Biogasanlage

Biogasanlagen und ihre Gärsubstrate
Dr. Waldemar Gruber, Landwirtschaftskammer NRW
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Funktion einer Biogasanlage und
gesetzliche Rahmenbedingungen ...
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Biomasse < 150 kW 11,50 Cent
Biomasse < 500 kW 9,90 Cent
Biomasse < 5 MW 8,90 Cent
Biomasse < 20 MW 8,40 Cent
bei Altholz (Kategorien A III/ IV) 3,90 Cent
Bonus für Biomasse < 500 kW (1) 6,00 Cent
Bonus für Biomasse < 5 kW (1)
4,00 Cent
Bonus für Biomasse (Holz) > 5 kW (1) 2,50 Cent
KWK-Bonus für Biomasse (1) 2,00 Cent
2. KWK-Bonus für Biomasse (1) 2,00 Cent
Zeitraum: 20 Jahren � Jährl. Degression: 1,5%
(1) Abhängig vom Brennstoff wird ein Bonus je Kilowattstunde gewährt. Bonus II des
Regierungsentwurfs war gedacht für innovative Ansätze. Das Parlament führte zudem einen
KWK-Bonus ein jetzt können entsprechende Anlagen bis zu 21,5 Cent erhalten.
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Planungsdaten für den Bau einer
Biogasanlage ...
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Faustzahlen für Biogasanlagen 1
� Verweilzeit im Fermenter:
� mesophile Stämme: 25 – 38°C 30-60 Tage
� thermophile Stämme: 45 – 55°C 15-40 Tage
� Faulraumbelastung:
� bei 38°C 2 – 4 (max.7) kg oTS / m³ und Tag
� Trockensubstanzabbau:
� bei 38°C 40 – 60 %
• Gasertrag [CH 4]:
� In der Praxis im Durchschnitt 0,327 m³ / kg oTS
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� Gasverwertung
Faustzahlen für Biogasanlagen 2
� Je nach Methangehalt und Wirkungsgrad des Motors erzielt man je m 3
Biogas:
1,2 – 2,2 kWh Elektrische Energie und
2,4 – 3,5 kWh Wärme
� Prozessenergiebedarf:
� 30 % der Wärme für die Beheizung des Fermenters
� 4 – 10 % des erzeugten Stroms
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Schweinegülle
Labmolke
Massenfutterrübe
Zuckerrübenblattsilage
Rindergülle
( Angaben in m³ Gas pro Tonne
Ausgangsmaterial )
Wiesengras 1.
Schn.
Biertreber siliert
Maissilage
Teigreife
Grassilage
1. Schn.
Maissilage
Wachsreife
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Gehaltsfütterrübe
Speiseabfälle
Flotatfett
Altbrot
Altfett
Quelle: Landtechnikberatung Bayern

Gasbildungsrate und Methangehalt
Gasbildungsrate Methangehalt
Proteine 700 l/kg 71%
Fette 1250 l/kg 68%
Kohlenhydrate 790l/kg 50%
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Die Situation in Nordrhein-Westfalen ...
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Biogasanlagen in NRW
in Betrieb
in Planung/Bau
Quelle: Biogas-Betreiberdatenbank NRW
Arne Dahlhoff, Stand 23.09.2005
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Versuche im Bereich Biogas der
Landwirtschaftskammer NRW ...
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[%]
[ppm]
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
Gaszusammensetzung in Abhängigkeit zum
Koferment
55,0
52,0 52,0 52,0 53,0
20,0
0,7 0,6 0,4 0,2
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40,0
ZR-Spitzen Mais+Mist Mais+Presschnitzel Roggen
Koferment
O2 % Median CH4 % Median H2S ppm Median
20,0

%
60
50
40
30
20
10
0
Gaszusammensetzung bei Einsatz von Mais+Presschnitzel als
Koferment
1 6 11 16 21 26 31 36
Tage
O2-Gehalt CH4-Gehalt H2S-Gehalt Schwefelwasserstoff max.-Wert
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320
270
220
170
120
70
20
-30
ppm

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Spez. Gaserträge
Raumbelastung
Feldfrucht (l/kg oTS) CH4 (%) (kg oTS*d
Grünrog 03 609,81 53,26 2,09 41,95
Grünrog 04 650,32 54,15 1,98 40,38
Rübensp 02 580,22 51,81 2,05 39,60
Rübensp 03 590,46 52,98 2,29 36,35
Silomais 8.4.04 592,57 51,92 2,29 51,28
Silomais 26.5.04 552,07 53,00 2,73 46,45
Mais Doge 579,35 51,55 1,80 44,33
Mais Oldham 522,72 51,50 2,54 41,18
-1 Spez. Gaserträge
Raumbelastung Verweilzeit
Feldfrucht (l/kg oTS) CH4 (%) (kg oTS*d /d) (d)
Grünrog 03 609,81 53,26 2,09 41,95
Grünrog 04 650,32 54,15 1,98 40,38
Rübensp 02 580,22 51,81 2,05 39,60
Rübensp 03 590,46 52,98 2,29 36,35
Silomais 8.4.04 592,57 51,92 2,29 51,28
Silomais 26.5.04 552,07 53,00 2,73 46,45
Mais Doge 579,35 51,55 1,80 44,33
Mais Oldham 522,72 51,50 2,54 41,18
-1 Verweilzeit
/d) (d)
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Spez. Gaserträge
Raumbelastung
Feldfrucht (l/kg oTS) CH4 (%) (kg oTS*d
Grünrog 03 609,81 53,26 2,09 41,95
Grünrog 04 650,32 54,15 1,98 40,38
Rübensp 02 580,22 51,81 2,05 39,60
Rübensp 03 590,46 52,98 2,29 36,35
Silomais 8.4.04 592,57 51,92 2,29 51,28
Silomais 26.5.04 552,07 53,00 2,73 46,45
Mais Doge 579,35 51,55 1,80 44,33
Mais Oldham 522,72 51,50 2,54 41,18
-1 Verweilzeit
/d) (d)
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Anbau von Nawaro`s (nachwachsende Rohstoffen)
� Welche Früchte eignen sich?
� Wie lassen sich die Früchte in die Fruchtfolge integrieren?
� Sind positive Effekte auf die Bodenfruchtbarkeit daraus zu
erzielen?
� Ist der Anbau/Vertragsanbau wirtschaftlich auf
Stilllegungsflächen/auf Betriebsflächen?
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9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
25.
De z
Die Globalstrahlung 2002
am Standort Seligenstadt
24.
Jan
23.
Feb
25.
Mrz
24.
Apr
24.
Mai
23.
Jun
23. Jul 22.
Aug
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21.
Sep
21.
Okt
10%
20%
20%
48%
2%
20.
Nov
Photosynthese
Transmission
Überführung in
Wärme
Reflexion
Verbrauch für
Transpiration und
Evaporation
Quelle:
Dr. Jaeger

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Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ...
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Kosten der Futterbergung
Mähen, Zetten, Schwaden 59-85 €/ha
Bergen und Transport (Häcksler,
Ladewagen,Transporteinheiten)
5-7 €/t
Walzen 1-1,5 €/t
Abdecken (Folie, Arbeit, Sandsäcke, etc.) 1,5-1,8 €/t
Siloplatte 5-6 €/t p.a.
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Anbau von Grünroggen Winterzwischenfrucht
Riswick 2003 Potential 40 t
Saatgutaufwand 41,00 41,00 €/ha
Stickstoff 42,00 42,00 €/ha
Grundnährstoffe 30,00 30,00 €/ha
Herbizide 20,00 20,00 €/ha
Bodenbearbeitung Saat, Bestellung 130,00 130,00 €/ha
Mähen,Schwaden 72,00 72,00 €/ha
Bergen und Transport 89,00 240,00 €/ha
Walzen 18,50 50,00 €/ha
Abdecken (Folie, Arbeit, Sandsäcke, etc.) 24,40 66,00 €/ha
Siloplatte 40,70 110,00 €/ha
Summe 507,60 801,00 €/ha
Stückkosten 34,30 20,03 €/t
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Wirtschaftlichkeit von Grünroggen
EEG 2000 EEG 2004*
Gewinnschwelle** Gewinnschwelle**
Fermenterkapazität vorhanden 18,27 34,74 €/t
Fermenterkapazität nicht vorhanden 11,14 27,62 €/t
Stückkosten 34,30/20,03 34,30/20,03 €/t
* 17,5 Cent Stromentgelt
**Gew innschw elle bei Wärmenutzung
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Hauptfruchtanbau Mais/Welsches Weidelgras
50 t FM
Mais Welsches
Weidelgras
Saatgutaufwand 140,00 78,00 €/ha
Stickstoff 93,00 168,00 €/ha
Grundnährstoffe 89,00 186,00 €/ha
Herbizide 56,00 10,00 €/ha
Bodenbearbeitung Saat, Bestellung 130,00 130,00 €/ha
Mähen,Schwaden 0,00 275,00 €/ha
Bergen und Transport 300,00 300,00 €/ha
Walzen 62,50 62,50 €/ha
Abdecken (Folie, Arbeit, Sandsäcke, etc.) 82,50 82,50 €/ha
Siloplatte 140,00 140,00 €/ha
Summe 1093,00 1432,00 €/ha
Stückkosten 21,86 28,64 €/t
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Hagel
Zinsansatz 4,5%
Summe var. Kosten
Deckungsbeitrag
Prämie
Kosten im Kartoffelbau 2005
Vermarktung 10. KW 2006
Art
Industrie
Sorte
Agria Victoria Bintje Fontane
Bruttoertrag
dt/ha
Marktwareertrag dt/ha
dt/ha 600 580 600 620
Berechnung Erlös in % - dt/ha Euro/dt
28-50 mm - - 627 465
40/+ 4350 4060 - -
50/+ - - 3276 3689
Erlös Euro/ha 4350 4060 3903 4154
Lagergeld (1,35 Euro/dt bis 10.KW)
810 783 810 837
abzügl. Sortierkosten; CMA Abgabe Euro/dt 14 14 14 14
Erlös (inkl. 9% Mw St auf Erlös + Lagergeld)
Variable Kosten:
Euro/ha 5610 5265 5123 5426
Pflanzgut
Euro/ha 1083,24 962,88 325,28 971,98
dt/ha 27 24 16 23
incl. 7% Mw St
Euro/dt 40,12 40,12 20,33 42,26
Düngung
Euro/ha 262,00 262,60 318,00 324,40
kg N (zuzügl. 60 kgN aus Nmin) 0,32Eu /dt + 0,70 Eu/kg N
100 110 180 180
Pflanzenschutz
Euro/ha 521 521 521 521
Herbizid
Euro/ha 70 70 70 70
Fungizid ( 12x)
Euro/ha 396 396 396 396
Sonstiges
Euro/ha 55 55 55 55
Maschinen
Euro/ha 900 900 900 900
var. Maschinenkosten
Euro/ha 300 300 300 300
Lohnunternehmer (pflanzen,fräsen,roden) Euro/ha 600 600 600 600
Ein- und Auslagerung 0,70 Euro/dt Euro/ha 420 406 420 434
Fraktionierung (0,25 Euro/dt)
150 155
zusätzl. Begasung 20
Beregnung
- - - -
Euro/ha 30 30 30 30
Euro/ha 45 45 45 45
Euro/ha 3261,24 3127,48 2729,28 3381,38
Euro/ha 2349,16 2137,39 2393,89 2044,81
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Sorte Agria Victoria Bintje Fontane
Stückkosten €/t 54,35 53,92 45,49 54,54
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Biomasse < 150 kW 11,50 Cent
Biomasse < 500 kW 9,90 Cent
Biomasse < 5 MW 8,90 Cent
Biomasse < 20 MW 8,40 Cent
bei Altholz (Kategorien A III/ IV) 3,90 Cent
Bonus für Biomasse < 500 kW (1) 6,00 Cent
Bonus für Biomasse < 5 kW (1)
4,00 Cent
Bonus für Biomasse (Holz) > 5 kW (1) 2,50 Cent
KWK-Bonus für Biomasse (1) 2,00 Cent
2. KWK-Bonus für Biomasse (1) 2,00 Cent
Zeitraum: 20 Jahren � Jährl. Degression: 1,5%
(1) Abhängig vom Brennstoff wird ein Bonus je Kilowattstunde gewährt. Bonus II des
Regierungsentwurfs war gedacht für innovative Ansätze. Das Parlament führte zudem einen
KWK-Bonus ein jetzt können entsprechende Anlagen bis zu 21,5 Cent erhalten.
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� „aus Planzen und Pflanzenbestandteilen, die
in landwirtschaftlichen ...Betrieben anfallen
und keiner weiteren als der zur Ernte,
Konservierung oder Nutzung in der
Biogasanlage erfolgten Aufbereitung oder
Veränderung unterzogen wurden.“
� 17,15 Cent/kWh
Stromvergütung nach EEG
mit Nawaro-Bonus ohne Nawaro-Bonus
� z.B. Schlempe, Schälabfälle sind Bioabfälle.
Somit gilt die Bioabfallverordnung die
zunächst eine Hygienisierung der Stoffe
durch Erhitzen auf 70°C über 1h vorsieht.
� 11,15 Cent/kWh
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TS [%] o.TS[%] l/kg o.TS m³/t FM CH 4 max. Kosten
Kartoffel roh stärkereich 26,0 93,4 729,2 177,1 51,4 32,6
Kartoffel mittlerer Stärkegehalt 22,0 93,8 727,5 150,1 51,5 26,04
Schälabfälle 11,0 93,8 655,9 67,7 51,4 -1,18
Kartoffelpülpe 16,2 95,7 591,5 91,7 50,1 5,55
1) 17,15 Cent/kWh Stromentgelt
2) 11,15Cent/kWh Stromentgelt
Gaserträge von Kartoffelprodukten
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1)
1)
2)
2)

Kosten und Stromerlöse der Kartoffelvergärung
Kosten [€/t] feste Kosten variable Kosten Stromerlös max. Kosten
Kartoffel roh stärkereich 10,08 11,96 54,64 32,6
Kartoffel mittlerer Stärkegehalt 9,51 10,76 46,31 26,04
Schälabfälle 7,72 7,04 13,58 -1,18
Kartoffelpülpe 7,09 5,75 18,39 5,55
1) 17,15 Cent/kWh Stromentgelt
2) 11,15Cent/kWh Stromentgelt
Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 34
1)
1)
2)
2)

Schlußbetrachtung
�Das EEG hat die Rahmenbedingungen für Biogasanlagen
deutlich verbessert
�Anlagen können wirtschaftlich sein, wenn ...
Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 35

... wenn
� freie Flächen in der Region vorhanden sind
� die Pachtpreise nicht zu hoch liegen
� Arbeitskapazität vorhanden ist
� die Produktionskosten für NawaRo`s nicht zu hoch liegen, deshalb wir
auf absehbare Zeit kein gezielter Kartoffelanbau für die Vergärung
stattfinden
� ausreichende Flächenerträge erzielt werden
� der Anlagenbetreiber sich mit dem neuen Betriebszweig identifiziert
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Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 37

Biogasanlage EEG 2004 EEG 2004 EEG 2004
2500 Mastplätze
75 ha Mais
4000 t Gülle
3750t Mais
2500 Mastplätze
65 ha Mais
365t HTK
4000 t Gülle
3200t Mais
365t HTK
2500 Mastplätze
700 t Backabfälle
1800t Speiseabf.
4000t Gülle
700t Backabfälle
1800t Speiseabf.
Annahmen:
Fermentervolumen [m³] 1400 1400 1070
Tägliche erzeugte Gasmenge(53,3/54,6/56,7 CH 4) [m³]: 1980 1910 1862
Energieertrag elektrisch [kWh/a]: (Wirkungsgrad
35 % abzüglich 6% Prozessenergie) 1457629 1438690 1455880
nutzbare Wärme [kWh/a]: (abzüglich 40 %
Prozessenergie bei 80 % Gleichzeitigkeit) 1311866 1294821 1310292
Leistung BHKW, 20h/d Laufzeit [kW]: 182 179 181
Baukosten ( 3900 €/kWh elektrisch) [€]: 702000 702000 702000
Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 38

Biogasanlage EEG 2004 EEG 2004 EEG 2004
2500 Mastplätze
75 ha Mais
4000 t Gülle
3750t Mais
2500 Mastplätze
65 ha Mais
365t HTK
4000 t Gülle
3200t Mais
365t HTK
2500 Mastplätze
700 t Backabfälle
1800t Speiseabf.
4000t Gülle
700t Backabfälle
1800t Speiseabf.
Förderung [€] 90000 90000 90000
Kosten nach Abzug der Förderung [€]: 612000 612000 612000
AfA 5,10 und 20 Jahre[€/a]: 56019 56019 56019
Zins 4,3%;3,4% [€]: 15794 15794 15794
Wartung BHKW [€]: 17491 17491 17491
Personalkosten [€]: 24090 24090 24090
Zündöl (0,30 €/l) [€]:
sonst. Betriebskosten (Wartung und
11105 11105 11105
Versicherung,Stromzukauf,Rückbau)[€]: 22814 22814 22814
Summe [€]: 147313 147313 147313
Verkauf Strom(0,172€/kWh 1) oder 0,112€/kWh 2) ) [€] 250307 247323 162678
Verkauf Wärme (3 Cent/kWh)[€]: 3000 3000 3000
Gesamteinnahmen [€]: 253307 250323 165678
Kosten Coferment Mais[1100€/ha]: 82500 70400 0
Gewinn/Verlust [€]: 23494 32610 18365
1) Fallbeispiel 1 und 2
2) Fallbeispiel 3
Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 39

Biogasanlage EEG 2004 EEG 2004 EEG 2004
2500 Mastplätze
75 ha Mais
2500 Mastplätze
65 ha Mais
365t HTK
4000 t Gülle
3200t Mais
365t HTK
2500 Mastplätze
700 t Backabfälle
1800t Speiseabf.
4000t Gülle
700t Backabfälle
1800t Speiseabf.
Förderung [€]
4000 t Gülle
3750t Mais
90000 90000 90000
Kosten nach Abzug der Förderung [€]: 612000 612000 612000
AfA 5,10 und 20 Jahre[€/a]: 56019 56019 56019
Zins 4,3%;3,4% [€]: 15794 15794 15794
Wartung BHKW [€]: 17491 17491 17491
Personalkosten [€]: 24090 24090 24090
Zündöl (0,30 €/l) [€]: 11105 11105 11105
sonst. Betriebskosten (Wartung und
Versicherung,Stromzukauf,Rückbau)[€]: 22814 22814 22814
Summe [€]: 147313 147313 147313
Verkauf Strom(0,172€/kWh 1) oder 0,112€/kWh 2) ) [€] 250307 247323 162678
Verkauf Wärme (3 Cent/kWh)[€]: 3000 3000 3000
Gesamteinnahmen [€]: 253307 250323 165678
Kosten Coferment Mais[1250€/ha]: 93750 80000 -10000
Gewinn/Verlust [€]: 12244 23010 28365
1) Fallbeispiel 1 und 2
2) Fallbeispiel 3
Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 40

Beispiel einer Nährstoffbilanz für eine 180 kW Biogasanlage
... ohne Biogasanlage N, tierisch P2O5 Mastschweine, nährstoffreduziert 2500 Plätze + 22.500 kg + 11.250 kg
Winterweizen 50 ha - 8500 ( kg) - 4250 kg
CCM 50 ha - 8500 kg - 4250 kg
Wintergerste 30 ha - 5100 kg - 2100 kg
Raps (NAWaRo) 14 ha - 2380 kg - 1190 kg
Bilanz ohne Biogasanlage 144 ha - 1980 kg - 540 kg
... mit Biogasanlage
Gärsubstrat (3,3 kg N tierisch, 2,7 kg P2O5) 6750 m³ + 22.500 + 18375 kg
Winterweizen 50 ha - k 8500 ( kg) - 4250 kg
CCM 0 ha - 0 kg - 0 kg
Wintergerste 19 ha - 3230 kg - 1330 kg
Silomais (NaWaRo) 75 ha - 12750 kg - 7125 kg
Bilanz mit Biogasanlage 144 ha - 1980 kg + 5670 kg
Garsubstratabgabe über Vertrag ca.2100 m³ - 5670 kg n. Dr. Matthias
Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 41

Veränderung der Gesamtkapitalrendite
Ausgangssituation
(180 kW aus Gülle und Silomais, 50t/ha, 1100 €/ha, 3900 €/kW)
Rendite 8,9%
Veränderung % Gesamt %
Investition ohne Förderung -2,2 6,7
5 t FM geringerer Silomaisertrag -4,9 4
100 € höhere Substratkosten -2,5 6,4
10 % Einbuße bei der Gasausbeute -6,2 2,7
2 % geringerer Wirkungsgrad el. des BHKW -3,9 5
2 % höherer Wirkungsgrad el. des BHKW 3,9 12,8
- 500 €/kW Investitionskosten 1,6 10,5
5 t FM höherer Silomaisertrag 4,9 13,8
Keine Faulschlammverwertungskosten 3,4 12,3
Nutzung von 150.000 kWh Wärme 1 9,9
Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 42

Wirkungsgrad/Methangehalt
100 m³ Biogas, 55% Methan, Motorwirkungsgrad 34%
100 x 5,5kWh = 550kWh x 0,34 = 187 kWh elektr
Stromentgelt (17,5 Cent/kWh) : 32,73 € (100%)
100 m³ Biogas, 65% Methan, Motorwirkungsgrad 39%
100 x 6,5kWh = 650kWh x 0,39 = 253,50 kWh elektr
Stromentgelt (17,5 Cent/kWh) : 44,36 € (136%)
Ref. 44 Erneuerbare Energien, Nachwachsende Rohstoffe Dr. Waldemar Gruber 43