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Effizient rechnen beim Biogasanlagenbau

1) Grundlagen (Prinzip, Zusammensetzung, Entstehung, Nutzung, Vorkommen, Industrie, Fermenter)

Biogasanlagen sind Anlagen, welche der Erzeugung von Biomasse dienen. Neben dem Endprodukt des Biogases wird in diesen Anlagen als Nebenprodukt Dünger produziert. Die Biomasse wird in einer solchen Biogas Anlage durch die Vergärung verschiedener organischer Stoffe. Das Gas, welches hierbei entsteht kann vielfältig genutzt werden. Es wird beispielsweise zur Erzeugung von Strom und Wärme oder auch als Brennstoff eingesetzt.

Zudem kann es als Treibstoff für Fahrzeuge verwendet werden. Eine Biogasanlage ist aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt. Hierzu zählen der Fermenter (=Bioreaktor), das Güllelager und das Gaslager. Im Fermenter werden die Rohstoffe durch Gär- und Fäulnisprozesse zu dem Endprodukt Biogas umgewandelt. Biogas besteht zu etwa 40-75% aus Methan, zu 25-55% aus Kohlendioxid und zu 10% aus Wasserdampf. Zudem sind geringe Anteile Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff und Ammoniak im Biogas enthalten.

2) Biogasanlagen Kosten & Wirtschaftlichkeit (nach Leistungsgrößen)

Je nach Leistungsgröße, d.h. nach Höhe der KW erhöhen sich demnach auch die Investitionskosten. Allerdings wird der Strom, welcher in das Stromnetz eingespeist wird, vergütet und rechnet sich mit den Investitionskosten auf mehrere Jahre gesehen. Neben den Kosten der Anschaffung und des Baus einer Anlage stehen zudem noch die Kosten für die Einsatzstoffe, welche sich ebenfalls mit der Höhe der KW erhöhen. Als Einsatzstoffe können allerdings auch kostenlose Rohstoffe wie Gülle, Dung oder Jauche verwendet werden. Somit wird die Wirtschaftlichkeit um einiges erhöht. In der Regel sind allerdings die Kosten für eine Anlage innerhalb von 5 Jahren durch das Erzeugnis wieder eingebracht.

Einer der wirtschaftlichen Aspekte einer Biogasanlage ist die Nutzung von bisher ungenutzten Pflanzenteilen wie beispielsweise Zwischenfrüchten oder auch Kleegras. Die Erzeugung des Biogases kann zudem je nach Bedarf gesteuert werden.

3) Biogasanlagen Investment (Biogasfonds) & Finanzierung (Förderung)

Biogasanlagen haben in der Regel den Nachteil, sehr kostenintensiv zu sein. Für private Betreiber ist es lohnenswert, die Anlagen auf einen Antrag hin zu finanzieren. Dies wird in der Regel genehmigt, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt werden oder wenn das Unternehmen, welches den Bau fördert, ebenso Einnahmen mit der Biogasanlage erzielt.

4) Biogasanlagen und BHKW (mit KWK)

Im Moment wird Biogas vor allem dazu genutzt, Wärme und Strom in so genannten Blockheizkraftwerken zu erzeugen. Hier wird die Abwärme der Stromerzeugung direkt dort genutzt, wo sie entsteht. Der Grundgedanke eines BHKW liegt in der Nutzung von Wärme und Strom direkt vor Ort, während der Strom, welcher nicht gebraucht wird, in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird.

5) Biokraftstoff (Biogas als Treibstoff, Biodiesel , Tankstellen)

Biokraftstoffe lassen sich in verschiedene Stoffe einteilen. Hierzu zählen Bioethanol, Biodiesel, Biogas, Biomethanol, Biodimehylether, Biowasserstoff, synthetische Biokraftstoffe, Pflanzenöl oder auch Biobutanol. All diese Kraftstoffe werden aus Biomasse gewonnen. Die Verwendung des Biokraftstoffes zum Betreiben der Fahrzeuge soll zum Klimaschutz beitragen, da hiermit die Abhängigkeit von Erdöl erheblich verringert werden kann.

Ein großer Vorteil der Erzeugnisse einer Biogasanlage ist der, dass das Methan (sofern es gereinigt ist) als Treibstoff für Fahrzeuge genutzt werden kann. Hierbei wird kein Umbau der Fahrzeuge nötig (außer bei Pflanzenöl Kraftstoff, da dieser sehr zäh ist), da das Biodiesel bis zu 6% dem herkömmlichen Diesel, sowie das Bioethanol bis zu 6% dem herkömmlichen Benzin beigemischt werden kann.

6) Biogas als Brennstoff für die Heizungsanlage

Brennstoffe vereinigen sich in der Luft mit dem Sauerstoff durch Wärme und Lichtemission. Brennstoffe werden in der Regel in Verbindung mit einer Brennstoffzelle genutzt. Eine Brennstoffzelle wandelt unter ständiger Zufuhr eines Brennstoffes und eines Oxidationsmittels die chemische Energie in elektrische Energie um. Demnach ist die Brennstoffzelle ein Energiewandler und kein Energiespeicher.

Es ist sinnvoll Biogas als Brennstoff zu nutzen, da die Erzeugnisse von Biogasanlagen nicht immer vor Ort genutzt werden können aufgrund der schlechten Lage der Biogasanlagen. Wird das Biogas entsprechend aufbereitet, kann es als Brennstoff genutzt werden. Verschiedene Brennstoffzellen wie beispielsweise Schmelzkarbonat Brennstoffzellen ermöglichen einen hohen elektrischen Wirkungsgrad bei einer sehr geringen Emission.

Der eigentliche Brennstoff, welcher hierbei verwendet wird, ist der aus dem Methangas herausgefilterte Wasserstoff. Der Prozess der Gewinnung des Wasserstoffes aus dem Methangas verläuft unter sehr hohen Temperaturen im Inneren dieser Brennstoffzellen. Durch die hohen Temperaturen besteht bei Brennstoffzellen die Möglichkeit, die Abwärme gleichzeitig sinnvoll zu nutzen.

7) Einspeisung ins Erdgasnetz

Das Einspeisen des Stroms in das Stromnetz sowie das Einspeisen des Gases in das Erdgasnetz sind in Deutschland durch bestimmte Gesetze (EEG Erneuerbare Energien Gesetz) geregelt. Allerdings erhält der Betreiber einer Biogasanlage nur Vergütung, wenn elektrischer Strom in das Stromnetz eingespeist wird. Sobald das Erzeugnis nur thermisch verwendet wird oder nach der Reinigung und Verdichtung in das Erdgasnetz eingespeist wird, erhält der Betreiber keinerlei Vergütung.

8) Speicherung von Biogas

Biogas wird direkt in der Biogasanlage in einem dafür vorgesehenen Gasspeicher gespeichert. Sehr wichtig ist hierbei, dass der Gasspeicher luftdicht abgeschlossen ist und kein Gas entweichen kann. Oftmals bestehen Gasspeicher aus kunststoffbeschichteten und flexiblen Geweben, da das Gas sich bei Temperaturschwankungen ausdehnen kann. Dieses Material ist zudem sehr reißfest.

9) Biogas Potential & Zukunftsaussichten

Biogasanlage sind sehr umweltfreundlich (sofern sie gasdicht sind, da Methangas die Umwelt mehr gefährdet als CO2) und die Erzeugnisse einer Biogasanlage lassen sich vielfältig nutzen (Brennstoff, Treibstoff für Fahrzeuge, Stromerzeugung, Wärmeerzeugung). In der nachhaltigen Energieversorgung spielt Biomasse dementsprechend eine tragende Rolle.

10) Bau einer Biogasanlage

Auf den Bau von Biogasanlagen haben sich mittlerweile sehr viele Firmen spezialisiert. Der Bau einer Biogasanlage lässt sich in vier Bereiche gliedern:

1. die Idee,
2. die gesetzlichen Grundlagen und Planung
3. die Verfahren zur Genehmigung und letztendlich
4. die Inbetriebnahme der Biogasanlage.

Beim Bau einer Biogasanlage sind einige Aspekte zu beachten, welche in Punkt 12 aufgeführt werden. Zudem lässt sich (unter Berücksichtigung der in Punkt 12 genannten Sicherheitsvorkehrungen) durch einen vereinfachten Bau der Biogasanlage der Anschaffungswert der Anlage erheblich verringern. Es sollte darauf geachtet werden, dass genügend Fläche vorhanden ist, um eine Biogasanlage zu bauen.

11) unterschiedliche Anlagentypen (nach Rohstoffen)

Biogasanlagen lassen sich neben ihrer Größe und Leistung anhand der Verwendung verschiedener Rohstoffe unterscheiden. In der Regel werden für Biogasanlagen nur nachwachsende Rohstoffe (so genannte NaWaRo) verwendet. Diese Rohstoffe können als Produkte aus der Landwirtschaft, Bioabfall oder auch Gülle verwendet werden.

Wie schon in Punkt 2 (Biogasanlagen Kosten & Wirtschaftlichkeit) genannt, können hierbei auch bisher ungenutzte Teile von Pflanzen sinnvoll als Rohstoffe eingesetzt werden. Rohstoffe wie Gülle, Dung oder Jauche kosten in der Regel nichts und stehen frei zur Verfügung (allerdings sind sie nur in sehr großen Mengen gewinnbringend). Die Mengen an Biogas variieren mit dem verwendeten Rohstoff. Die größte Menge an Biogas kann demnach aus dem Teig- und Bäckereiindustrieabfall erzeugt werden.

Ein weiterer, sehr ergiebiger Rohstoff sind Altöle und Fette. Weitere Rohstoffe (genannt in der Reihenfolge ihrer Ergiebigkeit) sind Altbrot, Melasse, pflanzliche Fette, Hühnerdreck, Küchenabfall, Wachsabfall, Grassillage, Maissillage, Grünmaisschnitten, Bräuabfall, Wiesengras, Rübenschnitten, Sillage aus Zuckerrüben, ganze Rüben, Abfall von Kartoffeln, Spülabfall aus Milchbetrieben, Schweinejauche, ausgepresster Abfall aus Stärkefabrik und Kuhmist.

12) Fehler bei der Planung und beim Bau einer Biogasanlage

Um Fehler beim Bau einer Biogasanlage zu vermeiden, sollten einige Aspekte beachtet werden. Die oberirdischen Teile einer Biogasanlage müssen gut zugänglich und äußerst standfest sein. Die Anlagenteile, welche elektrisch leitfähig sind, sind miteinander, mit dem Schutzleiter und dem Erdleiter zu verbinden, so dass ein Potentialausgleich stattfindet.

Die Teile, in welchen sich Gas befindet, müssen ausreichend gegen Beschädigungen und chemische Einflüsse geschützt werden. Der Fermenter muss zudem mit Sicherheitseinrichtungen versehen sein, welche den Innendruck zu verändern mögen. Beifüllöffnungen müssen gegen ein Hineinstürzen gesichert sein. Vor allem aber müssen alle gefährlichen Bereiche durch deutlich angebrachte Warnschilder gekennzeichnet sein, um Gefahren zu vermindern und Unfälle zu vermeiden.