik und Verfahren der Biogasgewinnung
3.3.1 Nassvergärung
Wesentliche Komponenten einer Biogasanlage sind Vorsammelbehälter (Güllegrube und
Sammelbehälter für flüssige Kosubstrate), Hygienisierungstank für hygienisierungspflichtige
Abfälle, Biogasreaktor, Gasspeicher, Gärrückstandslager (Güllelagerbehälter) und
Blockheizkraftwerk (BHKW). Im Biogasreaktor befinden sich alle am mikrobiellen Abbau
beteiligten Mikroorganismen, die im fließfähigen Zustand regelmäßig mit dem zugeführten
Substrat vermischt (homogenisiert) werden. Kosubstrate werden entweder in der Vorgrube

mit Gülle vermischt (angemaischt) oder über einen Einfüllschacht direkt in den Biogasreaktor
gegeben. Der Gärrest (ausgefaultes Substrat) gelangt nach einer mittleren hydraulischen
Verweilzeit von 20 bis 30 Tagen in den Güllelagerbehälter und von dort als organischer
Flüssigdünger auf landwirtschaftliche Nutzflächen. Biogas wird heute überwiegend zur
Stromerzeugung genutzt (Erneuerbare-Energien-Gesetz vom April 2000, EEG) und mit €
0,10 je kWh vergütet. Die Abwärme des Gasmotors reicht zur Erwärmung des Substrates
und zur Hygienisierung von Abfällen aus. In den Sommermonaten ist oft ein
Wärmeüberschuss vorhanden (Abb. 3).
Gülle
1
9
organische
Abfälle
3 4
2
6
Faulschlamm
Biogas
Strom
7
5
Wärme
1 Stallanlagen
2 Güllegrube
3 Sammelbehälter
4 Hygienisierungstank
5 Biogasreaktor
6 Gasspeicher
7 Blockheizkraftwerk
8 Güllelagerbehälter
9 Ackerfläche
8
Abb. 3: Vereinfachtes Schema einer Biogasanlage zur Flüssigvergärung
3.3.2 Trockenvergärung
Die zunehmende Nutzung schüttfähiger (stapelbarer) Biomassen für die Biogasgewinnung
hat zu einem verstärktem Interesse an Verfahren zur Trockenvergärung geführt. Bei diesen
Verfahren handelt es sich um batch (satzweise) arbeitende Systeme, bei denen die
Biogasgewinnung in der Reaktionsmasse bei Trockensubstanzgehalten (TS) zwischen 20
und 40 %, also mit weniger Wasser als bei der Flüssigvergärung, stattfindet. Damit die
Biogasproduktion ungestört ablaufen kann, ist der Zusatz von Impfmaterial (Inoculum)
notwendig, das schüttfähig sein kann und vor dem Ansatz mit dem Substrate vermischt wird,
als Flüssigkeit die Reaktionsmasse durchsickert (perkoliert) oder eingestaut wird.
Verschiedene Systeme hierzu befinden sich zur Zeit in der Erprobung, die auch in
Kombination mit Anlagen zur Flüssigvergärung (Trocken-Nass-Simultan-Vergärung)
untersucht werden.
3.4 Speicherung, Aufbereitung und Verwertung von Biogas
Eine Speicherung des Biogases ist wegen der geringen Energiedichte (1000 l Biogas
entsprechen etwa 0,6 l Heizöl) nur für wenige Stunden sinnvoll. Ein Teil der
Speicherkapazität für Biogas ist bereits im Biogasreaktor vorhanden, der mit dem
Gasspeicher in direkter Verbindung steht. Durch diese Verbindung ist der Reaktor gegen
Über- oder Unterdruck gesichert. Die meisten Gasspeicher sind heute als preiswerte

Folienkissenspeicher ausgelegt, in dem nur ein geringer Druck von 0,05 bis 0,1 mbar (0,5
bis 1 mm WS) herrscht.
Biogas, das aus dem Reaktor entweicht, muss in den meisten Fällen vor der Verwertung von
unerwünschten Komponenten befreit werden. Hierzu gehören insbesondere Wasser und
Schwefelwasserstoff. Durch Absenkung der Gastemperatur bei entsprechend langer
Gasleitung erreicht man meist eine zufriedenstellende Kondensatabscheidung. Schwieriger
ist die Entfernung von Schwefelwasserstoff. Die biologische Entschwefelung durch
Zuführung von Luft direkt in den Gasraum des Biogasreaktors erfüllt nicht in allen Fällen die
Anforderungen der BHKW-Hersteller, so dass insbesondere größere Anlagen eine externe
biologische Entschwefelung in Füllkörperkolonnen vorsehen. Praktiziert wird auch der
Zusatz von Eisensalzen in den Biogasreaktor. Dabei fällt Schwefelwasserstoff als schwer
lösliches Eisensulfid aus und verbleibt im Gärrest.
Biogas wird heute dank des EEG bis auf wenige Ausnahmen verstromt. Für den Antrieb des
Generators werden verschiedene Motorarten und Verbrennungsverfahren genutzt. Auf der
Grundlage des Gas-Otto-Verfahrens umgerüstete Benzinmotoren sind zwar relativ preiswert,
der elektrische Wirkungsgrad ist jedoch mit 20 bis 25 % relativ gering. Dieselmotoren, die
nach dem Zündstrahlverfahren arbeiten und für den Betrieb mit Biogas auch noch eine
geringe Menge Zündöl benötigen, sind zwar im Vergleich zu Gas-Otto-Motoren teurer,
weisen aber mit 30 bis 38 % einen deutlich besseren elektrischen Wirkungsgrad auf.
3.5 Eigenschaften und Verwertung des Gärrestes
Die zur Biogasgewinnung eingesetzten Substrate bestimmen im wesentlichen die Qualität
des anfallenden Gärrestes. Durch den Abbau von organischen Verbindungen zu Biogas
reduziert sich die Konzentration an organischer Substanz (OS) bei Wirtschaftsdüngern um
30 bis 50 %. Der OS-Abbau in Energiepflanzen kann bis zu 90 % betragen und ermöglicht
deshalb auch noch eine Flüssigvergärung, wenn schüttfähige Substrate (z. B. Mais und
andere Silagen) vergoren werden. Der fließfähige Gärrest hat den typischen Güllegeruch
verloren und bereitet bei der Verwertung auf landwirtschaftliche Nutzflächen in der Nähe von
Ortschaften meist keine Probleme. Da Biogas im wesentlichen nur Methan und Kohlendioxid
enthält, bleiben alle Pflanzennähstoffe der eingesetzten Substrate erhalten. Hinsichtlich der
Stickstoffverfügbarkeit ist der Gärrest im Vergleich zum unbehandelten Substrat (z. B. Gülle)
günstiger zu bewerten, da ein Teil der organischen Stickstoffverbindungen im Biogasreaktor
bereits zu Ammonium-Stickstoff abgebaut werden. Nitrat ist wegen des streng anaeroben
Prozesses im Gärrest nicht enthalten.
Werden nur Wirtschaftsdünger zur Biogasgewinnung eingesetzt, gilt die Gewinnung von
Biogas als Behandlung von Wirtschaftsdüngern. Bei der Verwertung des Gärrestes auf
landwirtschaftliche Nutzflächen sind deshalb nur die Vorschriften der Düngeverordnung
(Dünge-VO) zu beachten.
Der Zusatz pflanzlicher Stoffe, die im eigenen Betrieb anfallen und zur Biogasgewinnung
eingesetzt werden, ist gleichzusetzen mit der Herstellung eines organischen Mischdüngers
(organischer NP- oder NPK-Dünger). Beim „Inverkehrbringen“ muss dieser Gärrest nach
Abschnitt 3 der Düngemittelverordnung gekennzeichnet werden. Darüber hinaus dürfen
noch solche Stoffe zur Biogasgewinnung eingesetzt werden, die in der Positivliste nach
Anhang 1 der Bioabfallverordnung (BioAbfV) und in der Liste zugelassener Stoffe für
Düngemittel aufgeführt sind. Die landwirtschaftliche Verwertung des Gärrestes bei
Verwertung solcher Stoffe unterliegt den abfallrechtlichen Regelungen der BioAbfV.

Wirtschaftsdünger
Putenmist (55% TS)
Rindermist (25% TS)
Schweinemist (6% TS)
Rindergülle (9% TS)
Reststoffe
Flotatfette (65% TS)
Melasse (88% TS)
Kartoffelpülpe (14% TS)
Apfeltrester (8% TS)
Roggenschlempe (5% TS)
Zuckerrübenschnitzel (20% TS)
Energiepflanzen
Triticale-GPS* (33% TS)
Gerste-GPS* (34% TS)
Roggen-GPS* (33% TS)
Gras-Welksilage (35% TS)
Rübensilage (15% TS)
Maissilage (35% TS)
*Ganzpflanzensilage
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
m 3 Biogas / t Frischmasse