Landwirtschaftliche Biogasanlagen
Energie, Wärme und Dünger in der Kreislaufwirtschaft
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C.A.R.M.E.N.
C.A.R.M.E.N. Centrales Agrar-Rohstoff-Marketing- und Entwicklungs-Netzwerk
ENERGETISCHE VERWERTUNG
Landwirtschaftliche Biogasanlagen
Energie, Wärme und Dünger in der Kreislaufwirtschaft
Ursprüngliches Motiv für die Ver-
gärung von Gülle war die Düngerein-
sparung. Vergorene Gülle zeichnet sich
durch einen verbesserten Güllewert
aus, d.h. die Flüssigkeit ist weniger
aggressiv und die enthaltenen Nährstof-
fe, insbesondere Stickstoff, sind für die
Pflanzen leichter verfügbar.
Als positiver Nebeneffekt der Ver-
gärung wurde die Wärmegewinnung
erkannt. Durch das Stromeinspeisege-
setz wurden auch die Potenziale der
Aus Agrarreststoffen
Stromerzeugung durch Kraft-Wärme-
Kopplung genutzt. Reine Gülleanlagen
entstehen Energie
führten jedoch zu keiner befriedigenden
Fermenterauslastung. Da biologische
Rest- und Abfallstoffe wie z. B. Fett aus
und Dünger
der Gastronomie sich sehr gut als
Kosubstrat für Biogasanlagen eignen,
boten sich Anlagenbetreiber als Abneh-
mer für diese Reststoffe an. Der Preis,
den die Betreiber für die Abnahme
erzielen konnten, war zunächst relativ
hoch, so dass die Zahl der Biogasanla-
gen stark anstieg, bis schließlich die
Zahl der Abnehmer so groß war, dass
die angebotenen Rest- und Abfallstoffe
nicht mehr ausreichten und die Vergü-
tung biogener Abfallstoffe sank.
Einfaches Ablaufschema einer
Biogasanlage
Neuerdings geht der Trend dahin,
landwirtschaftliche Flächen mit Ener-
giepflanzen zu bebauen und als Kosub-
Der Fermenter kann in liegender
strat in den Anlagen zu verwerten. Bis
oder stehender Bauweise aus Stahl bzw.
heute ist allerdings der Einsatz Nach-
Beton gefertigt sein und muss luft- und
wachsender Rohstoffe nicht immer wirt-
lichtundurchlässig sein. Es kann drei
schaftlich. Dennoch werden Energie-
Monate dauern, bis zum ersten Mal nach
pflanzen zunehmend als Kosubstrate
Inbetriebnahme eines neuen Fermenters
verwendet.
ausreichend Biogas erzeugt wird. Zur
Beschleunigung kann etwas Gärrest aus
Derzeit (Stand August 2004) gibt es
einer bestehenden Anlage zum Animp-
in Deutschland etwa 1.900 Biogasanla-
fen des Gärprozesses in den Fermenter
gen, ca. 600 davon sind in Bayern instal-
eingebracht werden. Die Prozesstempe-
liert. Unterstützt wird der Betrieb von
ratur wird meist im mesophilen Bereich,
Biogasanlagen durch verschiedene För-
auf etwa 33 bis 40° C, gehalten. Wichtig
derprogramme der Länder und des Bun-
ist eine konstante Fermentertemperatur.
des (z. B. durch das Erneuerbare Energi-
In der Flüssigkeit vorhandene anaerobe
en Gesetz, EEG).
Bakterien (Säure- und Methanbildner)
setzen organische Substanz in Methan
Technik und Kohlendioxid um. Der gesamte
Prozess gilt als stabil, wenn die Abbau-
Die Gülle fließt im einfachsten Fall
produkte der Säurebildner in symbioti-
vom Stall direkt in die Vorgrube und
scher Weise von den Methanbildnern zu
von dort in den Fermenter. Feste Sub-
Methan und Kohlenstoffdioxid weiter
strate können mit Hilfe von Eintrags-
verarbeitet werden.
schnecken, Eintragskolben, Einspül-
schächten o. Ä. direkt in den Fermenter Der Gärrest aus dem Fermenter wird
eingebracht werden. Als Substrat kann bis zur Ausbringung auf die landwirt-
in landwirtschaftlichen Biogasanlagen schaftlichen Flächen in einem Endlager
mit Ausnahme holzartiger Stoffe gespeichert. Eine umweltfreundliche Aus-
(Lignin) nahezu jegliche organische bringungsart ist die bodennahe Ausbrin-
Substanz vergoren werden. gung mittels Schleppschlauchtechnik.
C.A.R.M.E.N.
Das Substrat wird durch Verrühren Zur energetischen Verwertung kom-
Betreibermodelle
homogenisiert, was das Austreiben des men bei einer Leistung bis ca. 250 kWel
Gases unterstützt. Dieses besteht zu beinahe ausschließlich Anlagen mit Da in kleinstrukturierten Gebieten ein-
etwa 50 bis 65 Volumenprozent aus Zündstrahlmotor mit Heizöl EL als Zünd- zelne landwirtschaftliche Betriebe meist
öl zum Einsatz, während für eine Leis- nicht genug landwirtschaftliche Reststoffe
Methan, ca. 34 bis 49 Volumenprozent
tung über 250 kWel in der Regel Gas- für den wirtschaftlichen Betrieb einer Bio-
sind unverwertbares Kohlenstoffdioxid.
Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Stick- Otto-Motoren verwendet werden. gasanlage zur Verfügung stellen können,
bietet sich das Modell einer Gemein-
stoff, Sauerstoff und Wasserstoff ma-
Aufgrund der in den letzten Jahren schaftsbiogasanlage von mehreren Land-
chen weniger als ein Volumenprozent
steigenden Zahl von Komplettanbietern wirten an. Im Falle eines Zusammenschlus-
des Biogases aus. Die Gasaufbereitung
für Biogasanlagen werden die Anlagen ses ist eine GbR oder eine andere juristi-
erfolgt meist mittels biologischer Ent-
kaum noch auf dem Wege des sche Person Betreiber der Anlage. Um zu
schwefelung im Fermenter und einfa-
Selbstbaus durch den Landwirt reali- vermeiden, dass der Landwirt mit seinem
cher Auskondensation des Wasseranteils
siert. gesamten Privatvermögen haften muss,
im Biogas. Alternativ gibt es Module
wird versucht, Betreibermodelle wie z. B.
zur externen Entschwefelung. Möglich
1 Quelle: Weiland, Rieger, Ehrmann (2003) die GmbH & Co. KG anzuwenden.
ist auch die Zugabe von Eisenoxid-
lösungen zum Substrat, um den Schwe-
fel im Fermenter auszufällen und aus der
Technische Parameter:
Gasphase zurückzuhalten. Außerdem
" Erstmaliger Aufbau einer Methanbakterienkultur im Fermenter,
werden Filter angeboten, die mittels
Dauer: ca. 3 Monate
Aktivkohlefilter Schwefelwasserstoff
aus dem Biogasstrom entfernen.
" Ausschluss von Sauerstoff und Licht
Die Biogasspeicherung erfolgt über- " Ausreichend Wasser/Feuchte für die Bakterientätigkeit
wiegend drucklos im Kunststofffolien-
" Max. TS-Gehalt von 15 Prozent wegen Pumpfähigkeit
sack oder im Luftraum über der Flüssig-
" Ausreichende Homogenisierung und Entgasung des Substrates im
keit im Nachgärer.
gesamten Fermenterraum
Das erzeugte Biogas wird zum größ-
" Ausreichende Verweilzeiten, meist > 30 d
ten Teil zur Verstromung eingesetzt. Ein
" Große Oberfläche des Substrates bzw. möglichst kleine Partikel
Motor verbrennt das erzeugte Biogas
und treibt einen Generator an. Die elek-
" Maximale Raumbelastung meist bei ca. 4 kg oTS/d/m3 Fermenter
trische Energie wird ins öffentliche Netz
" Möglichst konstante Temperatur des Substrates
eingespeist bzw. teilweise auch dem
landwirtschaftlichen Hof abgetreten.
" Möglichst konstante Beschickung des Fermenters mit möglichst
Mit der Motor- und Abgasabwärme
homogenem Substrat
wird zunächst der Fermenter beheizt,
" Vorhandensein von Spurenelementen in ausreichender Menge
um dort die notwendige Gärtemperatur
zu erhalten. Zusätzlich ist die Behei-
" Konstanter pH-Wert bei zweistufigen Verfahren:
zung von Wohn- sowie Betriebsgebäu-
(die vier Stufen des Biogas-Bildungs-Prozesses finden in zwei Behältern statt)
den oder anderer Wärmeverbraucher,
Hydrolyse/Versäuerung 5,2 bis 6,3; Methanisierung 6,7 bis 7,5
z. B. die Verwendung für Trocknungs-
" C/N-Verhältnis bei zweistufigen Verfahren:
prozesse, möglich. Diese Kombination
Hydrolyse/Versäuerung 10 bis 45; Methanisierung 20 bis 30
von Verbrennungsmotor mit Elektroge-
" Nährstoffverhältnis C:N:P:S bei zweistufigen Verfahren:
nerator und Wärmetauscher nennt man
Hydrolyse/Versäuerung 500:15:5:3; Methanisierung 600:15:5:3
Blockheizkraftwerk (BHKW).
TS = Trockensubstanz, oTS= organische Trockensubstanz, d = Tag
Bei einstufigen Verfahren (alle vier
Stufen des Biogas-Bildungs-Prozesses
Ökonomie Einfaches Kalkulationsschema
finden in einem Behälter statt) ist so-
wohl in Bezug auf pH-Wert und C/N- Einnahmen Ausgaben
Verhältnis, als auch beim Nährstoffver-
Stromeinnahmen Fixkosten
hältnis das Optimum der Methanisie- Evtl. Wärmeeinnahmen Zinszahlung
Evtl. Verwertungserlöse Abschreibungen
rung (Stufen drei und vier des Biogas-
Bildungs-Prozesses) einzustellen, da die
Laufende Kosten
Methanbakterien empfindlicher sind
Arbeitszeit
bezüglich Milieubedingungen und
Zündöl
langsamer wachsen als Bakterienarten Stromzählerkosten
Versicherung
aus der Versäuerung ( Stufen eins und
Unterhalt Technik
zwei des Biogas-Bildungs-Prozesses).
Unterhalt Bau
Substratkosten
Gütesicherung
Anlagentypen1
Aufmischwasser
Ausbringung Gärrest
Mehr als 90 Prozent der in den letz-
u. a.
ten Jahren errichteten Biogasanlagen
Seit Einführung des EEG als Nachfol- kostenintensiven Projekte. Einnahmen
werden als Kofermentationsanlagen mit
ger des Stromeinspeisegesetzes im Jahr werden überwiegend aus dem Stromver-
dem Grundsubstrat Schweine- bzw.
2000 besteht für die Netzbetreiber eine kauf und der Stromgutschrift für vermie-
Rindergülle und Hühnerkot betrieben.
Abnahme- und Vergütungspflicht für dene Bezugskosten des landwirtschaftli-
Bei der Vergärung kommen in erster Strom, der durch Vergärung von Biomasse chen Betriebes erzielt. In obiger Tabelle ist
Linie Nassvergärungsverfahren zum gewonnen wurde. Die darin festgelegte ein einfaches Kalkulationsschema für die
Einsatz. Die Durchführung erfolgt hier- Vergütung für 20 Jahre auf Basis von Fest- Abschätzung der Wirtschaftlichkeit von
bei meist mit Hilfe von vollständig preisen ermöglicht erstmals die notwendi- Biogasanlagen mit möglichen Ein- bzw.
durchmischbaren Rührkesselreaktoren. ge Planungssicherheit für die relativ Ausgabenpositionen aufgeführt.
C.A.R.M.E.N.
Firma: Datum:
Betriebsanweisung
gemäß Å¼ 20 GefStoffV
Arbeitsbereich: Arbeitsplatz: Unterschrift:
Tätigkeit:
GEFAHRSTOFFBEZEICHNUNG
Gülle- und Biogase
Arbeitsbereiche: Biogasanlagen, Güllelagerstätten, etc.
(Schwefelwasserstoff H2S, Kohlendioxid CO2, Ammoniak NH3, Methan CH4)
Tätigkeiten: Aufrühren, Spülen, Pumpen, Umpumpen, Entnehmen von Gülle o. Substrat,
Reparatur- und Wartungsarbeiten, Aufenthalt in Gülle- oder Substratarbeitsbereichen
GEFAHREN FÜR MENSCH UND UMWELT
" Beim Aufrühren und Entnehmen von Gülle sowie bei Reparatur- und Wartungsarbeiten
können gefährliche Gaskonzentrationen entstehen
" Vergiftungsgefahr (H2S, NH3)
" Erstickungsgefahr (CO2)
" Explosionsgefahr (CH4)
SCHUTZMASSNAHMEN UND VERHALTENSREGELN
" Einstieg nur auf Anweisung und mit umluftunabhängigem Atemschutzgerät
und Sicherungsleine zulässig
" Betriebseinrichtungen zuverlässig gegen Einschalten sichern
" Sicherungsposten außerhalb der Anlage notwendig
" In der Umgebung nicht rauchen
" Nicht mit offenem Licht oder funkenschlagenden Werkzeugen umgehen
" Gefahrenstelle entsprechend kennzeichnen
VERHALTEN IM GEFAHRFALL
Einstieg zur Bergung Verunglückter nur zulässig, wenn der Einsteigende ein
umluftunabhängiges Atemschutzgerät trägt und zwei weitere Personen den
Einsteigenden mit einem Seil sichern, das außerhalb des Gefahrbereiches fest verankert ist.
Unbeteiligte warnen! Vorgesetzten informieren! Unfalltelefon: 110
ERSTE HILFE
" Für ausreichend Frischluft sorgen
" Arzt verständigen unter Hinweis auf Vergiftung durch Schwefelwasserstoff
" Ggf. Beatmungsmaßnahmen durchführen
Ersthelfer:
Herr/Frau Telefon:
SACHGERECHTE ENTSORGUNG
Ausbringen von Gülle nur unter Berücksichtigung der gesetzlichen Bestimmungen, u. a.
" Abfallgesetz
" Düngemittelgesetz
" Wasserhaushaltsgesetz
" Düngemittelverordnung, Düngemittelanwendungsverordnung
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