Biogas - Karl Betz

Juwi.de 

Von Christian Busche und Maximilian Heuser 

Klima- Technik- Ökonomie

Entwicklung der Biogasanlagen 

 

Elemente der Biogasanlagen 

 

Substrate 

 

Ablaufende Prozesse 

 

Vergütungen/ Bonuszahlungen 

15.05.2013 Von Christian Busche, Maximilian Heuser 

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Erste systematische Untersuchung 

im Jahr 1770 durch Volta 

⇨ mittels Sumpfgas. 

 

Biogas Praxis 

1884 erster Versuch mit Pferdemist Gas zu erzeugen 

⇨ für Straßenbeleuchtung. 

 

In Indien wird 1907 mittels Abwasser Gas erzeugt 

⇨ erste Anlage zur Stromerzeugung ( Klärgasnutzung ) 


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Bis zum 2. Weltkrieg große Fortschritte in der Gasproduktion 

⇨ Entwicklung von Rührwerken, Gasglocken, Heizsysteme 

 

Durch Hinzugabe von organischen Abfällen stieg die Produktion 

⇨hauptsächlich Fett und Getreide 

 

Landwirtschaft wird als potentieller Lieferant für Biogas entdeckt 

 

1950 wird die erste Biogasanlage in der Landwirtschaft erbaut 



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Bis 1960 wurden ca. 50 Anlagen in der BRD errichtet 

⇨ führender Hersteller war Schmidt- Eggersglüß 

 

1957 Zusammenbruch des kompletten Biogassektors aufgrund 

der „Erdölschwemme“ 

⇨ steigender Einsatz von Mineraldünger 

 

1972/73 Ölkrise = erneutes Aufkommen von Biogasanlagen 

 

Weiterentwicklung der Cofermentation treibt die Sparte voran 

⇨ Anlagenzahl in Deutschland nimmt zu (1980 ca. 45 Stk.) 


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Ab dem Jahr 2000 regelrechter Boom durch das EEG 

⇨ höhere, gesicherte Vergütung bei Einspeisung 

 

Durchbruch der Sparte 2004 durch Novellierung des EEG 

⇨ besondere Vergütung für nachwachsende Rohstoffe 

 

Dieser Boom hält bis heute an 

Heute gibt es ca. 7500 

Biogasanlagen in Deutschland 

Gastip.de 


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Siloanlage: 

▸ Oberirdisch, bestehend aus Stahlbeton 

▸ Trockene Lagerung sollte gewährleistet sein 

▸ Silage muss luftdicht verschlossen sein 

⇨ Schwelbrand, Schimmelbefall 

▸ Wasserabscheider muss vorhanden sein 

Sandstein.net 


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Füllbehälter mit Dosieranlage 

Fliegel.de 


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Füllbehälter mit Dosieranlage 

▸ Wird mit ausgewähltem Substrat befüllt 

▸ Vollautomatische Steuerung 

▸ Integrierte Wiegeeinrichtung 

▸ Dosiert mittels Austragflügel 

▸ Integrierter Hächsler 


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Eintragsmöglichkeiten der Substrate 

Deckeneintrag 90⁰ 

Seiteneintrag 30⁰-45⁰ 

Fliegel.de 

Fliegel.de 


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Fermenter 

▸ Herzstück einer Biogasanlage 

Nq Anlagentechnik.de 

Bio-Energie.de 


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Fermenter 

▸ Liegende (horizontale) Bauweise: 

+ leistungsfähiger, funktionssicherer, 

konstante Durchmischung des Substrates 

- zu geringes Füllvermögen 

▸ Stehend runde (vertikale) Bauweise: 

+ kompakte Bauweise, keine Volumenbegrenzung, 

geringer Wärmeverlust 

- hohe Anforderungen für das Rührwerk, 

keine konstante Durchmischung des Substartes. 


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Fermenterbauweise 

▸ Aus Beton: 

→ Wasserdichter Stahlbeton 

→ Ausgiebige Rüttlung 

→ Geringe Hinzugabe von Wasser 

→ Geschlossener Übergang vom Behälter zum Deckel 

→ Längere Aufstellzeit nötig 

▸ Aus Stahl: 

→ Häufig aus ST37 oder V2A/V4A 

→ Verzinkt, emailliert 

→ Deckel häufig aus Kunststoff 

→ Schnelle Aufstellung möglich 


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Wärmedämmung 

▸ Wärmedämmung des Fermenters ist unablässig 

▸ Konstante Temperaturen im Fermenter müssen gewährleistet sein 

▸ Energieeinsparung bei der Beheizung des Fermenters 

SDI-Deutschland.de 

Ellviva.de 


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Fermenterinnenheizung 

▸ Sorgt für optimales Milieu der Bakterien 

▸ Häufigste Variante→ Innenwandverlegung 

▸ Wird beheizt durch die Abwärme des BHKW 

▸ Konstante Temperaturen zwischen 30ºC-50ºC sind einzuhalten 

▸ Heizungsrohre bestehend aus V4A 

Merk.de 


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Aufgaben der Rühreinrichtung 

▸ Vermischen des Substarts mit bereits faulendem Substrat 

▸ Bessere Verteilung der Wärme 

▸ Vermeidung, Zerstörung von Schwimmschichten 

▸ Verbesserung des Stoffwechsels der Bakterien 

durch Austreiben von Gasblasen 

Viessmann.com 


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Fermenterhaube 

▸ Folienhaube aus Kautschuk 

▸ Dient als Gasspeicherraum 

▸ Geringe Methandurchlässigkeit 

▸ Hohe UV- Beständigkeit 

▸ Für jeden Anlagentypen verwendbar 


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Nachgärer 

▸ Gleiche Bauweise wie Fermenter 

▸ Biomasse wird weiter erhitzt und ausgegoren 

▸ Temperatur 38°C- 44°C 

▸ Längere Verweilzeit des Substrates 

Smh-luedinghausen.de 


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Endlager 

▸ Aufbewahrung der Biogasgülle- Gärreste 

▸ Leckerkennungsfolie ist Vorschrift 

▸ Keine Beheizung, keine Rührwerke 

▸ Restgase werden selten genutzt 


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BHKW 

▸ Hauptsächlich Gas- Otto- Motoren (Leistung 200kw- 800kw) 

▸ Umwandlung: Gas ⇒ mechanische Arbeit ⇒ Strom 

▸ Strom- und Wärmeerzeuger (KW-Kopplung ist Vorschrift) 

▸ Laufzeit ca. 5-7 Jahre 


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Auswahlkriterien der Substrate 

▸ Einfluss auf Genehmigung und rechtliche Anforderungen 

▸ Einfluss auf Technik- und Betriebskosten 

▸ Lagerung und Konservierung 

▸ Flächenleistung sowie Kosten der Produktion und Lagerung 


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Auswahlkriterien der Substrate 

▸ Fermenterraumbelegung 

▸ Höhe der Vergütung 

▸ Verfügbarkeit der Substrate 



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Optimale Kombination der Fruchtfolge von C3- C4 Pflanzen 

C3- Pflanzen: ∘ Überlegenheit in kühlen, kalten Jahreszeiten 

C4- Pflanzen: ∘ Wesentlich höheres Energiepotenzial im Sommer 



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Mischung der Substrate 

▸ Monovergärung bringt keine maximale Gasausbeute 

▸ Mischung von Mais mit Gülle oder Hühnermist 

▸ Mischung von Mais und Sonnenblumen 

▸ Mischung von Mais und Hirse 

▸ Mischung von Mais und Kleegras 


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Nutzung von Schlempe oder Klärschlamm 

Schlempe: 

▸ Abfallstoff aus landwirtschaftlichen Brennereien 

▸ Wird vergütet mit Na- Wa- Ro Bonus 

▸ Hohe Methanausbeute 

▸ Erhöhter Schwermetallgehalt 

Klärschlamm: 

▸ Wird nicht subventioniert 

▸ Geringere Methanausbeute als bei Schlempe 

▸ Sehr hoher Schwermetallgehalt 


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Herstellung der Substratmischung 

▸ Material muss pumpfähig und hydraulisch beherrschbar sein 

▸ TS- Gehalt sollte 18% nicht übersteigen 



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allgemein 

▸ 1ha Mais entspricht etwa 2,5 kW el. 

▸ 1ha Gras entspricht etwa 1 kW el. 

▸ 1ha Getreide entspricht etwa 1,5 kW el. 

▸ 1ha Maisanbau verbraucht etwa 1200l Diesel pro Jahr 

▸ 1ha Maisfläche → ca. 15t Maissilage TS 


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allgemein 

▸ 1MW- Anlage benötigt ca. 400ha Anbaufläche (intensive Nutzung) 

▸ 1MW- Anlage versorgt ca. 2000Haushalte mit Strom 

▸ 1MW- Anlage versorgt ca. 400 Haushalte mit Wärme 

▸ 1t Maissilage erzeugt 340m 3 Methan = 7005kWh am Tag 


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Allgemeine Definition 

„Biogas ist ein Stoffwechselprodukt von Bakterien, 

das entsteht, wenn diese ein organisches Substrat 

abbauen.“ 

(Barbara Eder, Heinz Schulz) 


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3Grundvoraussetzung für die Methangewinnung 

▸ Luftabschluss (anaerobes Millieu) 

▸ Ausreichend Feuchtigkeit (Gülle) 

▸ PH- Wert sollte zwischen 5,5 und 6,5 liegen 


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4 entscheidende Einzelschritte 

▸ Hydrolyse 

▸ Acidogenese 

▸ Acetogenese 

▸ Methanogenese 


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Hydrolyse 

▸ Hydrolyse = Auflösung durch Wasser 

▸ Vielzahl von Mikroorganismen ist hieran beteiligt 

▸ Bakterienstämme spalten Ausgangsmaterial in seine 

molekulare Struktur 

▸ Ablagerung von Wassermolekülen an der Spaltstelle 


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Hydrolyse 

▸ Ablagerung von Wassermolekülen = Zerfall der Ausgangssubstanz 

▸ Entstehung immer kleinerer Teile 

▸ Zerfall ist stark Temperaturabhängig 

▸ Stärkehaltige Substanzen werden schneller zersetzt 

→ daher Maissilage 

▸ Hinzugabe von Co- Substraten vereinfacht Hydrolyse 


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Acidogenese 

▸ Acidogenese = Gärungs-/Versäuerungsphase 

▸ Kleinere Moleküleinheiten werden zu niedermolekularen Säuren 

abgebaut 

▸ Zucker, Fette, Proteine werden versäuert 

▸ Unterschiedliche Bakterienstämme zersetzen unterschiedliche 

Substarte 


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Acidogenese 

▸ Entstehung von Essigsäure, Milchsäure, Buttersäure 

▸ Unerwünschte Nebenprodukte: Alkohole, Kohlendioxid 

▸ Kann zeitgleich mit Hydrolyse stattfinden 

▸ Bei Übersäuerung kommt Anlage zum Erliegen 

(Valeriansäure, Capronsäure) 


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Acetogenese 

▸ Acetogenese = spezifische Säurebildung 

▸ Umwandlung in Essigsäure 

▸ Nebenprodukte: Wasserstoff, Kohlendioixid 

▸ Geschieht häufig im Nachgärer aufgrund 

der Bakterienkulturen 

▸ Bakterien werden als „acetogene Mikroorganismen“ 

bezeichnet 


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Acetogenese 

▸ Acetogenese und Methanogenese müssen zusammen stattfinden 

▸ Wasserstoff ist schädlich für acetogene Bakterien, 

wird bei der Methanogenese benötigt um Methan zu produzieren 

▸ Bakterienkulturen halten sich somit gegenseitig „am leben“ 


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Methanogenese 

▸ Methanogenese = Umsetzungsphase 

▸ Bildung von Methan durch methanogene Bakterien 

▸ Methanogene Bakterien sind auf Wasserstoff angewiesen 

▸ 30% Methanbildung aus den Nebenprodukten 

▸ 70% Methanbildung aus den Produkten der Acetogenese 


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Methanogenese 

▸ Wasserstoffverwertende Methode (hydrogenotroph): 

- CO 2 + 4H 2 ⇒ CH 4 + 2H 2 O 

▸ Verarbeitung der vorherigen Nebenprodukte 

▸ Neue Anlagen verarbeiten Nebenprodukte bis zu 99% 

▸ Nebenprodukt: 2H 2 O 


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Methanogenese 

▸ Essigsäurespaltende Methode (acetoklastisch): 

- CH 3 COOH ⇒ CH 4 + CO 2 

▸ Essigsäure wird durch Bakterien aufgespalten 

▸ Nebenprodukt: CO 2 

Restena.lu 


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Biogas-Netzeinspeisung.at 


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▸ Mangelnde Überwachung während des Betriebes 

▸ § 26 BimschG, Messungen aus besonderem Anlass 

⇒ Kontrolle bei Verdacht auf Umwelteinwirkungen 

▸ Leckage von 1m 3 pro h bedeutet Verlust von 3500€ pro Jahr 

▸ Biogasanlagen sind selten zu 100% dicht 


43

Onmitan.de 


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Zusätzliche Zahlungen 

▸ Formaldehydbonus = 1 Cent/kWh 

→ Einhaltung der TA-Luft 

▸ KWK-Bonus = 3 Cent/kWh 

→ Abschaffung 2012 

→ KWK ist ab 2012 verpflichtend 


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Zusätzliche Zahlungen 

▸ Energiepflanzenprämie 

▸ Dieselrückvergütung = 21,48 Cent/Liter 

▸ EU- Flächenprämie = 360 €/ha 

▸ Blühstreifenförderprogramm = 800 €- 1000 € je ha 

▸ Pfluglosbearbeitung 


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Masterguard.at 


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Biogas - Karl Betz

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