5_2019 Leseprobe

www.biogas.org Fachverband Biogas e.V. | ZKZ 50073 | 22. Jahrgang 5_2019
BI
GAS Journal
Das Fachmagazin der Biogas-Branche
Branchenzahlen
2018 und 2019 S. 56
Hochlastfaulung reduziert
Verweilzeit S. 86
Der Flexdeckel ist
ausgeschöpft S. 110
TOPTHEMA: Gärdüngeraufbereitung
Fachverband Biogas e.V, Angerbrunnenstr. 12, 85356 Freising
ZKZ 50073, PVSt, DPAG, Entgelt bezahlt 93##
bigbenreklamebureau GmbH
Frau Scho Schomacker
An der Surheide 29
28870 Ottersberg Fischerhude
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INHALT
BIOGAS JOURNAL | 5_2019
12
24
EDITORIAL
3 Heißer Sommer! Heißer Herbst?
Von Dr. Stefan Rauh, Geschäftsführer
des Fachverbandes Biogas e.V.
AKTUELLES
6 Meldungen
8 Bücher & Termine
10 Biogas-Kids
12 „Bunte Biomasse“ soll Mais ersetzen
Von Dipl.-Ing. agr. (FH) Martin Bensmann
16 Programmübersicht
BIOGAS Convention & Trade Fair vom
10. bis 12. Dezember in Nürnberg
POLITIK
22 Neuer Schwung für Grünes Gas: Eine
Zukunftsoption für die Biogasbranche?!
Von Sandra Rostek und Dr. Guido Ehrhardt
TOPTHEMA
Gärdüngeraufbereitung
24 Separation: Fest-Flüssig-Trennung
in allen Leistungsklassen
Von Thomas Gaul
34 Gärdüngeraufbereitung wird
Dampf gemacht
Von Dipl.-Journ. Wolfgang Rudolph
40 Phosphor zurück in den Kreislauf!
Von Dierk Jensen
PRAXIS
48 Noch neuralgische Punkte abarbeiten
Von Dierk Jensen
52 Praxistest: Gasproduktion gezielt
über Fütterung steuern
Von Dipl.-Ing. · Dipl.-Journ. Martina Bräsel
56 Branchenzahlen: aktuelle Entwicklungen
und Prognose für 2019
Von Dipl.-Ing. agr. (FH) Manuel Maciejczyk
60 Schrägrinnentest prüft Enzymwirkung
Von Dr. Ing. Matthias Gerhardt
und Vincent Pelenc
64 Elektrobus-Quote kein Allheilmittel
Von Dipl.-Ing. · Dipl.-Journ. Martina Bräsel
Beilagenhinweis:
Das Biogas Journal enthält Beilagen
der Firmen agrikomp, HR Energiemanagement,
IBBK, Pronova, UNION Instruments und
des Fachverbandes Biogas.
4

BIOGAS JOURNAL | 5_2019
INHALT
TITELFOTO: THOMAS GAUL I FOTOS: MARTIN BENSMANN, JÖRG BÖTHLING, GABRIELE HAJOK/HURTIGRUTEN, FACHVERBAND BIOGAS E.V.
68 106
68 Grüne Kreuzfahrt: Biogas statt Schweröl
Von Dipl.-Ing. · Dipl.-Journ. Martina Bräsel
72 Anlagen des Monats Juli & August
74 Öko-Kiez nimmt alle Hürden
Von Christian Dany
82 Neue Lehrkonzepte in der
Schulungssaison 2019/2020
Von Dipl.-Wirts.-Ing. (FH) Marion Wiesheu
WISSENSCHAFT
86 Mehr Gas bei geringerer Verweilzeit
Von Dipl.-Ing · Dipl.-Journ. Martina Bräsel
90 Forschung, die ankommt: Wegweisende
Biogas-Projekte in der Zuse-Gemeinschaft
Von Alexander Knebel
INTERNATIONAL
94 Klimawandel- und Energiewendekongress
in der Karibik
Von Frank Hofmann
VERBAND
Aus der Geschäftsstelle
96 Zeit für Entscheidungen
Von Dr. Stefan Rauh und
Dipl.-Ing. agr. (FH) Manuel Maciejczyk
100 Aus den Regionalgruppen
102 Aus den Regionalbüros
104 Sozial gerechte CO 2
-Bepreisung
bald einführen
Von Dr. Simone Peter, BEE
106 Impressionen der Dreharbeiten mit
dem Hackl Schorsch
107 Unser Beitrag
RECHT
108 Biomethan – Anlagen mit ungewisser
Zukunft?
Von Dr. Helmut Loibl
110 Flexibilitätsprämie – der Countdown läuft
Von René Walter und Dr. Andrea Bauer
PRODUKTNEWS
112 Produktnews
114 Impressum
5

PRAXIS / TITEL
BIOGAS JOURNAL | 5_2019
Gärdüngeraufbereitung
wird Dampf gemacht
Das Eindampfen von Gärprodukten bei gleichzeitiger Veredlung eines Teilstroms zu hochwertigem
ASL-Dünger in Vakuum-Verdampfungsanlagen ist eine Option für die Verbesserung
der Anlageneffizienz.
Von Dipl.-Journ. Wolfgang Rudolph
Betriebsteilleiter
Philipp Berns (links)
im Gespräch mit
Rohstoffmanager
Christian Podritzke vor
der Annahmehalle der
Abfallbiogasanlage.
Für Philipp Berns, Betriebsleiter der Abfallbiogasanlage
im thüringischen Bad Köstritz,
liegen die Vorteile klar auf der Hand. „Jeder
Kubikmeter reines Wasser, den wir durch den
Betrieb des Vakuumverdampfers in die Atmosphäre
abgeben, nutzt der Umwelt und bringt uns 6 bis
7 Euro“, sagt der 38-Jährige. Der Mehrerlös ergebe sich
zum einen durch die Nutzung der Wärme, da dieser Teil
der thermischen Energie sonst heruntergekühlt werden
müsste, zum anderen durch den damit verbundenen
KWK-Bonus bei der Stromeinspeisung nach dem wErneuerbare-Energien-Gesetz
und schließlich durch die
Verringerung der Kosten, die das kooperierende Lohnunternehmen
pro Kubikmeter als Arbeitsleistung für
die Ausbringung flüssiger Gärdünger auf Agrarflächen
in Rechnung stellt.
Nicht von der Hand zu weisen ist wohl auch der Effekt
einer positiven Außenwirkung des Unternehmens.
Schließlich verwertet die Anlage große Mengen Bioabfall
zu erneuerbarer Energie und Dünger für die Landwirtschaft.
Um die verdorbenen Lebensmittel aus den
Verpackungen herauszuwaschen und das Gärsubstrat
aufzubereiten, wird viel Flüssigkeit benötigt. Dennoch
bezieht die Anlage dafür – abgesehen von geringen
Mengen zum Reinigen der gewerblichen Biotonnen –
kein Wasser aus dem Leitungsnetz oder einem offenen
Gewässer. Und es verbleibt auch kein Abwasser. Eine
FOTOS: CARMEN RUDOLPH
wichtige Rolle bei dieser ressourcenschonenden Arbeitsweise
spielt die seit November 2018 betriebene
Vakuumverdampfungsanlage, die, dank eines technologischen
Tricks, selbst sehr energiesparend arbeitet.
Flüssiger Gärdünger dient als
Waschflüssigkeit
Welche Funktion das Verdampfungssystem im Gesamtprozess
hat, wird beim Blick auf die Stoffflüsse
deutlich. Die von der Potsdamer Danpower Gruppe
(100-prozentige Tochter der Stadtwerke Hannover)
betriebene Biogasanlage im Bad Köstritzer Gewerbegebiet
Heinrichshall verarbeitet jährlich bis zu 60.000
Tonnen (t) verpackte und unverpackte Bioabfälle aus
der Lebensmittelindustrie und Gastronomie.
Bedingt durch den meist hohen Feuchtegehalt des
angelieferten Inputs ist auch das ausgegorene Material
nach der Biogasproduktion in einem Pfefferkorn-
Fermenter sehr dünnflüssig. Zwei Separatoren pressen
daraus stündlich 60 Kubikmeter (m³) Flüssigkeit. „Die
Separatoren sind sehr straff eingestellt“, sagt Berns
bei einem Betriebsrundgang. Dies sei zum einen notwendig,
weil die verbleibende feste Fraktion wegen der
darin enthaltenen Verpackungsschnipsel in die Verbrennung
geht und dafür möglichst trocken sein muss.
Zum anderen wird die abgepresste Flüssigkeit als
Prozesswasser zum Auswaschen der organischen Abfälle
aus den zuvor geschredderten Verpackungen gebraucht.
Das dabei entstehende Gemisch aus bioaktivem
Waschwasser und den Verpackungsinhalten bildet
zugleich die „Grundrezeptur“ des flüssigen Gärsubstrats,
dem gegebenenfalls weitere unverpackte Bioabfälle
zugesetzt werden.
Der Bedarf an Waschwasser schwankt je nach Zusammensetzung
des angelieferten Inputs. Was darüber
hinaus an Prozesswasser anfällt, kommt als Flüssigdünger
auf umliegenden Ackerflächen zum Einsatz.
Da der Dünger von der Gütegemeinschaft Gärprodukte
(GGG) zertifiziert ist, findet er in der vieharmen Region
problemlos Abnehmer. Dennoch schlägt die Abholung
und Ausbringung durch ein Lohnunternehmen für den
Anlagenbetreiber wie eingangs beschrieben als Kostenfaktor
zu Buche.
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BIOGAS JOURNAL | 5_2019
PRAXIS / TITEL
Vom Annahmebunker (rechts unten) gehen die Bioabfälle in die Entpackungsanlage.
Das Auswaschen der geschredderten Kunststoffverpackungen erfolgt mit der abgepressten
Flüssigkeit aus den Separatoren für die Gärprodukte.
Anlieferung flüssiger Rückstände aus der Ernährungswirtschaft zur Einmischung in
das Substrat für die Abfallbiogasanlage. In dieser Halle betankt auch das Lohnunternehmen
seine Fahrzeuge mit flüssigem Gärprodukt, das in der Biogasanlage auch als
Prozesswasser dient.
Blick vom Dach des Pfefferkornfermenters der Abfallbiogasanlage
in Bad Köstritz auf den Nachgärer und die Annahmehalle für
Bioabfälle. In den schwarzen Containern befinden sich Biofilter
für die abgesaugte Hallenluft.
Anlieferung gewerblicher Bioabfälle aus Großküchen und
gastronomischen Einrichtungen in der Annahmehalle der
Biogasanlage.
Die Überwachung der Betriebsparameter
der Biogasanlage einschließlich der
Verdampfungsanlage kann auch über
Smartphone oder Tablet erfolgen.
Alle verwertbaren organischen Komponenten gelangen zunächst
in die Hygienisierung. Die Abtötung der potenziellen Krankheitserreger
über eine Stunde bei 70 Grad Celsius geschieht mit dem
geringstmöglichen Wärmeeinsatz.
Zwei straff eingestellte Separatoren pressen aus dem Gärprodukt stündlich 60 m³ Flüssigkeit,
von dem ein Teil als Prozesswasser zum Einsatz kommt und so in den Kreislauf zurückfließt.
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PRAXIS / TITEL
BIOGAS JOURNAL | 5_2019
Behälter für den produzierten ASL-Dünger (vorn) und für die Schwefelsäure zur Ammoniakbindung (Mitte)
sowie der Verdunstungskühler neben der Halle, in der sich der Vakuum-Verdampfer befindet.
Um den Geruchsstoff
Skatol (Ebergeruch)
aus dem im Vakuum-
Verdampfer erzeugten
Wasser zu eliminieren,
durchströmt das Destillat
vor der Verdunstung im
Kühlaggregat einen speziellen
Aktivkohlefilter.
Verdampfer ist Teil des
Wassermanagements
Um die bei der Abfallvergärung anfallende Flüssigkeitsmenge
zu reduzieren, entschloss man sich zur
Errichtung einer Vakuum-Verdampfungsanlage. Sie
nimmt pro Tag etwa 20,5 m³ Prozesswasser auf und
produziert daraus in zwei Verfahrensstufen 0,8 m³
Ammoniumsulfat-Lösung (ASL) für den Einsatz im
Pflanzenbau und 12,2 m³ reines Wasser. 7,5 m³ gehen
zurück in den Flüssigkeitskreislauf der Biogasanlage.
Das erzeugte Reinwasser wird mangels Möglichkeit zur
Einleitung in ein Gewässer über einen Verdunstungskühler
an die Atmosphäre abgegeben. Ein Teil der dabei
entstehenden Verdunstungskälte sorgt für die Kühlung
der Rohrschlangen, an denen sich der Brüdendampf
niederschlägt.
Nach Inbetriebnahme des Vakuum-Verdampfungssystems
stellte sich heraus, das über den Verdunstungskühler
Skatol (Ebergeruch) emittiert wird. Dieser Geruchsstoff
ist schon in geringsten Mengen unangenehm
wahrnehmbar. Die Lösung fand sich in Zusammenarbeit
mit dem Leipziger Institut für nichtklassische Chemie
in Form eines Filters mit spezieller Aktivkohle, den
jetzt das Wasser vor der Verdunstung passiert.
„Seitdem arbeitet die Vakuum-Verdampfungsanlage
zuverlässig und erfüllt alle Parameter“, bescheinigt
der Betriebsleiter. Allerdings wird das System nicht
auf Kante gefahren, um Störungen und dadurch mögliche
Geruchsemissionen von Ammoniak oder Skatol im
Sinne einer guten Nachbarschaft im Gewerbegebiet zu
vermeiden. In den nächsten Monaten soll die Leistung
weiter optimiert werden. Geplant ist zudem die Entwicklung
einer Vermarktungsstrategie für den hochwertigen
und ebenfalls GGG-zertifizierten ASL-Dünger. „Wir denken
da an die Abgabe von Kleinstmengen an Gärtnereien
oder Gartenvereine. An unserer Abfüllanlage wären
die Voraussetzungen dafür gegeben“, sagt Berns.
Das modulare Verdampfersystem des Herstellers MKR Metzger lässt sich in zwei Baugrößen
auf bis zu vier Stufen erweitern und kann so mit den Anforderungen mitwachsen.
FOTO: WERKBILD
Schwefelsäure wird erst dem Kondensat
zugegeben
„Bei unserem zweistufigen Verfahren erfolgt der Verdampfungsprozess
im Vakuum bei einer Temperatur
von 40 Grad Celsius bis 70 Grad Celsius“, erläutert
Christoph Kuntze von der Steffen Hartmann Recyclingtechnologien
GmbH (SHR), die das System entwickelt
und gebaut hat. Die Anlage in Bad Köstritz sei für eine
Destillationsleistung von 1.000 Litern Gärdünger pro
Stunde ausgelegt. Nach dem Erhitzen und dem Kondensieren
des Dampfes in der ersten Stufe verbleibt
Düngerkonzentrat und als Zwischenprodukt ammoniakhaltiges
Wasser. „Im Gegensatz zur landläufigen
Praxis, bei der die Gärdünger vor dem Verdampfen angesäuert
werden, um das Ammoniak als Ammoniumsulfat
zu binden, geben wir die Schwefelsäure erst dem
Kondensat zu“, informiert Kuntze.
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BIOGAS JOURNAL | 5_2019
PRAXIS / TITEL
Dadurch reduziere sich der Verbrauch an Schwefelsäure
erheblich. Denn im Gärdünger wirkten die organischen
Bestandteile als Puffer, was durch Zugabe großer
Säuremengen kompensiert werden müsse. Das Wasser-
Ammoniak-Destillat enthalte dagegen keine Puffer und
der Schwefelsäureverbrauch entspreche der umgesetzten
Ammoniakmenge. „Die aufkonzentrierte flüssige
Phase ist nicht sauer. Auch einer möglichen Bildung
von Schwefelwasserstoff wird mit dem neuen Verfahren
vorgebeugt“, nennt Kuntze einen weiteren Vorteil der
Technologie.
In einem zweiten Verfahrensschritt werde der etwa einprozentigen
Ammoniumsulfatlösung, die durch die Zugabe
von Schwefelsäure entstanden ist, mittels erneuter
Destillation Wasser entzogen und der ASL-Dünger
dadurch zu einer 40-prozentigen Lösung konzentriert.
Als Kondensat verbleibt klares Wasser. Das Besondere:
Die für das Eindampfen der AS-Lösung notwendige
thermische Energie stammt aus der Kondensationsenergie,
die beim Abkühlen des aus dem Gärdünger
aufsteigenden Brüdendampfes abgegeben wird, also
aus der ersten Stufe.
„Das funktioniert, weil der Siedepunkt des Wassers mit
abnehmendem Druck sinkt. Die zweite Phase erfolgt
in einem höheren Vakuum“, beschreibt Kuntze das
Wirkprinzip. Das Wärmepotenzial aus der Biogasanlage
werde somit zwei Mal genutzt, zunächst für die Aufkonzentration
des Gärdüngers und anschließend, um eine
40-prozentige ASL zu erzeugen.
In den vergangenen Jahren sei das Verfahren weiterentwickelt
und dabei fast eine Halbierung des Primärenergieverbrauchs
erreicht worden. Das Einsatzgebiet des
verbesserten Anlagentyps sehen die Entwickler jedoch
eher im Bereich der Abwasseraufbereitung, unter anderem
wegen der relativ komplexen Steuerung für einen
optimalen Betrieb.
Hohe Anforderungen an die
Anlagensteuerung
Höhere Anforderungen an die Qualifikation des Bedienpersonals
bei dieser Methode der Volumenreduzierung
von Gärprodukten bestätigt Dr. Hans Oechsner, der für
die Universität Hohenheim forscht. Der Wissenschaftler
untersuchte im Auftrag der Fachagentur Nachwachsende
Rohstoffe (FNR) verschiedene Technologien zum
Wasserentzug im Zusammenhang mit der Biogasproduktion
und nahm dabei auch drei Vakuumtrockner mit
vorgeschalteten Pressschneckenseparatoren unter die
Lupe. „Diese Technologie macht meiner Einschätzung
nach nur für Betriebe Sinn, die einen dauernden Wärmeüberschuss
haben, auch im Winter“, so Oechsner.
Hinzu kämen spezielle Bedingungen, die eine Verbesserung
der Transportwürdigkeit der Gärprodukte für Anlagenbetreiber
wirtschaftlich interessant machen oder
aber zu entsprechenden Überlegungen zwingen. Dies
sei beispielsweise in Regionen mit zu hoher Viehdichte
und bei Problemen mit der Nährstofffracht der Fall.
Schweizer Verdampfungssystem
Bei einer Biogasanlage in Bersenbrück (Niedersachsen) mit einer installierten Leistung von
1,3 Megawatt installierter elektrischer Leistung fallen übers Jahr 30.000 t Gärprodukt an.
Nach deren mechanischer Separation wird die flüssige Separationsphase im Eindampfsystem
des Schweizer Herstellers Arnold & Partner AG in Wärmetauschern erhitzt und anschließend
unter Vakuum verdampft.
„Die mehrstufige Schaltung des Eindampfers vervielfacht die Verdampfungsleistung bei
gleichbleibendem Heizbedarf“, betont Geschäftsführer Oliver Arnold. Das Prinzip: Die ausgedampften
Brüden der ersten Stufe werden für die Beheizung der zweiten Stufe genutzt.
Die physikalische Grundlage dafür ist eine Absenkung des Druckes mittels Vakuumpumpe
in der jeweils nachfolgenden Verdampferstufe. Der Dampf der letzten Stufe kondensiert am
Luftkühler. Um eine Verflüchtigung des Ammoniaks zu verhindern, werde der pH-Wert der
Gärprodukte vor dem Eindampfen mittels Schwefelsäure gesenkt. Alle im Ausgangsprodukt
enthaltenen Nährstoffe fänden sich im eingedickten Konzentrat wieder. Somit würde eine maximale
Trennung von Flüssigkeit und Nährstoffen erreicht. Das Kondensat leite der Betreiber
ein. Die festen, flüssigen und aufkonzentrierten Gärprodukte kommen als Dünger zum Einsatz.
Eindampfanlage des Herstellers Arnold & Partner AG
in einer Biogasanlage in Bersenbrück.
Ebenso könne sie für Betriebe mit Abfallvergärung ein
Weg sein, um die Düngebilanz im Gleichgewicht zu
halten.
Die Veredlung mittels Vakuumverdampfung zu ASL-
Dünger ermögliche auf der anderen Seite bei erfolgreichem
Marketing eine hohe Wertschöpfung und verbessere
insgesamt die Akzeptanz von Gärprodukten. „Die
meisten Systeme wurden erst in jüngerer Zeit entwickelt
und arbeiten unterschiedlich effizient, insbesondere
hinsichtlich der Stickstofffracht. Betreiber sollten
das Verfahren nach der eigenen Zielsetzung auswählen
und Effizienzgarantien festlegen“, empfiehlt Oechsner.
Zu beachten sei beispielsweise, dass für die Lagerung
der Ammoniumsulfatlösung ein spezieller Lagertank
erforderlich ist. Ein wichtiges Kriterium für die Bewertung
der Arbeitsweise von Vakuumverdampfern
sei die angepasste Zudosierung von Schwefelsäure im
Prozessverlauf, um das freiwerdende Ammonium zu
binden und Stickstoffverluste zu vermeiden. Oft werde
vernachlässigt, dass auch Strom für den Betrieb der
Vakuumerzeuger und Pumpen erforderlich ist. An der
FNR-Studie zur Gärresttrocknung Interessierte können
sich direkt an Dr. Hans Oechsner wenden. (hans.oechsner@uni-hohenheim.de)
FOTO: WERKBILD
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PRAXIS / TITEL
BIOGAS JOURNAL | 5_2019
Die Verdampfungsanlage
in einer Halle der
Abfallbiogasanlage
Bad Köstritz ging im
November 2018 in den
Regelbetrieb.
Mehrstufige modulare Systeme können
mitwachsen
„Ein guter Richtwert für die Energieeffizienz von Vakuumverdampfern
ist der Energieverbrauch pro Kubikmeter
Wasserentzug aus dem Gärprodukt“, meint
Michael Köhnlechner von der MKR Metzger GmbH.
Das Unternehmen entwickelt und baut seit 1990
Verdampfer, seit 2013 auch für Betriebe, die Biogas
erzeugen. Bislang habe man in diesem Bereich 20
Anlagen errichtet, anfangs eher kleinere für landwirtschaftliche
Biogasanlagen in Veredlungsgebieten, jetzt
zunehmend mehrstufige Verdampfer insbesondere für
Verarbeiter von Bioabfällen. Häufige Beweggründe für
die Errichtung einer Gärproduktverdampfung seien die
Entlastung der Lagerkapazität durch Volumenreduzierung,
eine ganzjährige Wärmenutzung und die damit
einhergehende Sicherung des KWK-Bonus. Darüber hinaus
werde von den Auftraggebern eine Verbesserung
der Transportwürdigkeit, aber auch die Schonung des
Ackerbodens durch größere zeitliche Abstände bei der
Nährstoffausbringung in konzentrierter Form sowie ein
leichteres Nährstoffmanagement im Zusammenhang
mit der Düngeverordnung angestrebt. Als weiteres Motiv
werde die Vorbereitung auf einen wirtschaftlichen
Betrieb nach dem Auslaufen des EEG genannt.
Letztlich gehe es immer darum, mit möglichst geringem
Energieeinsatz möglichst viel Gärprodukt zu reduzieren.
Als Lösung biete MKR Metzger dafür ein auf bis zu vier
Stufen erweiterbares modulares Verdampfersystem in
zwei Baugrößen mit einer Wärmeaufnahme von bis zu
180 Kilowatt (kW th
) thermisch beziehungsweise bis zu
600 kWth und einer Destillaterzeugung von 5.000 bis
20.000 m³ pro Jahr. Der modulare Aufbau ermögliche
ein Mitwachsen der Anlage mit den Gegebenheiten und
Anforderungen, beispielsweise zwei Stufen beim Start
und eine spätere Erweiterung auf vier Stufen.
Je größer das System, desto wirtschaftlicher könne es
im Hinblick auf den Energieeinsatz betrieben werden.
❍ Trockensubstanzgehalt von bis zu 29%
❍ Reduzierung TS-Gehalt der Rohgülle, dadurch:
geringere Stromaufnahmen an Rührwerken und
Pumpen, einfachere Ausbringung und mögliche
Verregnung
Mobile Separation von Gärresten
❍ Hohe Durchsatzleistuns von ca. 25m 3 /h
❍ Reduzierung der Geruchsbelästigung
❍ Geringer lnstandhaltungs- und Wartungsaufwand
❍ Geringer Energieverbrauch
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38

BIOGAS JOURNAL | 5_2019
PRAXIS / TITEL
„Unsere große dreistufige Verdampferanlage braucht im
Schnitt 500 kW Wärme und 25 kW Strom. Sie produziert
im Jahr aus rund 30.000 m³ Gärprodukt 15.000
m³ einleitungsfähiges Wasser und außerdem neben
eingedicktem Gärprodukt zirka 800 t schwebstofffreien
ASL-Dünger“, nennt Köhnlechner ein Beispiel.
Zu den jüngsten Innovationen des Unternehmens gehöre
die pH-Wert-Anhebung der ASL. Diese sei beim
Verlassen des Verdampfers relativ sauer, was die
Handhabung erschwere und die Pflanzenverträglichkeit
mindere. Manche Hersteller würden dem durch
basisch reagierende Zuschlagstoffe entgegenwirken.
MKR Metzger habe jetzt einen verfahrenstechnischen
Weg gefunden, um den pH-Wert auf ein pflanzenverträgliches
Maß anzuheben. Der ASL-Dünger gewinne
dadurch an Marktwert.
Die neueste Verdampfungsanlage werde gegenwärtig
auf dem Betriebshof der MKR Metzger in Monheim
für den Versand zusammengestellt. Sie sei für einen
Schweinezuchtbetrieb mit Biogasanlage im Landkreis
Rotenburg (Wümme) bestimmt. „Dort wird unser Vakuumverdampfer
einem Bandtrockner vorgeschaltet. Da
der Trockner dann mit bereits eingedicktem Gärprodukt
arbeitet, verdoppelt sich seine Leistung. Und zusätzlich
entsteht marktfähiger ASL-Dünger“, informiert
Köhnlechner.
Die separierte feste Fraktion des Gärprodukts geht wegen der darin
noch enthaltenen Verpackungsschnipsel in die Verbrennung.
Autor
Dipl.-Journ. Wolfgang Rudolph
Freier Fachjournalist
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PRAXIS
BIOGAS JOURNAL | 5_2019
Öko-Kiez
nimmt
alle
Hürden
FOTO: MÖCKERNKIEZ EG
Da war die Freude
groß: Nach über einem
Jahr Stillstand und
Unsicherheit gingen
2016 die Bauarbeiten
wieder weiter!
Deutschlands größtes genossenschaftliches Wohnbauprojekt setzt auf Biogas: Der Berliner
Möckernkiez wird von der Naturstrom AG als Contractor mit Wärme und Mieterstrom aus
einem Biomethan-Blockheizkraftwerk versorgt. In der Bauphase stand das Projekt schon
auf der Kippe und auch das Energiekonzept war nicht leicht umzusetzen.
Von Christian Dany
Wer von der Yorckstraße zum Möckernkiez
in Berlin-Kreuzberg kommt, sieht
auf den ersten Blick einen neuen,
aber irgendwie ganz normalen Großstadt-Häuserblock.
Auf den zweiten
Blick wird das Öko-Ambiente deutlich: Schilder und
Sonnenschirme eines Bio-Supermarktes dominieren
die östliche Seite. Weiter westlich stehen zwei Naturstrom-Ladesäulen
für Elektroautos. Hier geht es eine
„Neue Wohnungsinteressenten müssen
einen Horizont von drei bis fünf Jahren
mitbringen“
Frank Nitzsche
breite Treppe hinauf, durch das Gebäude durch und
man steht im Innenhof; mittendrin im Möckernkiez,
Deutschlands größtem genossenschaftlichen Wohnprojekt.
Der zentrale Platz, die autofreie Erschließungsstraße
und sämtliche Gebäude – das alles gehört hier
der von Bürgern gegründeten „Möckernkiez Genossenschaft
für selbstverwaltetes, soziales und ökologisches
Wohnen eG“.
Im Haus Nr. 4 in der Südwestecke schlägt gewissermaßen
das „Doppelherz“ des Möckernkiezes: Unten im
Keller liegt die Energiezentrale, die den Kiez mit Wärme
und einen Teil davon auch mit Strom versorgt, im
Erdgeschoss die Geschäftsstelle der Genossenschaft.
Hier hat Vorstand Frank Nitzsche sein Büro, der über
das Projekt und dessen Werdegang erzählt: „Seit August
letzten Jahres sind jetzt alle der 471 Wohnungen
bezogen.“
Der Mix reiche von der Einraumwohnung bis zur Sieben-Zimmer-WG.
Dementsprechend bunt gemischt sei
auch die knapp tausendköpfige Bewohnerschaft. Auf
Miteinander und gelebte Nachbarschaft werde großen
Wert gelegt. Es gebe hier eine Kita, eine Werkstatt,
ein Café und einen Veranstaltungsraum, zudem einige
Läden und Praxen. „Neue Wohnungsinteressenten
müssen einen Horizont von drei bis fünf Jahren mitbringen“,
sagt Nitzsche. Die Möckernkiez eG hat jetzt
2.200 Mitglieder. Das zeigt die hohe Nachfrage, die
das Angebot bei weitem übersteigt. Genossen, die
74

FOTOS: CHRISTIAN DANY
BIOGAS JOURNAL | 5_2019
Szene im Kiez: Gelebte
Nachbarschaft! Der
Flachbau vorne dient
der Gemeinschaft,
im Hintergrund ein
Wohngebäude.
PRAXIS
Visuelle
Kontrolle Ihrer
Biogas-Produktion
Lumiglas optimiert Ihren
Biogas-Prozess
• Fernbeobachtung mit dem
Lumiglas Ex-Kamera-System
• Lokale oder globale Paketlösungen
schaffen kostengünstig Sicherheit
eine Wohnung beziehen, zahlen anteilige
Errichtungskosten von 920 Euro pro Quadratmeter
(m²). Die Nettokaltmiete beträgt
zwischen 8,62 und 13,04 Euro je m².
Neubaumieten liegen in Berlin sonst oft
zwischen 16 und 20 Euro. „Ein Genossenschaftsanteil
kostet 500 Euro, zwei
sind Pflicht für die Mitgliedschaft. Die
Obergrenze liegt bei 600.000 Euro“, erläutert
Nitzsche. Gewinnerzielung sei aber
nicht die Motivation der Genossen: In den
nächsten fünf Jahren sei eine Ausschüttung
Tabu.
Die Geschichte des Möckernkiezes liest
sich wie ein Stück aus dem Lehrbuch für
Graswurzelbewegungen: „Anonyme Investoren
oder wir?“ – Flugblätter mit dieser
provokanten Frage machten 2007 beim
Straßenfest in der nahen Hornstraße die
Runde. Die Initiatoren blieben dran und
schon bald ergab sich die Chance, ein
Grundstück beim Park am Gleisdreieck zu
kaufen. Auch das Areal des heutigen Möckernkiezes
gehörte früher zum Anhalter
Güterbahnhof.
Baupause – Finanzierung
wackelte
2009 wurde die Genossenschaft gegründet,
die dann das 30.000 m² große
Grundstück von einer Tochterfirma des
Bundeseisenbahnvermögens erwarb. Den
Grunderwerb finanzierten die Genossen
komplett und auch den Bau noch zu einem
Drittel mit Eigenkapital. Allerdings hatten
sie hart um die Verwirklichung ihres Wohntraumes
zu kämpfen: Ab November 2014
stand der Bau über ein Jahr lang still wegen
nicht gesicherter Finanzierung.
Es mussten ein neuer Vorstand gewählt,
die Mieten erhöht und Mitgliederdarlehn
eingeworben werden, ehe im Juni 2016
die Bauarbeiten wieder aufgenommen
werden konnten. Zwei Teil-Grundstücke
für ein Kultur-Pavillon und ein Hotel wurden
an einen Bauträger weiterverkauft. Als
selbstverwaltete Genossenschaft wollte
sich die Möckernkiez eG mit einer klaren
ökosozialen Ausrichtung abheben: Alle 14
fünfstöckigen Wohnhäuser sind nach KfW-
40-Standard gebaut.
Die Energie sollte möglichst vor Ort mit
erneuerbaren Ressourcen erzeugt werden
und der Primärenergiefaktor (PEF) unter
0,25 liegen. „Wir hatten den Auftrag,
Kosteneinsparungen zu realisieren. So ist
die Idee der Wärmerückgewinnung aus Abwasser
aufgekommen“, schildert Nitzsche.
Hierzu wäre eine teure Wärmepumpe nötig
gewesen und der PEF über das selbst gesteckte
Limit gestiegen, weshalb die Idee
scheiterte.
Energie-Contracting mit
Naturstrom AG
So blieb die Kraft-Wärme-Kopplung unabdingbar.
Die Energieversorgung in Eigenregie
umzusetzen, stellte sich jedoch
als unrealistisch heraus: „Wir haben das
Know-how hierfür nicht. Ein eigener Mitarbeiter
für die Energieversorgung wäre
nötig gewesen. Deshalb sollte das in die
Hände eines Unternehmens gelegt werden,
das sowas alltäglich macht“, so der
Betriebswirt. Bei der Ausschreibung fürs
Contracting bekam die Naturstrom AG den
Zuschlag. Der Ökostromanbieter hat sich
in den vergangenen Jahren mit mehreren
Projekten zu einem Spezialisten für ökologisches
Contracting entwickelt.
„Unser Konzept stimmt gut mit der selbst
auferlegten ökosozialen DNA der Möckern-
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PRAXIS
BIOGAS JOURNAL | 5_2019
Links:
Frank Nitzsche, einer
von zwei Genossenschafts-Vorständen.
Rechts:
Der Möckernkiez von
einer Dachterrasse
gesehen – mit
Photovoltaik auf den
Flachdächern.
kiez eG überein“, sagt Maximilian Seget. Der Projektingenieur
für urbane Quartierskonzepte bei Naturstrom
erklärt im Kellerraum das Energiesystem: „Wenn alle
Wohnungen und Ladenlokale vermietet sind, wird der
Wärmebedarf des Areals laut Planzahlen bei rund 2
Millionen (Mio.) Kilowattstunden (kWh) pro Jahr liegen.
Außerdem werden die Mieter jährlich rund 1,5
Mio. kWh Strom benötigen.“
Die Zahlen zeigten schon den spezifisch sehr niedrigen
Wärmebedarf. Erzeugt werde die Wärme von einem
Biomethan-Blockheizkraftwerk (BHKW) mit 143 Kilowatt
(kW) elektrischer und 215 kW thermischer Leistung
sowie mit einem Gas-Spitzenlastkessel mit 1.300
kW thermischer Leistung. Die Energiezentrale enthalte
noch einen vierteiligen, insgesamt 12 Kubikmeter fassenden
Pufferspeicher. Naturstrom habe auch das 600
Meter lange Nahwärmenetz durch den Kiez verlegt.
Energiezentrale und Wärmenetz würden über Online-
Fernüberwachung betrieben. Das Unternehmen habe
somit ständig alle Daten unter Kontrolle.
Biomethan aus Rest- und Abfallstoffen
Naturstrom bezieht das Biomethan direkt von den
Betreibern der Biogasaufbereitungsanlagen. Seget
zufolge sei das ausschließlich Gas aus Rest- und Abfallstoffen.
Zu den Lieferanten gehörten zum Beispiel
die Klärwerke Hamburg. Weitere zwei Biogasanlagen
lägen in Brandenburg und Mecklenburg-Vorpommern.
Genauer will der Energietechniker aber nicht werden.
Naturstrom bietet deutschlandweit drei Biogas-Tarife
an: mit 10, 20 und 100 Prozent Biomethan. Im Möckernkiez
bekommt der Gaskessel einen 10-Prozent-
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BIOGAS JOURNAL | 5_2019
PRAXIS
anteil. Seget: „Unser Mindestanspruch!“ Das BHKW
wird mit 100 Prozent Biomethan nach EEG betrieben:
Strom, der nicht vor Ort genutzt werden kann, wird ins
öffentliche Netz eingespeist zu einem EEG-Tarif von
zirka 13 Cent/kWh.
Der Biomethanpreis liegt bei knapp über 6 Cent/kWh.
„Der EEG-Tarif stützt sozusagen den Wärmepreis“,
klärt Seget auf. Den genauen Preis pro kWh wollen aber
weder Seget noch Nitzsche nennen. Der Genossenschaftsvorstand
verweist auf eine Verschwiegenheitsklausel
und verrät so viel: „Die Preise sind indexiert mit
zehn Jahren Vertragslaufzeit.“
Kombination: Mieter- und Netzstrom
„Quartierskonzepte, Arealnetze – das geht bei der Wärme
wunderbar, mit dem Strom aber nicht so leicht“,
klagt Seget. Die Naturstrom AG hat sich nämlich mit
ihrem Konzept der großen Herausforderung gestellt,
die Mieter auch mit dem vor Ort erzeugten Strom direkt
zu versorgen: mit Mieterstrom, einer Kombination aus
lokal erzeugtem Ökostrom und Zusatzstrom aus dem
Netz. Bei Letzterem liefert Naturstrom 100 Prozent
Wasserkraftstrom aus Deutschland. „Je höher der Anteil
an Vor-Ort-Strom, desto günstiger“, erläutert der
Möckernkiez-Energiemanager, „und desto planbarer,
denn die Kosten des lokalen Stroms sind auf 20 Jahre
vorhersehbar. Das macht Mieterstrom gleich doppelt
attraktiv.“ Um möglichst viel günstigen Vor-Ort-Strom
nutzen zu können, hat die Naturstrom AG auf fünf Gebäuden
im Möckernkiez Photovoltaikanlagen mit 135
kW Gesamtleistung errichtet. Der Direktlieferung von
lokal erzeugtem Strom sind in der Wohnungswirtschaft
Links:
Plan vom Möckernkiez
Rechts:
Maximilan Seget,
Projektingenieur bei
der Naturstrom AG und
Energiemanager für
den Kiez.
+++ WIEDER VERFÜGBAR +++ WIEDER VERFÜGBAR +++ WIEDER VERFÜGBAR +++
BERU / FEDERAL MOGUL
18GZ47 - FBM80WPNS
77

PRAXIS
BIOGAS JOURNAL | 5_2019
BHKW und Gaskessel: Biomethan-Konsumenten! 100 % für das BHKW
und 10 % für den Gaskessel im Vordergrund.
Pufferspeicher: 4-teilig, 12.000 Liter fassend - mit dem Pufferspeicher-System
können einerseits Wärmelast-Spitzen bedient werden, andererseits muss das
BHKW in Schwachlastzeiten nicht so oft takten.
Kundenanlage und Wettbewerb
Um in begrenztem Umfang und Gebiet dezentrale
Versorgungsstrukturen unabhängig vom öffentlichen
Netz zu ermöglichen, definiert das Energiewirtschaftsgesetz
seit 2011 den Begriff der Kundenanlage.
§3 Nr. 24a EnWG beschreibt diesen von der
schwierigen energierechtlichen Regulierung ausgenommenen
Typus wie folgt:
Energieanlagen zur Abgabe von Energie,
a. die sich auf einem räumlich zusammengehörenden
Gebiet befinden,
b. mit einem Energieversorgungsnetz oder mit
einer Erzeugungsanlage verbunden sind,
c. für die Sicherstellung eines wirksamen und
unverfälschten Wettbewerbs bei der Versorgung
mit Elektrizität und Gas unbedeutend sind und
d. jedermann zum Zwecke der Belieferung der
angeschlossenen Letztverbraucher im Wege
der Durchleitung unabhängig von der Wahl des
Energielieferanten diskriminierungsfrei und
unentgeltlich zur Verfügung gestellt werden.
§ 3 Nr. 24b EnWG definiert Kundenanlagen zur betrieblichen
Eigenversorgung sehr ähnlich. Der vorgenanne
Punkt c) entspricht einem wichtigen Ziel
des EnWG, das auch in §1 festgehalten ist. Damit
dieses erfüllt ist, muss die Anlage wettbewerblich
unbedeutend sein, was wiederum von den Merkmalen
„räumliche Ausdehnung“, „Menge durchgeleiteter
Energie“ und „Anzahl der angeschlossenen
Letztverbraucher“ abhängt. Bei Letzterem verweist
die Rechtsprechung entweder auf eine Stellungnahme
der Bundesnetzagentur oder die Auffassung
des Kammergerichts Berlin, wonach eine Anzahl von
deutlich über 100 Wohnungen (BNA) respektive bereits
90 Wohnungen (KG Berlin) gegen die Annahme
einer Kundenanlage spricht.
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Partner in Nürnberg sieht bei einer Verbreitung autarker
Versorgungsysteme mit Kundenanlagen „die
Gefahr der Entstehung einer Zwei-Klassen-Gesellschaft
in Bezug auf Preise und Versorgungsqualität:
die Verbrauchergruppe der Prosumer mit modernen,
dezentralen Systemen auf der Gewinnerseite und
die Verbrauchergruppe der klassischen Letztverbraucher,
die über das Netz der allgemeinen Versorgung
aus zentralen, großen Erzeugungsanlagen
(Offshore-Wind, Atomkraft, Wasserkraft) versorgt
werden, auf der Verliererseite.“
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BIOGAS JOURNAL | 5_2019
PRAXIS
aber energierechtlich strenge Grenzen gesetzt: Zwar
können kleine Arealnetze als „Kundenanlagen“ von der
Regulierung ausgenommen werden. Wegen des Arguments
der Wettbewerbssicherung dürfen an diese aber
nicht mehr als 100 Wohnungen angeschlossen sein
(siehe Kasten). „Die Verteilnetzbetreiber sehen das als
Konkurrenz, doch für die dezentrale Energiewende ist
es ´ne echte Hürde“, meint Seget.
Günstiger Strompreis
Naturstrom löste das Problem so: Jedes Haus mit
PV-Anlage wird als eigene Kundenanlage mit einem
Summenzähler ausgestattet. Eine weitere Kundenanlage
sind drei Gebäude, die durch das BHKW versorgt
werden, die mit Stromleitungen verbunden sind und
in denen sich auch Gewerbeeinheiten befinden. Die
restlichen sechs Häuser im Kiez beziehen rein physikalisch
betrachtet Netzstrom. Aus Solidaritätsgründen
bekommen jedoch alle den gleichen Tarif: den „MöckernStrom“.
Dieser kostet 25,45 Cent/kWh plus eine
Grundgebühr von 8,75 Euro pro Monat und liegt damit
preislich rund 15 Prozent unter dem Grundversorgungstarif,
der in Berlin mit circa 30 Cent je kWh zu Buche
schlägt. An Umlagen und Abgaben entfallen beim Mieterstrom
die Konzessionsabgabe an die Kommune, die
Stromsteuer, die Netzentgelte sowie netzseitige Umlagen,
vor allem die Offshore- und die KWK-Gesetz-
Umlage. Allerdings muss die volle EEG-Umlage gezahlt
werden, da bei Stromerzeuger und -verbraucher keine
Personenidentität vorliegt.
Der direkt verbrauchte PV-Strom wird mit dem im
EEG verankerten Mieterstrom-Zuschlag gefördert, der
KWK-Strom dagegen nicht! Mit den Kürzungen der PV-
Einspeisevergütungen wurden zuletzt aber auch diese
Zuschläge zusammengestrichen. Bei weiter sinkender
EEG-Vergütung tendieren die Zuschläge für Anlagen
über 40 kW gegen null. Für kleinere Anlagen liegen sie
jetzt unter 2,0 Cent pro kWh.
Mieterstrom: bundesweit geringe Nachfrage
Der vereinbarte Preis für Mieterstrom darf 90 Prozent
des im jeweiligen Netzgebiet geltenden Grundversor-
Technik in der
Energiezentrale: die
zentrale Trinkwasseraufbereitung
links und
rechts die Wärmeübergabestation
für das
Gebäude.
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PRAXIS
BIOGAS JOURNAL | 5_2019
Energiewende-Generalunternehmer
Auf dem Areal gibt es 2.000 Fahrrad-Stellplätze.
Die Kiezgenossen sind typische Radfahrer!
Als Ökostromanbieter ist die Naturstrom AG einer
der Pioniere in Deutschland. Das Unternehmen, das
im Jahr 1998 gegründet wurde und mittlerweile 320
Mitarbeiter und über 250.000 Kunden hat, ist zur
Naturstrom-Gruppe herangewachsen, denn es ist
noch auf anderen Gebieten der Energiewende aktiv:
Über 25.000 Kunden beziehen Biogas-Produkte
von Naturstrom. Durch den in allen Ökostrom- und
Biogastarifen enthaltenen festen Förderbetrag
werden bundesweit Erneuerbare-Energien-Projekte
geplant, finanziert, gebaut und betrieben.
Als Projektentwickler und Anlagenbetreiber ist das
Unternehmen mit Sitz in Düsseldorf und zwölf weiteren
Standorten in Deutschland auch auf lokaler
Ebene tätig: In mehreren ländlichen Kommunen
wurden Nahwärmenetze verlegt, um Haushalte,
Unternehmen und öffentliche Einrichtungen mit
Ökowärme aus Pellets, Holzhackschnitzeln sowie
Solarthermie zu versorgen. In Städten entwickelt
der Öko-Energieversorger urbane Quartierskonzepte.
Unter anderem betreibt er Biomethan-BHKW, die
Wärme und Strom direkt aus dem Heizungskeller an
die Verbraucher im Haus liefern. Rund 40 Mieterstrom-Projekte,
entweder nur mit Photovoltaik oder
mit BHKW kombiniert, wurden schon umgesetzt.
www.naturstrom.de
gungstarifs nicht übersteigen (§ 42a Absatz
4 EnWG). Scharfes Limit hier, marginale
Förderung dort – das hat dazu geführt,
dass der oftmals mit großem Getöse propagierte
Mieterstrom bislang die Erwartungen
nicht erfüllen konnte: In anderthalb
Jahren seit Förderbeginn Mitte 2017 wurden
bei der Bundesnetzagentur nur 430
Mieterstrom-PV-Anlagen gemeldet mit 9,5
Megawatt (MW). Dabei ist ein Fördervolumen
von 500 MW jährlich vorgesehen.
Im Möckernkiez kommt der Möckernstrom
aber sehr gut an: 90 Prozent der Bewohner
beziehen ihn. „Das ist eine Super-Quote“,
sagt Seget. Seit kurzem gebe es den Möckernstrom
auch zum „Tanken“ an zwei
Ladestationen für Elektroautos. „Die Ladesäulen
sind eichrechtskonform, was aktuell
im Markt noch nicht selbstverständlich
ist. Bezahlt werden kann mit der normalen
Girokarte. Wir haben auch Leistung für
Tiefgaragen-Wallboxen vorgehalten, aber
bis jetzt ist da noch keine Nachfrage.“ Die
Kiezgenossen seien typische Fahrradfahrer,
was schon ein Zahlenverhältnis zeige:
„2.000 Fahrrad-Stellplätze gibt es auf
dem Areal. Dagegen hat die Tiefgarage nur
100 Auto-Plätze.“
Für das im Bau befindliche Hotel sei bereits
eine Heizleistung von 260 kW thermisch
angemeldet worden. Das bedeutet,
dass sich die Laufzeit des wärmegeführten
Biomethan-BHKW weiter erhöhen wird.
LPG-Biosupermarkt: Modernes Ökoambiente
durch den Bio-Supermarkt.
Ladestation: „Möckernstrom“ zum Tanken an der
Naturstrom-Ladestation.
80

BIOGAS JOURNAL | 5_2019
INNOVATIVE PRAXIS
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Der Innenhof des Möckernkiezes, u.a. mit einem Lieferwagen. Autos dürfen nicht reinfahren!
Bislang komme es auf 5.500 Vollbetriebsstunden
pro Jahr. „Im Winter läuft es rund
um die Uhr, im Sommer nur wenige Stunden
am Tag“, lässt der Berliner einblicken.
Um die 20 Prozent der Stromerzeugung
aus dem BHKW sowie 70 Prozent des Solarstroms
könnten direkt in den Hausnetzen
verbraucht werden. In den drei versorgten
Gebäuden sorge das BHKW dafür, dass
75 Prozent des Strombedarfs mit Biogasstrom
gedeckt werden.
Der Möckernkiez ist sicherlich ein Pionierund
ein Leuchtturmprojekt. Doch ist er
auch eine Blaupause für die Energiewende
in unseren Städten? Befürworten würde
Seget das auf jeden Fall. Doch er zeigt
auch seine Bedenken: „Generell wäre so
ein Neubau-Projekt heute viel schwieriger
wegen der enorm gestiegenen Grundstückspreise.“
Und im Bestand sei ein
derartiges Energiekonzept auch schwer zu
realisieren: Ein großes Hemmnis sei hier
das „Gebot der Kostenneutralität“, das
laut BGB bei einer Umstellung der Wärmeversorgung
auf Contracting gelte. „Außerdem
ist es im Bestand viel schwieriger,
so eine hohe Mieterstromquote wie im Möckernkiez
zu erreichen. Im Neubau ist das
leichter, weil die neuen Wohnungsbezieher
ohnehin erstmal einen Stromanbieter suchen
müssen.“
Autor
Christian Dany
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WISSENSCHAFT
BIOGAS JOURNAL | 5_2019
Mehr Gas bei geringerer
Verweilzeit
Biogasanlagen effizienter machen, das war das Ziel des Forschungsprojektes
HoLaflor. Fraunhofer Forscher fanden heraus, dass kürzere
Verweilzeiten und höhere Raumbelastungen die Produktivität
deutlich erhöhen.
Von Dipl.-Ing. · Dipl.-Journ. Martina Bräsel
Wenn die Biomasse und
das Fermentervolumen
möglichst effektiv genutzt
werden, hat das viele Vorteile“,
sagt Dr. Brigitte
Kempter-Regel. Die Abbauleistung würde
gesteigert, die Biogasrate erhöht und die
Methanfreisetzung aus den Gärresten verringert.
Zudem verbessere sich die Wirtschaftlichkeit
der Anlage. „Es heißt, dass
eine Verweilzeit von 40 bis 60 Tagen nötig
ist, sonst drohe Versäuerung, wir hatten
andere Erfahrungen“, verdeutlicht die Wissenschaftlerin
vom Fraunhofer Institut IGB.
Denn: Eine hohe Effizienz und gute Umsatzraten
würden in der Biotechnologie nur
bei hohen Konzentrationen sowohl von Mikroorganismen
als auch vom Substrat erzielt.
„Unsere Erwartung war, dass deutlich kürzere
Verweilzeiten besser sind“, erklärt die
Projektleiterin. „Trotz langer Verweilzeiten
enthalten die Gärreste noch viel Methan“,
so Kempter-Regel. Dieser könne mehr als
Die Anlage der Agro
Energie Hohenlohe
GmbH von Thomas
Karle brachte die
fittesten Mikroorganismen
hervor. Sie wurden
für die Versuchsreihen
verwendet.
25 Prozent der gesamten Biogasausbeute
ausmachen und schmälere den Gewinn der
Biogasanlage. Obwohl es lange Verweilzeiten
für den Abbau gibt, wird trotzdem
eine erhebliche Menge Methan über einen
langen Zeitraum freigesetzt. „Da besteht
Potenzial zur Optimierung“, so die Forscherin.
Aufschluss und Abbau könnten
also noch verbessert werden.
Dieses Wissen brachten die Forscher
aus ihren Erfahrungen im Bereich Klärschlammfaulung
mit. Mit einer sogenannten
Hochlastfaulung verbesserte sich dort
die Ausbeute um bis zu 20 Prozent, im
Einzelfall auch mehr. „Wir haben in Kläranlagen
sehr gute Erfahrungen mit dem
Verfahren gemacht“, erklärt Kempter-Regel.
Zudem vermuteten die Forscher, dass
andere Mikroorganismen an der Hochlastfaulung
beteiligt sind. Sie wollten deshalb
herausfinden, ob das Verfahren auch auf
landwirtschaftliche Biogasanlagen übertragen
werden kann.
Bevor die eigentlichen Versuchsreihen starteten,
machte sich Dr. Brigitte Kempter-Regel daran,
besonders abbaufreudige Mikroorganismen zu
finden. Mittels Batch-Versuchen in 1-Liter-Behältern
wurden die Organismen aus den zehn Anlagen mit
Mais gefüttert und dann der zeitliche Verlauf der
Biogasbildung ermittelt.
Versuchsbedingungen
Technisch ist eine Hochlastfaulung relativ
einfach: „Wir haben einen Reaktor mit geeigneter
Messtechnik und Datenerfassung,
den wir mit hohem Durchsatz, kurzen Verweilzeiten
und mit einer hohen Raumbelastung
betreiben, sonst nichts“, verdeutlicht
die Projektleiterin. Es gab keine Einbauten
für eine Biomasserückhaltung. Es wurde
nicht nachgeimpft, nur gut durchmischt,
konstant temperiert und gleichmäßig gefüttert.
Für ausreichende Versorgung mit
Spurenelementen war gesorgt und die Mikroorganismen
konnten sich auf die Bedingungen
einstellen.
Drei Jahre lang feilte das Institut für Grenzflächen-
und Bioverfahrenstechnik (IGB) an
der Optimierung. Dazu verglichen die Forscher
den Vergärungsprozess von herkömmlichen
Biogasanlagen mit dem Prozess in
einer Hochlastfaulung. Sie fanden heraus,
dass auch bei Biogasanlagen, die Mais als
Monosubstrat nutzen, kürzere Verweilzeiten
deutlich bessere Ergebnisse bringen.
Im Projekt wurde Maissilage als Monosubstrat
verwendet. „Wir wollten wissen, ob
die Anlage auch bei kürzeren Verweilzeiten
erfolgreich und stabil betrieben werden
kann“, denn höhere Raumbelastungen
hätten einen Nachteil: Bei Anlagen, die nur
mit Mais betrieben werden, können sich
schnell Säuren anreichern. Geschieht dies,
kann der Prozess stoppen und die Biogasproduktion
kommt zum Erliegen.
86

BIOGAS JOURNAL | 5_2019
WISSENSCHAFT
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Die Versuche wurden mit zwei baugleichen
Anlagen durchgeführt. Auf der einen Seite
wurde der maximale Abbau bei kleinstmöglicher
Verweilzeit und höchster Raumbelastung
getestet. Gleich daneben wurde ein Reaktor
mit einer vergleichsweise langen hydraulischen
Verweilzeit von 70 Tagen betrieben.
Für landwirtschaftliche Biogasanlagen ist
eine hydraulische Verweilzeit im gasdichten
geschlossenen System von mindestens
150 Tagen vorgeschrieben. Diese gilt für
die Biogasanlage selbst und den anschließenden
geschlossenen Gärdüngerbehälter.
„Damit soll eine Nachgärung mit signifikanten
Methanemission verhindert werden“,
erklärt die IGB-Forscherin. Deshalb
sind große Fermenter und Gärdüngerbehälter
für die Vergärung notwendig.
Maissilage in 15 Tagen vergoren
Leider kann der Energiebedarf für die
Temperierung sehr hoch sein. Je nach Jahreszeit,
Größe des Fermenters und Stärke
der Isolierung kann sie bis zu 80 Prozent
der produzierten Energie betragen. Die
meisten Biogasanlagen vergären mit einer
Raumbelastung zwischen ein bis drei
Kilogramm organischer Trockenmasse pro
Kubikmeter und Tag (kg oTR/m 3 *d), nur
wenige haben höhere Raumbelastungen.
Die Verweilzeit des Substrates im Behälter
beträgt oft 50 Tage und mehr. „Wir konnten
nachweisen, dass Maissilage mit einer hydraulischen
Verweilzeit von nur 15 Tagen
ohne Versäuerung vergoren werden kann“,
berichtet die Forscherin.
Die Versuche wurden mit zwei baugleichen
Pilotanlagen im Langzeitbetrieb über
550 Tage durchgeführt. Es handelte sich
dabei um ein kontinuierliches Verfahren.
Auf diese Weise konnten die Forscher die
Abbauleistung, die Biogasausbeute und
die Mikroorganismenpopulation der unterschiedlichen
Betriebsweisen (Hochlast und
herkömmlicher Betrieb) vergleichen.
In der einen Anlage wurde der maximale
Abbau bei kleinster Verweilzeit und hoher
Raumbelastung getestet. Parallel dazu
wurde eine baugleiche Biogasanlage mit
einer vergleichsweise langen hydraulischen
Verweilzeit von 70 Tagen betrieben. Während
der Versuchsreihen wurde die Mikroorganismenflora
beider Anlagen analysiert.
Dadurch sollte geklärt werden, ob sich die
Mikroorganismen unterscheiden. Zudem
schauten sich die Forscher die Zusammensetzung
der Gärprodukte und ihre Restgaspotenziale
an. Mit diesen Ergebnissen
berechneten die Wissenschaftler die Energieausbeute
aus dem Substrat (Maissilage)
für beide Verfahrensweisen, dem herkömmlichen
und dem Hochlastverfahren.
Abbaufreudige Mikroorganismen
gesucht
Bevor die eigentlichen Versuchsreihen
starteten, machten sich die Wissenschaftler
daran, besonders abbaufreudige Mikroorganismen
zu finden. Zu diesem Zweck
wurden Gärrückstände aus zehn verschiedenen
Biogas- und Kläranlagen entnommen.
„Es gibt Biogasanlagen, die mit Verweilzeiten
von über 100 Tagen arbeiten,
andere liegen deutlich darunter. Deshalb
liegt die Vermutung nahe, dass Mikroorganismen
unterschiedlich leistungsfähig
sind“, erklärt die Wissenschaftlerin.
Mittels Batch-Versuchen in 1-Liter-Behältern
wurden die Organismen aus den zehn
Anlagen mit Mais gefüttert und dann der
zeitliche Verlauf der Biogasbildung ermittelt.
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WISSENSCHAFT
BIOGAS JOURNAL | 5_2019
Biogasproduktion in Abhängigkeit von der Verweilzeit
Biogasproduktivität (NL / L*d)
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
15 20 25 30 30 35 70 70 70 70
Verweilzeit (d)
Dargestellt ist die Biogasproduktivität für die Verweilzeiten in 15 Tagen (d), 20 d, 25 d, 30 d und 35 d in der
Hochlastfaulung und für die Verweilzeit von 70 d in der Referenzanlage. Zu sehen sind zwei Inbetriebnahmen
S1 (grün) und S2 (blau). Durch die Verkürzung der Verweilzeit konnte die Biogasproduktivität deutlich
erhöht werden. Die geringste Biogasproduktivität wurde in der herkömmlichen Anlage mit der hydraulischen
Verweilzeit von 70 Tagen erreicht.
S1
S2
Gärrest schnell und effizient Biogas bildet,
um die geeignetsten Mikroorganismen zu
finden“, so die Expertin. Die Gärreste der
Anlagen unterschieden sich deutlich. Gute
Ergebnisse brachte zum Beispiel ein Gärrest
aus einer Kläranlage mit Hochlastfaulung,
obwohl die Mikroorganismen niemals
eine Maissilage gesehen hatten.
Eine Biogasanlage mit Mischfütterung und
kurzen Verweilzeiten schnitt am besten
ab. „Diesen Gärdünger haben wir genommen
und zwei Versuchsreaktoren, jeweils
130-Liter-Fermenter, damit gefüllt und
mit Maissilage gefüttert“. Am Ende der
Versuchsreihen unterschied sich die Zusammensetzung
der Organismen in den
beiden Versuchsreaktoren. Brigitte Kempter-Regel
erklärt das so: „Wir erzeugen
durch den hohen Durchsatz einen Selektionsdruck
und die Mikroorganismen stellen
sich darauf ein.“ Es würden sich immer die
Mikroorganismen vermehren und durchsetzen,
die die Bedingungen mögen, die
anderen würden ausselektiert.
Keine Übersäuerung bei der
Hochlastfaulung
„Bis auf die Verweilzeit, die über die Fütterungsintervalle
eingestellt wurde, war
alles gleich“, erklärt die Projektleiterin.
„Wir haben bei beiden Anlagen immer mit
der gleichen Ration gefüttert, bei kürzerer
Verweilzeit allerdings öfter“, denn es sei
bei der Hochlastfaulung notwendig, Stoßbelastungen
zu vermeiden. Dabei gelte die
Regel: je höher der Durchsatz, desto kürzer
das Fütterungsintervall, desto kürzer die
Verweilzeit. Die Mikroorganismen würden
besser auf eine kontinuierliche Fütterung
in kleinen Dosen reagieren, die Projektleiterin
erklärt warum: „Aus anderen Untersuchungen
wussten wir, dass es sonst zu
Versäuerungen kommen kann.“
Die Verweilzeit im Hochlastverfahren wurde
stufenweise von 40 Tage auf 15 Tage
reduziert. Dabei erfolgte eine Erhöhung der
eingestellten organischen Raumbelastung
frühestens nach einer Fermentationsdauer
von 14 Tagen mit konstanter Biogasproduktion.
Der Erfolg der Inbetriebnahme wurde
anhand des Anstiegs der Biogasbildung
nach Erhöhung der Raumbelastung verfolgt.
Dabei stiegen Biogas- und Methanproduktivität
mit kürzer werdender Verweilzeit
an. Die kürzeste Zeit (15 Tage) brachte
die besten Ergebnisse.
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BIOGAS JOURNAL | 5_2019
WISSENSCHAFT
Mit einer sogenannten Hochlastfaulung verbesserte sich die Gasausbeute in
Kläranlagen um bis zu 20 Prozent. Beim Hochlast-Faulverfahren übernehmen
zwei Edelstahlbehälter die Aufgabe des herkömmlichen Faulbehälters.
Auf der Suche nach besonders aktiven Mikroorganismen untersuchten die Forscher
zehn Gärreste aus verschiedenen Biogas- und Kläranlagen. Obwohl sie nie
eine Maissilage gesehen hatten, waren die Mikroorganismen aus der Kläranlage
Mittleres Glemstal in Leonberg besonders rege.
torvolumen die vier- bis fünffache Menge“,
so Kempter-Regel: Mit 70 Tagen Verweilzeit
erzeugte die herkömmliche BGA maximal
etwa 100 Liter pro Tag, die Hochlastfaulung
mit einer Verweilzeit von 15 Tagen schaffte
rund 420 Liter in der gleichen Zeit. Auch
die Übersäuerung blieb aus: „Selbst bei
der kurzen Verweilzeit waren keine Säuren
nachweisbar“, so die Mikrobiologin.
Übertragbarkeit auf bestehende
Anlagen
„Die Ergebnisse belegen, dass Biogasanlagen
mit deutlich kürzeren Verweilzeiten
betrieben werden können“, resümiert die
IGB-Expertin. Gegenüber dem herkömmlichen
Betrieb könnte die Methanproduktion
dadurch um das Vier- bis Fünffache steigen.
Wegen der hohen Durchsätze sei die
Hochlastfaulung deutlich produktiver und
Fermenter und Nachgärer könnten kleiner
werden.
„Wenn die Verweilzeit zum Beispiel von 45
auf 15 Tage sinkt, wird auch nur ein Drittel
des Volumens benötigt“, so Kempter-Regel.
Ein höherer Umsatz und eine bessere
Produktivität machen die Anlage deutlich
wirtschaftlicher. Allerdings benötigt
das Verfahren eine etwas umfangreichere
Messtechnik, als in herkömmlichen Biogasanlagen
üblich ist. „Nichts Kompliziertes,
doch die Biogasproduktion sollte sicher
und kontinuierlich erfasst werden“, ergänzt
die Mikrobiologin.
Auch eine Nachrüstung bestehender Anlagen
sei möglich. „Wir würden die Voraussetzungen
im Einzelfall prüfen, auf jeden
Fall sollte es sich um eine Nassvergärung
handeln“, so die Forscherin. Im Bereich
Flexibilisierung würde das Projekt und
würde speziell die Untersuchungen über
die verschiedenen Mikroorganismensysteme
dazu beitragen, die Möglichkeiten der
Prozesssteuerung von Biogasanlagen zu
verbessern.
Autorin
Dipl.-Ing. · Dipl.-Journ. Martina Bräsel
Freie Journalistin
Hohlgraben 27 · 71701 Schwieberdingen
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