Prinzip – Komponenten – Anwendung
Biogas –Strom und Wärme aus der Natur
3 Vorteile der Energiealternative Biogas
4 Zur Geschichte der Biogasnutzung
5 Vom Landwirt zum Energiewirt/
Marktentwicklung
6 Flächenverfügbarkeit
7 Förderung durch das EEG
8 Grundlagen der Biogaserzeugung/
Biogasprozess
9 Einsatzstoffe zur Biogasgewinnung
10 Anwendung/Anlagenaufbau/
Komponenten einer Biogasanlage
12 Schema der Biogas-Verwertungskette/
Glossar
14 Voraussetzungen für eine Biogasanlage
15 Strom- und Wärmeproduktion/
Kosten und Wirtschaftlichkeit
17 Finanzierung
18 Rechtliche Anforderungen an Biogasanlagen/
Genehmigung von Biogasanlagen/
Betrieb und Überwachung
19 Kontrollierte Prozessführung/
Temperaturen der Biogaserzeugung/
Indikatoren der Prozessqualität
20 Die Biogasanlage Schwandorf
21 Der Eigenstrombedarf von Biogasanlagen
22 Weiterführende Informationen
Inha
lt Der Klimawandel, die Belastung der Um-
welt, die Importabhängigkeit, steigende
Energiepreise und die knapper wer-
denden fossilen Energieträger machen
ein Umdenken beim Thema Energie er-
forderlich. Der Einsatz von erneuerbaren
Energien muss forciert und Energie muss
effizienter genutzt werden als bisher.
Der dezentralen, autarken Energieversor-
gung, wie z. B. durch Nutzung von Biogas,
kommt dabei eine besondere Bedeutung
zu. Mit Biogas ist es möglich, ökologisch
und ökonomisch sinnvoll zur Lösung der
genannten Probleme beizutragen und
zugleich die Energieversorgung in Form
von Strom und Wärme, sowie die Mobi-
lität zu sichern. Zudem kann Biogas hei-
mische Arbeitsplätze erhalten und neue
schaffen.
Der von E.ON Bayern betreute Solar-
energieförderverein Bayern e. V. (SeV) hat
sich zur Aufgabe gemacht, auf Solarener-
gie basierende Energien zu fördern. Die
Möglichkeiten der Biogasnutzung sind
in der Öffentlichkeit noch wenig bekannt.
Mit dieser Broschüre will der SeV über
Prinzip, Funktion und Einsatzbereiche
von Biogasanlagen informieren und das
Potenzial und die Zukunftsfähigkeit von
Biogas belegen.
2Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
3Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Vorteile der Energiealternative Biogas
Biogas ist eine dezentral verfügbare
erneuerbare Energieform, die fossile
Brennstoffe ersetzen kann. Es entsteht
durch Vergärung tierischer und pflanz-
licher Stoffe unter Luftabschluss. Biogas
besteht zu etwa 50 - 70 % aus Methan:
Es kann als Energieträger zur Strom-
erzeugung und Wärmeversorgung in
Blockheizkraftwerken (BHKW) sowie als
Treibstoff eingesetzt werden. Nach spe-
zieller Aufbereitung kann Biogas zudem
ins Erdgasnetz eingespeist werden.
Die Nutzung erfolgt idealerweise durch
Kraft-Wärme-Kopplung. Das Biogas wird
in einem BHKW zur gleichzeitigen Strom-
und Wärmeerzeugung eingesetzt. Aus
1 m3 Biogas lassen sich etwa 2 kWh
Strom und 2,5 kWh Wärme erzeugen.
Allerdings wird die Wärme derzeit nur
in den seltensten Fällen genutzt, weil
Wärmenetze und -senken an Biogas-
standorten häufig fehlen.
Durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz
(EEG) ist die Bedeutung von Biogas in
Deutschland erheblich gewachsen. Für
die Einspeisung des erzeugten Stroms in
das öffentliche Netz erhält der Betreiber
eine Vergütung, die, verbunden mit den
Boni für Kraft-Wärme-Kopplung und die
Nutzung nachwachsender Rohstoffe,
den Betrieb von kompetent geführten
Biogasanlagen wirtschaftlich macht.
Die Erzeugung und Nutzung von Biogas
ist überall dort möglich, wo größere
Mengen organischer Abfälle direkt vor Ort
anfallen oder wo anderweitig organische
Stoffe zur Verfügung stehen. Neben der
Landwirtschaft ist die Biogasnutzung
auch für andere Branchen – etwa Lebens-
mittel, Brauereien – interessant.
Das regenerative Biogas muss nicht
importiert werden. Sein Preis ist von
steigenden Öl- und Gaspreisen nahezu
abgekoppelt. Gegenüber den weiteren
erneuerbaren Energien Windkraft und
Photovoltaik hat Biogas den Vorteil, dass
Biogas gehört in die Gruppe der Biomasse, die definiert wird als „gespeicher-
te Energie, die von Pflanzen mit Hilfe der Photosynthese aus Sonnenenergie,
aus Kohlenstoff der Luft sowie aus Wasser und Mineralien produziert wird.
Es handelt sich um organische Stoffe, in der Natur lebende und wachsende
Materie sowie Abfallstoffe lebender und toter Organismen“ (BINE, 1996).
Im Sinne einer ökologischen Kreislauf- und einer umweltfreundlichen Abfall-
wirtschaft schont die Biogasgewinnung Klima, Umwelt und Ressourcen. Mit
Hilfe des Einsatzes von Energiepflanzen, organischen Abfällen und Reststoffen
aus der Landwirtschaft sowie Abfallstoffen aus Industrie, Gewerbe und Kom-
munen entsteht ein neuer Energieträger, mit dem Strom, Wärme und Kraftstoff
erzeugt werden.
Biogasanlage (Foto: Schmack Biogas)
Verdienstmöglichkeiten
Biogas bietet verschiedene Einnah-mequellen, die je nach Situation variieren.
• Eigenbetrieb als Energiewirt:- Verkauf des erzeugten Stroms - Abgabe von Wärme - Wirtschaftsdünger- Entsorgung von Abfällen • Betreiber für Investoren:- Pachteinnahmen - Anbau von Substraten- Arbeitsleistung beim Betrieb
Energie kontinuierlich erzeugt, aber auch
auf einfache Weise gespeichert werden
kann. Biogas kann damit einem konventio-
nellen Kraftwerk vergleichbar eingesetzt
werden, etwa für Spitzenstrom. Dies führt
zu einer immer intensiveren Verbindung
von Energie- und Landwirtschaft.
Auch der Aspekt der umweltschonenden
Energieversorgung aus heimischen und
nachwachsenden Produkten spricht für
den vermehrten Einsatz von Biogas. Die
Kohlendioxidbilanz der Energiegewin-
nung aus Pflanzen ist bei Biogas neutral.
Beim Einsatz von Gülle ist der Vorteil für
die Umwelt die kontrollierte Methan-
erzeugung, anstelle eines unkontrollier-
ten Ausströmens in die Atmosphäre.
Über besondere Gas-Aufbereitungs-
verfahren kann Biogas zudem auch ins
Erdgasnetz eingespeist werden und da-
mit diesen begrenzten Energieträger in
Zukunft teilweise ersetzen. Nach einer
Studie des Bundesverbandes der Gas-
und Wasserwirtschaft kann Biogas bis
2030 über 10 % des Erdgasabsatzes er-
setzen und damit einen Beitrag zu einer
krisensicheren, preisstabilen, heimischen
Energieversorgung leisten. Es ließen sich
auch Verbraucher beliefern, die nicht
mehr zwangsläufig in unmittelbarer
Nähe zur Biogasanlage angesiedelt sind.
Zur Geschichte der Biogasnutzung
Mit der Entdeckung „brennbarer Luft“ in Seeschlamm (Sumpf-
gas = Methan) durch Alessandro Volta, begann 1776 die Erfor-
schung von Biogas.
1821 identifizierte Michael Faraday Methan als Kohlenwasser-
stoff. Amedeo Avogadro entdeckte im gleichen Jahr die che-
mische Formel für Methan – CH4.
Die technische Nutzung von Biogas beginnt Mitte des 19. Jahr-
hunderts in Indien. Das aus wenigen Kubikmetern Fermenter-
volumen anfallende Biogas diente zur Deckung des Energiebe-
darfes im Haushalt.
1868 entdeckte Antoine Béchamp den mikrobiellen Ursprung
der Methanbildung.
Mit der Nutzung von Klärgas für die Straßenbeleuchtung in
Exeter, England, begann in Europa Ende des 19. Jahrhunderts
eine über den Haushaltsbedarf hinausgehende Erzeugung. In
der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde Klärgas in groß-
em Maßstab für die Beleuchtung und für städtische Fuhrparks
eingesetzt.
Erst nach dem 2. Weltkrieg wird die Landwirtschaft als poten-
zieller Lieferant für Biogas entdeckt. In Deutschland bewies
Karl Imhoff 1947, dass der Stallmist einer einzigen Kuh hundert mal so viel Gas
erzeugt wie der Klärschlamm eines städtischen Einwohners. In einer ersten Welle
entstanden Anfang der 50er Jahre rd. 50 Biogasanlagen, konnten sich aber gegen
das billige Heizöl Mitte der 50er Jahre nicht durchsetzen. Erst Anfang der 1970er
Jahre setzte durch die Ölkrise erneut eine verstärkte Nachfrage nach Biogas ein,
aber auch diese 2. Welle verebbte angesichts günstiger Mineralölpreise.
Ihren noch heute anhaltenden Schub erhielt die Biogastechnologie in den 1990er
Jahren. Die gesetzliche Regelung der Einspeisevergütung für Strom aus Biogas
(1992) und das 1994 verabschiedete Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz führ-
ten zu diesem Aufschwung. 2000 löste das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
das Stromeinspeisungsgesetz ab und sorgt, insbesondere auch mit seiner No-
vellierung 2004, bis heute für eine stark steigende Zahl von Biogasanlagen in
Deutschland.
4Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Anzahl der Biogasanlagen ca. 3.700
Installierte elektrische Leistung ca. 1.300 MWel
Neuzubau ca. 200 MWel
Stromerzeugung rd. 6 Mrd. kWh
Anteil an deutscher Stromprod. rd. 1 %
Geschätzter Umsatz Anlagenbau 1 Mrd. EUR/a
Arbeitsplätze rd. 10.000
Nutzfläche für Biogas ca. 325.000 ha
Vermiedene CO2-Emissionen 6 Mio. t CO2-Äquivalent
(entspricht der Verfeue-
rung von rd. 2 Mrd.
Liter Heizöl EL)
Biogasbranche in Deutschland 2007
Vom Landwirt zum Energie-wirt
Biogas kann der Landwirtschaft ein zu-
sätzliches Standbein und ein langfristi-
ges Zusatzeinkommen bieten. Die Wert-
schöpfung über Bioenergie ist eine relativ
sichere Perspektive, da fossile Energieträ-
ger stetig teurer werden und die Erlöse
aus Biogas über das EEG gesichert sind.
Die Reststoffe der Biogasanlagen dienen
überdies als hochwertiger, geruchsarmer
Dünger. Ein Landwirt, der den Schritt zum
„Energiewirt“ geht, hat nach den gleichen
Gesetzmäßigkeiten und Vorschriften zu
handeln wie bisher. Er wirtschaftet also
auf vertrautem Boden.
Von Biogasanlagen profitieren nicht nur
Landwirte, sondern auch Bauunterneh-
mer, Anlagenhersteller, Maschinenbauer,
Installateure, Chemiker und Wartungs-
unternehmen aus der Region. Die Wert-
schöpfungskette ist rein inländisch.
Marktentwicklung
In der Regel brauchen Zukunftstechno-
logien eine Anschubfinanzierung, damit
sie sich am Markt durchsetzen können.
Um für die Nutzer einen wirtschaftlichen
Betrieb zu gewährleisten, sind z. B. staat-
liche Förderprogramme eine wichtige
Hilfe. In Deutschland wurde mit dem In-
Kraft-Treten des Erneuerbare-Energien-
Gesetzes (EEG) im Jahr 2000 Investoren
eine stabile Vergütung für den aus Bio-
Einsatzstoffe
• Gülle, Mist (unproblematisch)
• Energiepflanzen: Gras, Mais, Getreide (technisch schwieriger)
• Abfälle aus der Lebens- oder Futtermittelindustrie
(genehmigungsbedürftig)
• Biomüll, Produkte tierischen Ursprungs, z. B. Schlachtabfälle
(genehmigungsbedürftig; schwierig zu vergären)
Die Reststoffe aus Biogasanlagen, z. B. die vergorene Gülle aus der Landwirt-
schaft, können als hochwertiger Dünger verwendet werden. Geruchsemissionen
sind hierbei minimiert.
5Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Flächenverfügbarkeit
Das größte Potenzial zur Biogasgewin-
nung liegt beim Einsatz von speziell an-
zubauenden nachwachsenden Rohstof-
fen (NawaRo). Die landwirtschaftliche
Ackerfläche in Deutschland beträgt fast
12 Millionen Hektar und wird größtenteils
zur Nahrungsmittelproduktion genutzt.
In Deutschland wurde 2007 Bioenergie
auf einer Fläche von knapp 2 Mio. Hektar
angebaut, davon rd. 25 % auf Stilllegungs-
flächen.
Flächennutzung in Deutschland
53 %landwirt-schaftliche Fläche
30 %Wald
13 %bebaut
Wasser 2 % Sonstige 2 %
energie produzierten elektrischen Strom
garantiert. Dadurch wuchs die Zahl an
Biogasanlagen.
Für die Umwandlung pflanzlicher und
tierischer Abfallstoffe sowie von Energie-
pflanzen in elektrische und Wärme-Ener-
gie ist inzwischen bundesweit eine elek-
trische Gesamtleistung von über 1.000
Megawatt (MW) installiert (1 MW = 1.000
Kilowatt/Ende 2006 1.200 MW in ca. 3.500
Anlagen). Im Jahr 2006 sind hieraus rd. 5
Mrd. kWh Strom geliefert worden. Dies ist
mehr als das doppelte der Energieerzeu-
gung, die von den Solarstromanlagen im
gleichen Jahr gekommen ist.
Zwei Drittel des Umsatzes der mittel-
ständischen Unternehmen fließen heute
direkt in die Region des jeweiligen Stand-
ortes.
Die meisten Biogas-Anlagen stehen in
Bayern. 1.500 Biogasanlagen speisen hier
etwa 330 MW Strom in das Netz ein. Rd.
7 % der landwirtschaftlichen Ackerfläche
(150.000 ha) werden für die notwendigen
Energiepflanzen genutzt. Niedersachsen
ist bei der installierten Leistung füh-
rend. Der Trend geht hin zu Anlagen
höherer Leistung mit mehreren 100 bis
1.000 Kilowatt. Auch Projekte mit mehre-
ren Megawatt elektrischer Leistung wur-
den bereits realisiert.
6Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Biogasanlage (Foto: EnviTec Biogas)
(Quelle: Statistisches Bundesamt)
Wenn die landwirtschaftlichen Flächen
künftig signifikant zur Energieversor-
gung genutzt werden, kann dies auch
Rückwirkungen auf den Nahrungsmittel-
markt haben. Die steigenden Lebensmit-
telpreise in 2007 sind ein erster Indikator
hierfür, auch wenn die Ursachen noch
nicht in Deutschland liegen, sondern auf
die anhaltende Dürre in Australien, den
massiven Einstieg einiger Länder in die
Biokraftstoff-Herstellung und den gestie-
genenen Getreidebedarf in Asien zurück-
Förderung durch das EEG
Mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz
(EEG) hat die Bundesregierung einen wich-
tigen Schritt zur Förderung Erneuerbarer
Energien getan. Auch Biomasse – und als
Teilbereich davon das Biogas – wird berück-
sichtigt. Für die Betreiber von Biogasanla-
gen wurde durch die Einspeisevergütung
eine Förderung geschaffen, mit der die Wirt-
schaftlichkeit dieser Anlagen für den Betrei-
ber erreicht werden kann.
Vergütung für Strom aus Biomasse (§ 8 EEG) bei Inbetriebnahme 2008 (in ct/kWh)
Anlagenleistung bis 150 kWel bis 500 kWel bis 5 MWel über 5 MWel
10,83 9,32 8,38 7,91
NawaRo-Bonus Erhöhung der Mindestvergütung bei Stromerzeugung aus- schließlich aus Pflanzen, Pflanzenbestandteilen, Gülle aus der Tierhaltung und Schlempe aus landwirtschaftlicher
+ 6,00 + 6,00 + 4,00 –
KWK-BonusNachweis, dass Strom gemäß Kraft-Wärme-Kopplungs-gesetz erzeugt wird (Zertifizierung)
+ 2,00 + 2,00 + 2,00 + 2,00
Technologie-Bonusfür thermochemische Vergasung, Trockenfermentation, Brennstoffzellen, Gasturbinen, Dampfmotoren, Organic-Rankine-Anlagen, Mehrstoffgemisch-Anlagen, insbes.
+ 2,00 + 2,00 + 2,00 –
Vergütungszeitraum: 20 Jahre + Jahr der InbetriebnahmeJährliche Absenkung der Mindestvergütung um 1,5 % zum Vorjahr bei Inbetriebnahme im nächsten Jahr
7Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
zuführen sind. In Deutschland ließe sich
die Anbaufläche für Biogas noch verdop-
peln, ohne dass die Selbstversorgung
berührt würde. Es ist davon auszugehen,
dass dem Bedarf der Nahrungsmittel-
produktion entsprechend, die Flächen
ausgewiesen werden und auf eine stärke-
re Verwendung von Reststoffen wie Gülle
geachtet wird.
Schematische Darstellung des anaeroben Abbaus
Ausgangsmaterial(Eiweiße, Kohlenhydrate, Proteine)
Hydrolyse (fermentative Bakterien)
einfache organische Bausteine(Aminosäuren, Fettsäuren, Zucker)
Säurebildung
niedere Fettsäuren weitere Produkte Propionsäre, Buttersäure Milchsäure, Alkohole etc.
Essigsäurebildung
Essigsäure H2 + CO2
Methanbildung
BiogasCH4 + CO2
1. Phase
2. Phase
3. Phase
4. Phase
Grundlagen der Biogas-erzeugung
Biogas ist ein brennbares Gasgemisch,
das bei der anaeroben Vergärung von
organischem Material entsteht. Anaerob
heißt, dass der Prozess unter Ausschluss
von Sauerstoff läuft (derselbe Prozess
unter Lufteinwirkung wäre die Kompos-
tierung). Das gewonnene Gas lässt sich
in einem BHKW verbrennen, wobei Strom
und Wärme erzeugt werden.
Biogas ist das Produkt eines biologischen
Prozesses, der in der Natur häufig dort
auftritt, wo Biomasse in feuchtem und
luftdichtem Milieu verrottet, z. B. im Pan-
sen von Wiederkäuern und in Güllegru-
ben. Hier wird organische Masse nahe-
zu vollständig in Gas umgewandelt. Der
Prozess läuft durch die aktive Wirkung
von Mikroorganismen ab. Dieses Biogas
besteht zu rd. zwei Dritteln aus Methan
und zu einem Drittel aus Kohlendioxid. In
geringen Mengen sind noch Wasserstoff,
Schwefelwasserstoff, Ammoniak und
andere Spurenelemente enthalten. Die
Methanbakterien sind in einem Tempera-
turbereich von 0 - 70 °C aktiv und können
nur arbeiten und sich vermehren, wenn
ihr Lebensraum einen Feuchtegrad von
mindestens 50 % aufweist.
Der Biogasprozess
Der Biogasprozess verläuft über vier Pha-
sen. Die erste Phase ist die Hydrolyse. Die
festen Substanzen werden durch bakte-
rielle Enzyme in einfachere Bestandteile
zerlegt. In der zweiten Phase erfolgt die
Säurebildung. Die gelösten Stoffe wer-
den von Bakterien zu niedermolekularen
organischen Säuren abgebaut. Dabei ent-
stehen Propionsäure, Buttersäure, Milch-
säure, Essigsäure, Alkohole und zu einem
geringen Teil Kohlendioxid, Wasserstoff,
Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Die
dritte Phase ist die Essigsäurebildung. Die
niedermolekularen organischen Säuren
und Alkohole werden von Bakterien zu
Essigsäure, Kohlendioxid und Wasserstoff
abgebaut. In der letzten Phase der Vergä-
rung erfolgt die Methanbildung. Die Es-
sigsäure wird von den aktiven Bakterien
in Methan, Kohlendioxid und Wasserstoff
umgewandelt.
Die Temperatur hat einen wichtigen Ein-
fluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit
des Faulprozesses und auf die Gaszusam-
mensetzung. Der Säurewert muss in der
Phase der Hydrolyse niedriger liegen als
in der Phase der Acetat- und Methanbil-
dung. Es ist außerdem darauf zu achten,
dass der Wassergehalt des Substrats
mind. 50 % ausmacht und der Gärbehälter
absolut luftdicht gehalten wird. Die Entga-
sung des Substrats muss durch regelmä-
ßiges Rühren gewährleistet werden. Und
die Bakterien dürfen nicht durch zu hohe
Gaben von organischer Trockensubstanz
überfordert werden.
8Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Einsatzsubstrate
landwirtschaftliche Stoffe nach der Verordnung organische Reststoffe kommunale und gewerblicheStoffe (EG) Nr. 1774/2002 aus der Industrie Reststoffe
• Flüssigmist • Schlachtabfälle u. a. • Lebensmittelindustrie • Biotonne• Festmist • sonstige Industrie • Gastronomie• Reststoffe aus der • Grüngut Pflanzenproduktion• nachwachsende Rohstoffe (NawaRo)
Spezifische Gasausbeute verschiedener Gärsubstrate (m3 Biogas/t Substrat) (Landtechnik Weihenstephan)
Einsatzstoffe zur Biogas-gewinnung
Es werden abbaubare organische Subs-
trate eingesetzt; in landwirtschaftlichen
Anlagen überwiegend Gülle aus dem
Viehbestand und nachwachsende Roh-
stoffe. Um die Biogaserzeugung zu er-
höhen, können andere organische Stoffe
wie z. B. Grüngut mit vergoren werden
(sog. Kofermentation).
Als Einsatzstoffe für die Biogaserzeugung
eignen sich grundsätzlich alle Arten von
Biomassen, deren Hauptkomponenten
Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette, Cellulose
und Hemicellulose sind. Lignin und lignin-
krustierte Cellulose, d. h. die strukturge-
bende Komponente von Holz und Stroh,
sind als Substrat ungeeignet.
Bei den Einsatzstoffen handelt es sich zu-
nächst um Rest- oder Nebenprodukte. Sie
stammen aus Primärproduktionen der
Landwirtschaft, aus der industriellen Ver-
arbeitung pflanzlicher Produkte, aus der
Gemüse verarbeitenden Industrie, aus
der Aufbereitung tierischer Erzeugnisse,
aus der Kommunalentsorgung und der
Landschaftspflege.
25 Rindergülle
36 Schweinegülle
35 Kartoffelschlempe
39 Labmolke
68 Kartoffelschälabfälle
70 Massezuckerrübe
90 Zuckerrübenblattsilage
93 Gehaltsfutterrübe
103 Wiesengras 1. Schnitt
129 Biertreber siliert
155 Grünmais Teigreife
171 Maissilage
195 Grassilage 1. Schnitt
220 Speiseabfälle
400 Flotatfett
469 Melasse
486 Altbrot
552 Rapskuchen (15 % Fett)
600 Altfett
657 Backabfälle
Nachwachsender Rohstoff, z. B. Mais,
Getreide und Rüben, verfügt über einen
hohen Energiegehalt. Mais ist aufgrund
seiner hohen Ertragsfähigkeit, der be-
währten Produktionstechnik und der
relativ einfachen Konservierbarkeit ide-
9Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
al für die Verwertung in Biogasanlagen
geeignet.
Anwendung
Haupteinsatzbereich des Biogases ist
zurzeit die dezentrale Strom- und Wärme-
erzeugung in Blockheizkraftwerken. Ein
mit Biogas befeuerter Verbrennungs-
motor treibt hier einen Generator zur
Stromerzeugung an. Die Abwärme des
Motors sowie der Wärmeinhalt der Ab-
gase werden zur Beheizung des Faul-
behälters und zum Beheizen und zur
Brauchwarmwasserversorgung in der
Nähe liegender Gebäude eingesetzt.
Biogas kann auch als Kraftstoff und als
Energieträger für Mikrogasturbinen, Stir-
lingmotoren oder in Zukunft für Brenn-
stoffzellen verwendet werden.
Mit Blockheizkraftwerken können Büro-
gebäude, Schulen, Krankenhäuser, Wohn-
komplexe zuverlässig beheizt werden.
Derzeit steht die Stromproduktion oft
noch im Vordergrund. Für den wirtschaft-
lichen Betrieb nimmt die Wärmebereit-
stellung aus Biogas aber einen zentralen
Stellwert ein.
Prinzipieller Anlagenaufbau
Eine Biogasanlage besteht aus den
Komponenten Vorbehälter (Vorgrube),
Feststoffdosierer, mindestens einem
Faulbehälter (Fermenter) und einem La-
gerbehälter für die Gärrückstände (Gül-
lelager). Hinzu kommen ein Gasspeicher,
die Gasreinigung und, für die Nutzung
des Biogases vor Ort, das BHKW.
Komponenten einer Biogas-anlage
Das Substrat wird durch eine Anliefer-
oder Übernahmestation bereitgestellt.
Dort kann es vor seinem Einsatz aufberei-
tet werden (Zerkleinerung, Vormischung,
Störstoffsortierung oder Hygienisierung).
Durch ein Rührgerät werden die Substra-
te vermischt und das Material homoge-
nisiert. Anschließend wird es durch eine
Pumpe in den Fermenter befördert. Zur
10Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
In Bau befindliche 20 MW Biogasanlage in Penkun (Foto: EnviTec Biogas)
Einbringung der Substrate werden Kratz-
bodenförderer, Einbringschnecken und
Dosierwalzen verwendet.
Die Vergärung findet im Herz der Bio-
gasanlage statt, dem Faulbehälter bzw.
Fermenter. Er kann aus Stahl oder Beton
bestehen, rechteckig oder zylindrisch, lie-
gend oder stehend sein. Unabhängig von
der baulichen Ausführung des Fermen-
ters müssen folgende Voraussetzungen
erfüllt werden:
• Licht- und Luftabschluss
• Flüssigkeits- und Gasdichtigkeit
• Beheizbarkeit, gute Wärmedämmung
Das erzeugte Biogas wird in einem Gas-
speicher aufgefangen, der zumeist Teil
des Fermenters ist. Die Speicherkapazität
richtet sich nach der täglichen Gasproduk-
tion und der Verwendung des Biogases.
Am gebräuchlichsten sind Niederdruck-
speicher, insbesondere in Form von Folien-
hauben, die direkt auf dem Fermenter
angebracht werden bzw. auch separate
Folienbehälter. Die Folie muss UV-bestän-
dig, gasdicht und druckfest sein.
Vom Fermenter gelangt das ausgefaulte
Substrat, das nicht direkt verwertet wer-
den kann, in das Zwischenlager (Gärrück-
standslager). Dieses kann durch eine
Abdeckung zum Nachgärbehälter ausge-
baut werden, was die Nutzung der Bio-
masse aus der Nachgärung ermöglicht.
Durch die Fermentation ist das vergorene
Substrat geruchsarm.
Vor seiner Verwendung wird das erzeugte
Biogas über eine Gasstrecke mit Mess-
einrichtungen (u. a. Temperatur und pH-
Wert), Kondensatabscheider, Entschwe-
felung und sonstiger Gasreinigung und
der bei Gasen erforderlichen Sicherheits-
technik geführt. Am Ende der Kette steht
meist das Blockheizkraftwerk zur Biogas-
verwertung für die Produktion von Strom
und Wärme. Von der hier erzeugten Wär-
me werden etwa 20 % wieder in den Fer-
mentationsprozess zurückgeführt.
Rührwerke sorgen in der Vorgrube und
dem Fermenter für die Durchmischung
der Substrate. Dabei wird das unvergo-
rene Substrat mit aktiven Bakterien des
vergorenen Substrates „geimpft“. Die An-
zahl der Rührwerke im Fermenter ist von
der Behältergröße und den eingesetzten
Gärsubstraten abhängig. Im Fermenter
sorgen Rührwerke für die Zerstörung von
Sink- und Schwimmschichten. Durch die
Rührbewegung wird auch das Entweichen
Komponenten einer Biogasanlage
• Vorgrube/Feststoffannahme
• Fermenter
• Rührwerke
• Pumpen/Schnecken
• Gasspeicher
• Mess- und Steuerungstechnik
• Blockheizkraftwerk
• Gärrestlager
11Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
des Gases aus dem Substrat unterstützt.
Zur Vermeidung von Schwimmschichten
können die Propeller waagerecht, senk-
recht oder diagonal eingesetzt werden
und sind optional auch höhenverstellbar.
Pumpen werden benötigt, um Höhen-
unterschiede zwischen den einzelnen
Komponenten der Anlage zu überwin-
den. Zudem beschicken oder entleeren
sie z. B. den Fermenter. Die eingesetzten
Pumpen stammen im Allgemeinen aus
der Gülletechnik und werden durch Elek-
tromotoren angetrieben. Die Auswahl
der Pumpe ist abhängig von den Rühr-
einrichtungen und den Rührintervallen.
Eine sorgfältige Abstimmung dieser drei
Komponenten ist für eine optimale Pro-
zessstabilität erforderlich.
Blockheizkraftwerk (Fachverband Biogas)
Blick in den Fermenter (Fachverband Biogas)
-
12Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Substratanbau
Substrat-anlieferung
Substratlager
Biogaserzeugung
Gärrestlager
Substrat-ausbringung
BHKW
Wärmeabnehmer Stromnetz
Bio-Erdgas-aufbereitung
Gasnetz
Schema der Biogas-VerwertungsketteAnbau – Anlieferung – Biogaserzeugung – Umwandlung in Strom und Wärme oder Aufbereitung zur Einspeisung in das Erdgasnetz oder in Biokraftstoff – Verwertung der Reste als Dünger
-
13Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Glossar
Biogasanlage =Anlage zur Erzeugung, Lagerung und Verwertung von Biogas unter Einschluss aller dem Betrieb die-nenden Einrichtungen und Bauten. Die Erzeugung erfolgt aus der Vergärung organischer Stoffe
Biomasse =biologisch abbaubare Erzeugnisse, Abfälle und Rückstände der Land-wirtschaft (einschließlich pflanz-licher und tierischer Stoffe), der Forstwirtschaft und damit verbun-dener Industriezweige
Blockheizkraftwerk (BHKW) =Aggregat zur Erzeugung von elek-trischer Energie und Wärme auf der Basis eines Motors und eines daran gekoppelten Generators.
Fermenter = Behälter, in dem der mikrobiolo-gische Abbau des Substrats und gleichzeitig die Biogasbildung stattfindet
Feststoffeinbringung =Verfahren zur Einbringen von nicht pumpfähigen Substraten oder Substratgemischen direkt in den Fermenter
Gärrest = Teil des Substrates, der den Fer-menter nicht als Gas verlässt
Gasausbeute = Relation zwischen dem einge-brachten Substrat und der in Ab-hängigkeit zur Verweilzeit erreich-ten Gasbildung
Gasspeicher =Gasdichter Behälter oder Folien-sack, in dem das Biogas zwischen-gespeichert wird
GVE =Großvieheinheit (eine Großviehein-heit entspricht kumulierten 500 kg Lebendgewicht von Tieren)
Kofermentation = gemeinsame Vergärung von Tier-exkrementen aus der Landwirtschaft mit Biomasse oder mit festen orga-nischen Abfällen
Kosubstrat = zur Vergärung bestimmter orga-nischer Stoff, der kein Wirtschafts-dünger ist
Kraft-Wärme-Kopplung =Gleichzeitige Umwandlung von eingesetzter Energie in elektrische (oder mechanische) Energie und in Wärme, die zur energetischen Nut-zung bestimmt ist (Nutzwärme)
Methangas = farbloses, geruchloses und ungif-tiges Gas. Verbrennt zu Kohlendio-xid und Wasser
Nachwachsende Rohstoffe (NawaRo) =Sammelbegriff für land- und forst-wirtschaftlich erzeugte Rohstoffe, die nach der Aufbereitung einer weiteren technischen oder ener-getischen Anwendung zugeführt werden können
organischer Trockensubstanzanteil (oTM) = um den Wasseranteil und die anorganische Substanz verringerter Anteil eines Stoffgemisches
Raumbelastung = organischer Anteil des in den Fermenter eingebrachten Gutes, be-zogen auf das nutzbare Fermenter-volumen pro Zeiteinheit
Substrat = zur Vergärung bestimmter Stoff
Verweilzeit = Aufenthaltszeit eines Substrates im Fermenter
Substrat-ausbringung
Dünger
Gasabnehmer
Gasnetz
Die sinnvollste und effizi-enteste Verwendung von Biogas, wenn eine vor Ort-Nutzung von Wärme und Strom nicht gewähr-leistet ist, ist die Einspei-sung des aufbereiteten Biogases in das Erdgas-netz. Hier laufen einige Pilotprojekte, vor allem in Zusammenarbeit mit Energieversorgungsunter-nehmen. Zur Gewährleis-tung der Wirtschaftlich-keit auch bei kleineren Anlagen wäre hier ver-mutlich ein Gaseinspeise-gesetz analog zum EEG notwendig.
Voraussetzungen für eine Biogasanlage
Wer eine Biogasanlage betreiben will soll-
te bedenken, dass er dazu von Anfang an
viel Zeit investieren muss. Um z. B. nach-
wachsende Rohstoffe in einer Biogas-
anlage verwerten zu können, müssen
diese mit gleicher Intensität hergestellt
werden wie die Futtermittel für eine
Hochleistungskuh. Es ist zu prüfen, ob
alle Voraussetzungen für einen wirt-
schaftlichen Betrieb gegeben sind. Es
muss hierfür eine Bestandaufnahme der
Flächenausstattung und des Viehbestan-
des vorgenommen werden.
Um eine wirtschaftliche Auslastung zu er-
reichen, ist der Flächenbedarf sehr groß.
Die erforderliche Anbaufläche je 100 kW
installierter elektrischer Leistung richtet
sich nach dem Ertragsvermögen des
Standorts. Bei ausschließlicher Nutzung
von nachwachsenden Rohstoffen sind
z. B. für 15 t Trockensubstanzanteil (Ts)/ha
Bruttoertrag etwa 40 ha Fläche zu kalku-
lieren. Es sollte auch nicht die gesamte
Betriebsfläche zur Produktion eingesetzt
werden. Es ist daher zu überlegen, ob in-
nerhalb eines wirtschaftlich vertretbaren
Rahmens die Möglichkeit besteht, Rohstof-
fe zuzukaufen. Die wirtschaftlich vertret-
baren Antransportentfernungen betragen
für Gülle rd. 10 km, für NawaRo rd. 20 km,
für kommunale Reststoffe ca. 50 km.
Zunehmend entschließen sich Landwirte
zu einer Gemeinschaftsanlage mit ande-
ren Landwirten, die zumeist eine wirt-
schaftlich günstigere Lösung darstellt.
Die von der Industrie angebotenen Bio-
gasanlagen sind inzwischen so weit auto-
matisiert, dass kein größerer Personal-
bestand zur Betreuung erforderlich ist.
14Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Der Weg zur eigenen Biogasanlage
• Informationen sammeln, Anbieter sichten, Referenzanlagen besichtigen
• Einsatzstoffe und Standort festlegen, Fördermöglichkeiten klären, Wirtschaftlichkeitsberechnung • Vorbesprechung mit Behörden
• Auswahl des Anlagenbauers, Detailplanung, Strom- und Wärmeabnahme klären
• Genehmigungsverfahren • Auftragserteilung und Baubeginn
• Anlagenbau
• Netzanschluss
• Inbetriebnahme
• Abnahme durch Behörden
Biogasanlage (Foto: Schmack Biogas)
Eine Großvieheinheit (GV) ent-spricht etwa
• 1 ausgewachsenem Rind• 5 Kälbern• 6 Mastschweinen• 250 Hühnern
Pro GV entstehen pro Tag etwa 1,5 m3 Biogas
15Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Die deutsche Biogasbranche ist heute so-
weit entwickelt, dass Anlagen – inklusive
der Einholung aller notwendiger Geneh-
migungen – schlüsselfertig in Auftrag ge-
geben werden.
Betriebsführungs- und Überwachungs-
leistungen können dabei für größere An-
lagen hinzugezogen werden. Sie sind ein
entscheidender Faktor für die Wirtschaft-
lichkeit einer Biogasanlage.
Strom- und Wärmeproduktion
Beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe
sind für Silomais/Futterrüben 12.000 m3
Biogas pro Hektar Anbaufläche anzuset-
zen und für Wiesengras etwa 6.000 Hekt-
ar. Pro Großvieheinheit (GV) können ca.
400 bis 500 m3 Biogas im Jahr produziert
werden. Mit 1 m3 Biogas lassen sich, bei
50 % Methan, 2 kWh Strom erzeugen.
Um einen Vier-Personen-Haushalt ein Jahr
lang mit Elektrizität zu versorgen, reichen
die Gülle von 4 Kühen oder 32 Schweinen
bzw. der Ertrag von 6.000 m2 Silomaisflä-
che aus.
2005 wurden 2,5 TWh Strom aus Biogas
erzeugt. Dies entspricht unter dem üb-
lichen technischen Bedingungen einer
Wärmemenge von ca. 3 TWh. Nach dem
Stand der Technik werden davon ca. 10 -
35 % prozessintern verbraucht.
Kosten und Wirtschaftlichkeit
Die Investitionskosten je kW installierter
Leistung bewegen sich zwischen 2.500
EUR/kW (Anlagen über 500 kWel) und
4.000 EUR/kW (Anlagen 150 kWel und
kleiner). Neben der Höhe der einmaligen
Investitionskosten ist für eine Biogasan-
lage entscheidend, dass langfristig eine
maximale Laufdauer mit möglichst hoher
Vollaststundenanzahl und eine optima-
le Energieausbeute erzielt wird. Dies ist
bei Biogas nur durch ein individuelles
Standort-Konzept möglich, da zahlreiche
Einflußfaktoren die Realisierung und
Leistung der Anlage beeinflussen kön-
nen. Dazu gehören insbesondere unter-
schiedliche Einsatzstoffe für den Betrieb,
unterschiedliche Strom-Vergütungsklas-
sen entsprechend den Vorgaben des EEG,
unterschiedliche Verwertungsmöglich-
keiten für die erzeugte Wärme, mögliche
Allgemeingültige Angaben zur
Wirtschaftlichkeit sind insofern
schwierig, weil der Gasertrag we-
sentlich von der Art und Qualität
der eingesetzten Substraten ab-
hängt. Ebenso ist die Vergütung von
den eingesetzten Substraten und
weiteren Anlagenparametern ab-
hängig, etwa der Wärmenutzung.
Erlöse aus herstellbaren Wirtschaftsdün-
gern und standortabhängige Rahmenbe-
dingungen, die Art und Umfang der Ge-
nehmigungsverfahren bestimmen.
Um eine Biogasanlage wirtschaftlich be-
treiben zu können, muss eine möglichst
hohe Volllaststundenanzahl erreicht wer-
den. Der Kostenaufwand für den benö-
tigten Eigenstrom spielt ebenfalls eine
Rolle. Ferner sind ein stabiler Prozessab-
lauf und die Kosten für die eingesetzten
Substrate von großer Bedeutung. Die Bio-
masse ist mit bis zu 60 % Anteil der größ-
te Kostenfaktor beim Betrieb der Anlage.
Für einen wirtschaftlichen Betrieb ist die
daher die Nutzung auch der Wärme von
entscheidender Bedeutung.
16Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Abschätzung der Wirtschaftlichkeit:
Stromproduktion/Jahr (kWhel./a) = Einsatzstoff (t/a)
× Trockensubstanzgehalt (%)
× spezifische Gasausbeute (m3/t)
× 3 (kWhel./m3)
Wärmeproduktion/Jahr (kWhth./a) = thermische Leistung
× Betriebsstunden
- 30 % Prozesswärme u. Verluste
Investition (EUR) = Stromproduktion
÷ 7.500 Betriebsstunden
× 3.000 (EUR/kWel.)
Erlös/Jahr (EUR/a) = Stromproduktion
+ Wärmeproduktion
× EEG-Vergütung (inkl. Boni) EUR/kWh
Kosten aus der Investition (EUR/a) =
Investition (EUR)
÷ 16 a
Betriebskosten (EUR/a) =
Stromproduktion
× 0,03 EUR/kWhel.
Ertrag (EUR/a) =
Erlös
− Kosten aus Investition
– Betriebskosten
Zur Dimension des Wärmeanteils: Mit der
Stromerzeugung im BHKW können nur rd.
40 % der eingesetzten Energie in Strom
umgewandelt werden. Ca. 55 % fallen
als Wärmeenergie an – Nebenprodukt
des Verbrennungsmotors. Nur 10 - 30 %
davon werden für die Prozesswärme der
Anlage genutzt. Der Rest bleibt oftmals
ungenutzt.
Damit ein wirtschaftlicher Betrieb ge-
währleistet ist, sollte einer Anlage z. B.
eine Güllemenge von wenigstens 3.000
m3 pro Jahr zur Verfügung stehen. Mit
Gülle allein kann allerdings eine Biogas-
anlage nicht wirtschaftlich betrieben
werden, es müssen daher zusätzlich
Kosubstrate beigemischt werden, z. B.
landwirtschaftliche, gewerbliche oder
kommunale biogene Abfälle, um die
Gasausbeute zu erhöhen. Zu den Voraus-
setzungen für die Kofermentation zäh-
len, dass die Abfallstoffe gut abbaubar
und frei von toxischen Substanzen sind.
Durch die Kofermentation lassen sich zu-
sätzliche Einnahmen generieren, da die
Anlagenbetreiber teilweise die zu zah-
lenden Entsorgungskosten erhalten. Für
Betreiber von Kofermentationsanlagen
gelten die Vorschriften der Bioabfallver-
ordnung (BioAbfV).
17Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Finanzierung
Bundeszuschüsse/Darlehen
Auf Bundesebene werden Anlagen zur
Gewinnung und Nutzung von Biogas aus
Biomasse zur Stromerzeugung oder zur
kombinierten Strom- und Wärmeerzeu-
gung (Kraft-Wärme-Kopplung) nach dem
Marktanreizprogramm „zur Förderung
von Maßnahmen zur Nutzung erneuer-
barer Energien“ gefördert.
Ansprechpartner: Bundesamt für Wirt-
schaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA),
Frankfurter Straße 29-35, 65760 Eschborn,
www.bafa.de, Tel.: 06196/908625
Finanzierung/zinsgünstige Darlehen
Biogas-Anlagen können im Rahmen des
Programms zur Förderung erneuerbarer
Energien durch die Kreditanstalt für
Wiederaufbau (KfW) über zinsgünstige
Darlehen gefördert werden. Bis zu einer
installierten elektrischen Nennleistung
von 70 kW kann neben dem zinsgünsti-
gen Darlehen auch ein Teilschuldenerlass
aus Bundesmitteln in Höhe von 15.000
EUR beantragt werden. Anlagen mit ei-
ner installierten elektrischen Leistung
von über 70 kW werden ausschließlich
durch Darlehen aus Mitteln der KfW ge-
fördert. Der Finanzierungsanteil kann bis
zu 100 % betragen, der maximale Kredit-
betrag liegt bei 5 Mio. EUR. Die Darlehen
werden von der KfW über Kreditinstitute
zur Verfügung gestellt. Von der Förderung
ausgeschlossen sind Eigenbauanlagen
und Prototypen. Um ein Darlehen von der
KfW bewilligt zu bekommen, darf vor An-
tragstellung nicht mit dem Bauvorhaben
begonnen werden.
Ansprechpartner: Kreditanstalt für Wie-
deraufbau (KfW), Palmengartenstraße 5-
9, 60325 Frankfurt am Main, Tel. (069) 74
31-0, Fax, (069) 74 31-29 44, Internet: www.
kfw.de
Fermenterbeschickung mit einer axialen Förderschnecke (Foto: Lemmer)
18Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Betrieb und Überwachung
Das Anfahren einer Biogasanlage, das
Hochfahren auf Nennlast, das schnelle Er-
reichen eines stabilen Betriebes und die
Einhaltung der umfangreichen behörd-
lichen Auflagen sind sehr zeitaufwändig
und erfordern entsprechende Kenntnisse.
Dies trifft ebenso auf den langfristigen
und erfolgreichen Betrieb einer Biogas-
anlage zu.
Der Betreiber benötigt daher im Prinzip
biologisches, technisches und juristisches
Wissen aus den Bereichen Mikrobiologie
und Biochemie, Verfahrenstechnik und
Anaerobtechnik, nachwachsende Roh-
stoffe und Landwirtschaft, Energie-,
Mess- und Regeltechnik, Gesetzgebung
und Arbeitsschutz.
In den letzen Jahren sind auch die An-
forderungen an den sicheren und ord-
nungsgemäßen Betrieb gegenüber
Energieversorger, Gesetzgeber, Umwelt
und Überwachungsinstitutionen deutlich
gestiegen.
Es werden spezielle Seminare für Betrei-
ber von Biogasanlagen angeboten, in de-
nen das erforderliche Wissen vermittelt
wird (namhafte Anlagenbauer bieten in
all diesen Bereichen Betreuungsleistun-
gen bis hin zum Fullservice an).
Rechtliche Anforderungen an Biogasanlagen
Sowohl der Bau als auch der Betrieb von
Biogasanlagen unterliegt zahlreichen
Rechtsvorschriften, die bereits bei der
Genehmigung von Projekten beginnen
und bei der Verwertung des in den An-
lagen erzeugten Gärsubstrates enden.
Wesentliche Punkte sind dabei u. a. der
Standort der Anlage, Art und Herkunft
der zu vergärenden Stoffe sowie ihr
Massendurchsatz oder die Stromerzeu-
gungseinheit. Hinzu kommen z. B. tier-
seuchenrechtliche Bestimmungen, wenn
tierische Nebenprodukte in den Anlagen
eingesetzt werden. Für all diese Punkte
gibt es sowohl bundes- und EU-rechtliche
als auch länderrechtliche Vorgaben.
Genehmigung von Biogas-anlagen
Je nach Art und Menge der Einsatzstoffe
und der Feuerungswärmeleistung der da-
zugehörigen Verbrennungsmotorenanla-
ge sind Biogasanlagen im baurechtlichen
oder immissionsschutzrechtlichen Ver-
fahren zu genehmigen. Die Abgrenzung
ergibt sich aus den Festlegungen in der
Vierten Verordnung zur Durchführung
des Bundes-Immissionsschutzgesetzes.
Entscheidend in Hinblick auf die Festle-
gung des einschlägigen Genehmigungs-
verfahrens ist die Feuerungswärmeleis-
tung der Verbrennungsmotoren- oder
Gasturbinenanlage sowie der Durchsatz
an Abfällen, auf die die Vorschriften des
Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes
Anwendung finden
Auf den Durchsatz an Abfällen ist die
Einsatzmenge der Bioabfälle und der
sonstigen Kofermente anzurechnen. Dies
betrifft allerdings nicht die gezielt als En-
ergiepflanzen angebauten nachwachsen-
den Rohstoffe und Pflanzenbestandteile
oder Futterreste, die im laufenden Pro-
duktionsprozess eines land- oder forst-
wirtschaftlichen bzw. gartenbaulichen
Betriebes als Nebenprodukte anfallen.
Ebenfalls nicht anzurechnen auf die
Mengenschwelle beim Durchsatz sind
Wirtschaftsdünger wie Gülle, Stallmist
und Geflügelkot sowie sonstige tierische
Nebenprodukte im Sinne der EG-Hygiene-
verordnung.
Drehkolbenpumpe mit Zerkleiner (Foto: Vogelsang)
Beschickung eines stehenden Fermenters mit Betondecken von oben mit einer Stopfschnecke (Foto: IBBK)
19Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Kontrollierte Prozessführung
Die Produktivität einer Biogasanlage ist
dann am höchsten, wenn sie nach unter-
nehmerischen Vorgaben des Betreibers
ohne prozessbedingte Einschränkungen
mit maximaler Auslastung betrieben
wird. Dazu ist eine konsequente und fach-
männische Überwachung des Gärprozes-
ses erforderlich. Auf diese Weise werden
nicht nur Probleme im Gärprozess und
Ertragsausfälle vermieden, sondern der
Gasertrag kann dauerhaft und stabil auf
ein hohes Niveau gesteigert werden.
Um das vorhandene Potenzial einer Anla-
ge optimal zu nutzen, ist die Effizienz des
Anlagenbetriebs von entscheidender Be-
deutung. Über die mikrobiologische Pro-
zessbetreuung, mit der die Zugabe der
Substrate und Bakterien gesteuert wird,
kann die Biogasproduktion auf hohem
Niveau stabilisiert und die Zahl der Voll-
laststunden der Anlage erhöht werden.
Eine entsprechende Anlagentechnik, die
die Belange der biologischen Prozessfüh-
rung berücksichtigt, vergrößert hierbei
den Erfolg.
Bei den für einen reibungslosen Betrieb
notwendigen biotechnologischen Analy-
sen, z. B. der Einsatzstoffe und der Gär-
prozesse, kann man sich spezieller Labors
bedienen.
.
Temperaturen der Biogas-erzeugung
Grundsätzlich laufen chemische Reakti-
onen umso schneller ab, je höher die Um-
gebungstemperatur ist. Dies lässt sich
aber nur bedingt auf biologische Abbau-
und Umsetzungsprozesse anwenden.
Für die an den Stoffwechselprozessen
beteiligten Bakteriengruppen existieren
unterschiedliche Temperaturoptima.
Werden diese optimalen Temperatur-
bereiche unter- bzw. überschritten, kann
dies zu einer Hemmung und im Extremfall
zur unwiderruflichen Schädigung der be-
teiligten Bakterien führen. Die am Abbau
der Biomasse beteiligten Bakterien lassen
sich auf Grund ihrer Temperaturoptima in
zwei Gruppen einteilen, in die mesophilen
und die thermophilen Bakterien.
Der größte Teil der bekannten Methan-
bakterien hat sein Wachstumsoptimum
im mesophilen Temperaturbereich zwi-
schen 32 - 42 °C. Anlagen, die im meso-
philen Bereich arbeiten, sind in der Pra-
xis am weitesten verbreitet, da in diesem
Temperaturbereich eine relativ hohe Gas-
ausbeute sowie eine gute Prozessstabili-
tät erreicht wird.
Sollen durch eine Hygienisierung des
Substrates gesundheitsschädliche Keime
abgetötet werden oder werden Substra-
te verwendet, die mit hoher Eigentempe-
ratur anfallen, bieten sich thermophile
Bakterienkulturen für die Vergärung an.
Diese haben ihr Optimum im Temperatur-
bereich zwischen 50 - 57 °C. Es wird hier
durch die hohe Prozesstemperatur eine
höhere Gasausbeute erreicht. Jedoch
wird auch mehr Energie für das Aufhei-
zen des Gärprozesses benötigt.
Da die Bakterien bei ihrer Arbeit nur
geringe Mengen an Eigenwärme pro-
duzieren, die nicht für die nötige Um-
gebungstemperatur ausreicht, muss der
Fermenter in jedem Fall isoliert und ex-
tern beheizt werden, damit die optimalen
Temperaturbedingungen der Bakterien
erreicht werden (Handreichung Biogas-
gewinnung und -nutzung, Fachagentur
Nachwachsende Rohstoffe e. V., Gülzow
2004).
Indikatoren der Prozess-qualität
Als Zwischenprodukte des biologischen
Abbaus sind vor allem die so genann-
ten wasserdampf-flüchtigen Fettsäuren
(Essigsäure und Carbonsäuren) zur Indi-
kation einer Hemmung der Methan bil-
denden Bakterien sehr gut geeignet. Im
normalen Gärprozess entsteht im Zuge
der Methanogenese Methan aus Essig-
säure. Bei eingeschränkter methanogener
Aktivität werden Essigsäure sowie die in
der vorgelagerten Acetogenese entste-
henden höheren Fettsäuren nicht weiter
zu Methan abgebaut, sondern reichern
sich im Fermenter an. Ihre Konzentrati-
on ist also ein Maß für die Belastung des
Prozesses.
20Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Die Biogasanlage Schwandorf
Die Anlage in Schwandorf steht auf dem
Gelände eines ehemaligen Kohlekraft-
werks. Die Biogasanlage erzeugt jähr-
lich etwa fünf Millionen kWh Strom und
rund fünf Millionen kWh Wärme. Rd. 1.500
Haushalte können mit Strom aus regene-
rativer Energie versorgt werden, der hier
direkt in das Netz von E.ON Bayern einge-
speist wird.
Während der Strom ins Netz eingespeist
wird, dient die zur Verfügung stehende
Wärme der Beheizung der Betriebs- und
Verwaltungsgebäude des umgebenden
Gewerbegebietes. Ein wichtiger Aspekt:
Denn nur wenn auch die Wärmenutzung
garantiert ist, rechnen sich Biogaspro-
jekte wirtschaftlich.
Landwirte aus der Region wurden als
Partner für die Biogasanlage Schwandorf
gewonnen. Diese sind als „Energiewirte“
direkt in den Produktionsprozess einge-
bunden und liefern die Biomasse, aus der
Biogas für die energetische Verwertung
entsteht. Die Anlage dient der Vergärung
verschiedenster pflanzlicher Stoffe.
Die installierte elektrische Leistung des
Blockheizkraftwerks beträgt ca. 640 kW.
Die landwirtschaftliche Biogasanlage be-
steht aus vier Hauptkomponenten: dem
horizontalen Pfropfenstromfermenter
mit einem Volumen von 800 m3, dem
Nachgärer (ein klassischer Grubenspei-
cherfermenter mit 2.400 m3 Volumen),
dem Blockheizkraftwerk und dem Gär-
restlager mit 5.000 m3 Volumen.
Mit dieser Biogasanlage wurden rund 3
Millionen Euro investiert, die in der Re-
gion bleiben. Außerdem profitiert die
regionale Landwirtschaft, die sich als
Rohstofflieferant ein Zusatzeinkommen
sichert. Die Bezahlung der Landwirte er-
folgt nach Gewicht, aber auch nach dem
Trockensubstanzgehalt der Maissilage.
Neben Mais können künftig auch Grün-
roggen und Wiesengras eingelagert wer-
den. Bis zu 11.000 Tonnen sind bei Volllast-
betrieb der Anlage jährlich erforderlich.
Der Einsatz von Flüssigkeit ist nicht not-
wendig, da die Anlage mit Trockenfer-
mentation betrieben wird.
Die Jahre 2006 und 2007 standen bei E.ON
Bayern im Zeichen einer Biogasoffensive.
Insgesamt fünfzehn Millionen Euro inves-
tiert der bayerische Regionalversorger in
den Neubau und die Modernisierung von
Biogasanlagen bzw. Biogas-BHKW. Neben
der Umrüstung von sechs BHKW und der
Anlage in Schwandorf wurden in Arzberg,
Bad Bocklet und Hammelburg Biogas-Er-
zeugungsanlagen errichtet. Auch im Jahr
2008 wird das Engagement auf diesem
Sektor weitergeführt: Der Energiedienst-
leister plant weitere Biogasanlagen, die
spätestens Anfang 2009 in Betrieb gehen
sollen.
(Foto: Schmack Biogas)
21Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
Der Eigenstrombedarf von Biogasanlagen und Potenziale zu dessen Reduzierung
Eine Biogasanlage benötigt für ihren Be-
trieb elektrische Energie für Rührwerke,
Pumpen, Lüfter und Biomasseeinbring-
systeme. Bisher existierte so gut wie
keine übergreifende Bestandsaufnahme
zum elektrischen Eigenbedarf. Vor die-
sem Hintergrund lag es nahe, das Thema
näher zu beleuchten und den Stand der
Technik in systematischer Form darzu-
stellen.
In der von BASE TECHNOLOGIES GmbH
in Kooperation mit der Fachhochschule
München erstellten und vom SeV heraus-
gegebenen Studie wurden insgesamt 35
landwirtschaftliche Biogasanlagen der
Baujahre 1995 bis 2005 auf ihren Eigen-
stromverbrauch hin untersucht.
Nach Definition der Kennzahlen zur Be-
urteilung des Eigenstromverbrauchs
werden die wesentlichen elektrischen
Hauptkomponenten von Biogasanlagen
und deren typische Leistungsdaten be-
schrieben. Zur Vergleichbarkeit werden
geeignete Bezugsgrenzen definiert und
die verschiedenen Anschlussvarianten
der Eigenverbraucher an das aufneh-
mende Stromnetz gegenübergestellt.
Dass die durchschnittlichen Werte zwi-
schen 5,8 % (Literaturangaben) und 8,1 %
(eigene Messungen) liegen, zeigt, dass
der Eigenstromverbrauch sowohl in
Fachkreisen als auch von Betreibern und
Anlagenherstellern oft unterschätzt bzw.
zu optimistisch bewertet wird.
Verschiedene Korrelationen des Eigen-
stromverbrauches mit geeigneten Grö-
ßen wie z. B. Anlagenauslastung und
-bauart ermöglichen die Bewertung der
Ergebnisse im Hinblick auf den prak-
tischen Nutzen der Studie, nämlich Anla-
genbetreibern und -herstellern Hinweise
auf Verbesserungspotenziale zu geben.
Die Studie zeigt die erzielbare Effizienz-
steigerung bei der Energieerzeugung aus
Biogas durch Senkung des Eigenstrom-
verbrauchs auf und gibt Anregungen zu
Optimierungen im Anlagenbau und -be-
trieb.
Die Hauptmotivation für Anlagenbetrei-
ber den Eigenstromanteil zu senken,
ist sicherlich die damit einher gehende
Steigerung der Wirtschaftlichkeit des
Anlagenbetriebes. Speziell bei Biogas-
anlagen, die nur aufgrund der gesetz-
lichen Einspeisevergütung wirtschaftlich
betrieben werden können, beeinflusst
der Anteil des Eigenstromverbrauchs als
Kostenfaktor die Wirtschaftlichkeit der
Anlage erheblich.
Motive für Anlagenhersteller, den Eigen-
stromverbrauch zu reduzieren, können
darüber hinaus auch rein technologische
Gesichtspunkte sein. Technisch ein-
fachere Anlagen mit weniger und opti-
mal auf das Anlagenkonzept abgestimm-
ten Komponenten sind nicht selten
kostengünstiger und können oft leichter
standardisiert werden. Hierbei liegt das
Hauptaugenmerk vor allem auf einer op-
timierten Regelungstechnik.
Feststoffmischwerk zur Substrateinbringung mittels Schneckenförderer (Base Technologies)
Die Studie steht auf www.sev-bayern.de zum Download bereit.
Weiterführende Literatur
• Handreichung Biogasgewinnung und
-nutzung (Hrsg.: Fachagentur Nachwach-
sende Rohstoffe e. V.), Gülzow 2004
• Biogasanlagen in der Landwirtschaft
(Hrsg.: aid infodienst Verbraucherschutz,
Ernährung, Landwirtschaft e. V.), Bonn
2003
• Biogas: Strom aus Gülle und Biomasse
– Planung, Technik, Förderung, Rendite.
Top agrar, Landwirtschaftsverlag, 2000
• H. Schulz, B. Eder: Biogas-Praxis –
Grundlagen, Planung, Anlagenbau, Bei-
spiele. Ökobuch, 2005
• F. Hofmann, A. Plättner, S. Lulies, Dr.
F. Scholwin, Dr. S. Klinski, K. Diesel: Ein-
speisung von Biogas in das Erdgasnetz
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe
2006
• J. Dobelmann: Bioenergieanlagen –
Planung und Installation. Leitfaden für
Investoren, Architekten und Ingenieure
Deutsche Gesellschaft für Sonnen-
energie (DGS), 2004
• Biogas: Strom und Wärme aus Gülle –
Basisinformation Biogas
Energieagentur NRW, 2001
• M. Karpenstein-Machan: Energie-
pflanzenbau für Biogasanlagenbetreiber
Deutsche Landwirtschafts-Gesellschaft,
2005.
22Solarenergieförderverein Bayern – Biogas
• R. Wilfert, M. Nill, A. Schattauer: Biogas-
gewinnung aus Gülle, organischen Ab-
fällen und aus angebauter Biomasse –
Eine technische, ökologische und ökono-
mische Analyse
Institut für Energetik und Umwelt,
Leipzig 2004
• Biomassenutzung in Bayern –
Potenziale und Techniken für die Strom-
erzeugung
Forschungsstelle für Energiewirtschaft,
München 2006
• Bioerdgas: Regenerative Energie mit
Zukunft – Standortbestimmung für
Energieversorger
ASUE Arbeitsgemeinschaft für spar-
samen und umweltfreundlichen Energie-
verbrauch, Kaiserslautern 2007
• Biogas – Eine Einführung
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe,
Gülzow 2005
• Biogas – das Multitalent für die
Energiewende – Fakten im Kontext der
Energiepolitik-Debatte
Fachverband Biogas, Freising 2006
• Der Eigenstrombedarf von Biogas-
anlagen und Potenziale zu dessen
Reduzierung
BASE TECHNOLOGIES GmbH in Koopera-
tion mit Fachhochschule München,
München 2006
Informationen im Internet
• Biogashandbuch Bayern
Bayerisches Staatsministerium für Um-
welt, Gesundheit und Verbraucherschutz,
München 2004
www.bayern.de/lfu
• Analyse und Bewertung der Nutzung
von Biomasse. Studie im Auftrag von
BGW und DVGW, Wuppertal Institut, 2005
www.bgw.de
• C.A.R.M.E.N., das Centrale-Agrar-Roh-
stoff-Marketing- und Entwicklungs-Netz-
werk – Koordinierungsstelle für Nach-
wachsende Rohstoffe
www.carmen-ev.de
• Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe
Als Projektträger des Bundesministeri-
ums für Ernährung, Landwirtschaft und
Verbraucherschutz (BMELV) unterstützt
die FNR Forschung, Entwicklung und
Markteinführung im Bereich Nachwach-
sende Rohstoffe
http://www.fnr.de
• Fachverband Biogas e. V. – Der Verband
vereint bundesweit Betreiber, Hersteller
und Planer von Biogasanlagen, Vertreter
aus Wissenschaft und Forschung sowie
Interessierte
http://www.biogas.org
http://www.fachverband-biogas.de
• Internationales Biogas und Bioenergie
Kompetenzzentrum (IBBK)
Informations-Plattform für Biogas-
Interessierte, Hersteller und Betreiber.
http://www.biogas-zentrum.de
Betreuung des rd. 1.000
Schulen in ganz Deutschland
umfassenden Programms
„Sonne in der Schule“
Projekte des Solarenergieförderverein Bayern – Auswahl
Broschüre
„Kraftwerk Sonne – Aus Licht wird
Strom“
Broschüre
„Strom aus Sonnenenergie –
Vertrags-, Steuer-, Förderfragen“
Broschüre
„Genehmigung von Photovoltaik-
Anlagen – Ein Leitfaden zum Bau-
recht“
Broschüre
„Solarstrom aus der Gebäudehülle –
Ein Zukunftsthema für Bauherren,
Architekten und Planer“
Die Broschüren können als Einzelexemplar kostenlos über den
Solarenergieförderverein Bayern bezogen werden. Größere
Stückzahlen können gegen eine Schutzgebühr zzgl. Versand-
kosten erworben werden.
• Finanzielle Unterstützung der 2. Photovoltaikanlage „Sonnen
Dach Messe München“
• Durchführung von Wettbewerben zur PV-Gebäudeintegration
• Studie „Photovoltaik und Architektur –
PV-Einsatz im Gebäudebestand“
• PV-Anlage für eine Krankenstation in Nepal
• Unterstützung der Aktion „Solarberatungs-Checks“
• Workshops zur Photovoltaik
• Untersuchung zur „Degradation von PV-Modulen“
• Unterstützung von Messwertübertragungs- und
-verarbeitungssystemen
• Förderung von innovativen PV- und Solarkollektoranlagen
• Projekt „Solare Bauleitplanung“: Erarbeiten von Planungs-
unterlagen für Kommunen
• Untersuchung „Solar angetriebener Stirlingmotor“
Auf der Homepage des Solarenergieförderverein Bayern
http://www.sev-bayern.de
können weitere Informationen über die Förderaktivitäten
eingesehen werden.
Impressum
HerausgeberSolarenergieförderverein Bayern e. V.
Büro
Elisabethstr. 34
80796 München
Tel.: 089/27813428
Fax: 089/2710156
E-mail: [email protected]
Internet: www.sev-bayern.de
RedaktionDipl.-Ing., Dipl. Wirtsch.-Ing. Walter Weber
ProduktionFP-Werbung F. Flade GmbH & Co. KG
Realisation: Fabian Flade, M. A.
E-mail: [email protected]
CopyrightDas Werk ist urheberrechtlich geschützt.
Jede Verwertung außerhalb der Grenzen
des Urheberrechts ist ohne Zustimmung
des Herausgebers unzulässig.
© 2008
Trotz sorgfältiger Prüfung kann keine
Garantie hinsichtlich der Richtigkeit
und Genauigkeit der Angaben gegeben
werden.
1. Aufl. 01/08
Gedruckt auf chlorfrei gebleichtem
Papier
BezugsmöglichkeitDie Broschüre kann als Einzelexemplar
kostenlos beim Solarenergieförderverein
Bayern e. V. bezogen werden (am ein-
fachsten im Internet unter
www.sev-bayern.de); mehrere
Exemplare gegen eine Schutzgebühr
zzgl. Versandkosten.
Am 19. November 1997 wurde auf der Messe München
die damals weltweit größte Photovoltaik-Aufdachanlage
in Betrieb genommen. Mit einer Spitzenleistung von 1.016
Kilowatt speist das Solardach München-Riem jährlich bis zu
1 Mio. Kilowattstunden in das Netz ein, die nach dem EEG
vergütet werden.
Die Gesamtinvestition von rd. 7 Mio. EUR wurde zur Hälfte
von E.ON Energie (damals Bayernwerk) getragen. Je 10 %
kamen von Siemens, den Stadtwerken München und vom
Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung
und Technologie. Das Bayerische Wirtschaftsministerium
förderte 20 % des Projektes.
Die Anlage wird von den Stadtwerken München für die
Solardach München-Riem GmbH (SMRG) betrieben.
Ein Großteil der Stromerlöse aus der Anlage (Betriebs- und
sonstige Anlagekosten werden von der SMRG einbehalten)
fließt dem Solarenergieförderverein Bayern e. V. zu, dem
das Eigentum von E.ON Energie und Siemens an der Anlage
übertragen wurde.
Mit dem Geld leistet der von E.ON Bayern betreute Verein
einen laufenden Beitrag zur Fortentwicklung und Markt-
einführung erneuerbarer Energien.