Wie funktioniert eine Biogasanlage?
Erfahren Sie, wie Biogasanlagen aus organischen Materialien wie Gülle und Energiepflanzen Strom und Wärme erzeugen.
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Biogas bildet sich, wenn organisches Material unter Sauerstoffausschluss von Mikroorganismen zersetzt wird. Dieser Prozess heißt Vergärung und findet natürlicherweise in Mooren oder im Pansen von Kühen statt. Er kann aber auch in technischen Anlagen nachgeahmt werden, um Biogas als Energieträger zu gewinnen.
Erneuerbare Energie
Da der Betrieb einer Biogasanlage ohne fossile Brennstoffe auskommt, zählt sie zu den erneuerbaren Energiequellen.
Biogas ist ein brennbares Gas, das meist in Verbrennungsmotoren – sogenannten Blockheizkraftwerken (BHKW) – in Strom und Wärme umgewandelt wird. Es kann aber auch zu Biomethan aufbereitet und ins Erdgasnetz eingespeist werden .
Die meisten der rund 9.900 Biogasanlagen in Deutschland sind in der Landwirtschaft zu finden, da dort organisches Material wie Mist und Gülle zum Vergären in ausreichender Menge vorhanden ist. Energiepflanzen wie Silomais oder Gras können dort außerdem selbst erzeugt und der Biogasanlage auf direktem Wege als Biomasse zugeführt werden. Die anfallenden Gärreste liefern einen hochwertigen Dünger, der auf den Feldern ausgebracht werden kann.
Laut Fachverband Biogas e. V. werden in deutschen Biogasanlagen rund 3,6 Terrawattstunden Strom erzeugt. Diese Menge reicht aus, um etwa 9,6 Millionen Haushalte zu versorgen. Das entspricht etwa sechs Prozent des gesamten Strombedarfs.
Funktionsweise einer Biogasanlage: In mehreren Schritten zum Ziel
Die Arbeitsweise von Biogasanlagen folgt stets demselben Prinzip. Wir stellen im Folgenden die wichtigsten Schritte vor:
Sammlung und Vorbereitung der Biomasse
Zunächst wird das organische Material – auch Substrat genannt – gesammelt. In der Landwirtschaft sind das meist Gülle, Mist oder extra für diesen Zweck angebaute Energiepflanzen. Zum Teil werden auch kommunale Bioabfälle und Reststoffe aus der Lebensmittelerzeugung vergärt.
Das Substrat wird in der sogenannten Vorgrube zwischengelagert und – falls nötig – gereinigt, zerkleinert oder weiter aufbereitet.
Die Vergärung im Fermenter
Im nächsten Schritt gelangt das Substrat in einen großen luftdichten Behälter, den sogenannten Fermenter. Dort zersetzen Mikroorganismen die organischen Stoffe. Da dieser Prozess unter Ausschluss von Sauerstoff stattfindet, wird er anaerobe Vergärung genannt.
Rindergülle enthält von Natur aus die benötigten Mikroorganismen, Schweinegülle hingegen weniger und Energiepflanzen gar nicht. Um den Prozess bei der Erstinbetriebnahme einer Biogasanlage zu beschleunigen, werden die benötigten Mikroorganismen in der Regel in ausreichender Menge "zugeimpft" – insbesondere, wenn Energiepflanzen vergärt werden. Dazu verwendet man häufig Gärrückstände aus anderen Biogasanlagen oder Rindergülle.
Um den Mikroorganismen optimale Bedingungen zu bieten, muss die Temperatur im Fermenter konstant gehalten werden. Meist liegt sie oberhalb von 35 Grad Celsius. Ein Teil der Wärme entsteht direkt durch die mikrobiellen Prozesse bei der Vergärung. Das reicht aber in der Regel nicht aus, um die optimalen Bedingungen für die Mikroorganismen zu halten. Deshalb wird zusätzliche Wärme von außen zugeführt. Diese Wärme kommt häufig aus dem Blockheizkraftwerk der Anlage, das mit dem erzeugten Biogas betrieben wird. So bleibt der Prozess energieeffizient.
Bei der Vergärung entsteht über verschiedene chemische Zwischenschritte das gewünschte Biogas, Dieses besteht hauptsächlich aus Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2). Neben dem Gas bleiben nährstoffreiche Gärreste zurück.
Biogasaufbereitung und -nutzung
Das im Fermenter erzeugte Biogas kann auf verschiedene Weise genutzt werden. Meistens wird es in BHKW verbrannt, um Strom zu erzeugen. Der produzierte Strom wird vom landwirtschaftlichen Betrieb entweder direkt verbraucht oder ins öffentliche Netz eingespeist.
Ein Teil der bei der Verstromung anfallenden Prozesswärme wird zum Beheizen der Fermenter genutzt. Der andere Teil kann entweder für die Beheizung von nahegelegenen Gebäuden oder zur Holz- oder Getreidetrocknung verwendet werden.
Biogas kann auch als Biomethan ins Erdgasnetz eingespeist werden. Da dafür definierte Qualitäten erforderlich sind, muss es vorher noch entsprechend gereinigt und aufbereitet werden.
Faktoren, die die Biogasausbeute beeinflussen
Wieviel Gas in einer Biogasanlage erzeugt werden kann, hängt zum einen von der Anlagengröße ab, zum anderen aber auch davon, welches Substrat vergärt wird. Besonders viel Biogas pro Tonne Frischmasse lässt sich aus Pflanzen wie Mais oder Gras herstellen. Bei Gülle und Mist ist die Ausbeute deutlich geringer, dafür fallen sie in landwirtschaftlichen Tierhaltungsbetrieben in großen Mengen an und sind gegenüber Energiepflanzen kostengünstiger verfügbar .
Vorteile und Nachteile der Biogaserzeugung
Die Nutzung von Biogas bietet Vorteile wie die Reduktion von Treibhausgasemissionen und die lokale Verfügbarkeit von speicherbarer erneuerbarer Energie. Kritisch wird allerdings der Anbau von Energiepflanzen gesehen, der zu Monokulturen und Flächenkonkurrenz führen kann. Was für und was gegen die Energieerzeugung aus Energiepflanzen spricht, wird in dem Artikel Energie aus nachwachsenden Rohstoffen diskutiert.
Letzte Aktualisierung: 07. Februar 2025
Weitere Informationen
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR): Themenportal Biogas
Fachverband Biogas e. V.: Branchenzahlen grafisch dargestellt
