3. Grundlagen und Verfahren der Biogaserzeugung 3.1 ... - ATB

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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.
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