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Bakterien machen aus Gülle und Mais Biogas

Biogasanlagen sind auf dem Vormarsch. 5905 Anlagen hat es Mitte dieses Jahres nach Angaben des Fachverbands Biogas in ganz Deutschland gegeben, davon 1073 in Niedersachsen. Und die Entwicklung ist noch nicht am Ende. Nach einer Prognose des Fachverbands soll die Zahl der Anlagen bis Ende 2011 deutschlandweit auf 7000 steigen.

Autor:

Jessica Rodenbeck

Im Landkreis Schaumburg sind derzeit 14 Biogasanlagen in Betrieb, zwei werden aktuell gebaut. Zu sehen sind diese Anlagen, zu deren Betreibern neben Landwirten auch Unternehmen zählen, unter anderem in Hattendorf, Vehlen, Möllenbeck, Stadthagen, Rinteln und Bad Nenndorf. Auch wenn die einzelnen Anlagen sich in ihrer Form und Größe teilweise deutlich unterscheiden, arbeiten sie alle nach demselben Prinzip: Aus Gülle und fester Biomasse, wie zum Beispiel Mais oder Getreide, entsteht Biogas. Dieses wird dann entweder aufbereitet und in das Erdgasnetz eingespeist oder aber mithilfe eines Blockheizkraftwerks in Strom und Wärme umgewandelt.

Der ganze Prozess beginnt bereits mit der Auswahl der verwendeten Biomasse, welche auch als „Substrat“ bezeichnet wird. Die Auswahl an möglichen Substraten ist groß, in Frage kommen kohlenstoffhaltige Stoffe tierischen und pflanzlichen Ursprungs. Gülle und Mist eignen sich deshalb ebenso für den Betrieb einer Biogasanlage wie nachwachsende Rohstoffe, zum Beispiel in Form von Mais, Getreide, Rüben und Gras. Aber auch die Verwendung von Abfallprodukten aus der Bier-, Zucker-, Alkohol- und Stärkeproduktion oder sogar Kompost ist möglich.

Für welches Substrat sich der Betreiber einer Anlage entscheidet, hängt von der Verfügbarkeit ab. In den Anlagen des Landkreises wird fast ausschließlich ein Gemisch aus nachwachsenden Rohstoffen – in den meisten Fällen Maissilage – und Gülle verwendet. Die Maissilage wird jedes Jahr im Herbst geerntet und in Silos in direkter Nähe zur Biogasanlage gelagert. Die Gülle wird in der Vorgrube ebenfalls in direkter Nähe zu der Biogasanlage gelagert oder sogar, falls ein Stall in direkter Nachbarschaft vorhanden ist, je nach Bedarf direkt von dem Stall in die Anlage gepumpt. So ist es auch bei der Biogasanlage von Landwirt Steffen Eckel in Rinteln. Er verwendet Maissilage, Gülle aus den angrenzenden Viehställen und Pferde- und Rindermist als Substrate für seine Anlage.

2 Bilder
Die Biogasanlage des Rintelner Landwirts Steffen Eckel: In den beiden Fermentern rechts und in der Mitte wird das Biogas produziert. Ganz links ist das Gärrestlager zu sehen. In den grünen Behälter zwischen den beiden Fermentern wird zweimal täglich mithilfe eines Radladers Maissilage gefüllt. Anschließend wird sie mittels Förderschnecken in den Fermenter transportiert.

Das Herz einer Biogasanlage ist der Fermenter, der auch Faulbehälter, Bioreaktor oder Gärbehälter genannt wird. In ihm entsteht das eigentliche Biogas mithilfe von Mikroorganismen. Damit diese überleben, muss der Behälter lichtundurchlässig sowie gas- und wasserdicht sein. In den meisten Fällen handelt es sich bei dem Fermenter um einen runden Behälter mit Seitenwänden aus Stahlbeton oder Edelstahl, einer Bodenplatte aus Beton und einer Abdeckung, die oft aus Folien hergestellt wird. Außerdem verfügt ein Fermenter über eine Heizungsanlage und eine Dämmung, um die Temperaturen im Inneren im Sommer wie im Winter in einem für die Produktion idealen Temperaturfenster zu halten. Die optimale Temperatur liegt bei etwa 40 Grad Celsius.

Auch Landwirt Steffen Eckel hat sich für runde Fermenter entschieden. Seine Anlage verfügt sogar gleich über zwei dieser Gärbehälter. Es gibt aber auch Anlagen, bei denen die Fermenter aus stehenden oder liegenden Edelstahltanks bestehen, die eine zylindrische Form haben.

Um Biogas zu produzieren, „füttert“ der Betreiber seine Anlage mehrmals am Tag mit Substrat. Dazu wird eine bestimmte Menge Gülle über Pumpen und eine bestimmte Menge Mais über Förderschnecken in den Behälter befördert. In dem Fermenter vermischt ein Rührwerk das neu hinzu gekommene Substrat mit dem bereits im Fermenter vorhandenen Substrat. So wird eine optimale Wärmeverteilung sichergestellt und gleichzeitig die Bildung von Schichten vermieden.

Jetzt beginnt die Arbeit der Mikroorganismen. Dabei handelt es sich um verschiedene Bakterien, die in dem Fermenter leben. Sie erzeugen das Biogas durch einen natürlichen Prozess, der auch als Gärung bekannt ist. Dabei zersetzen sie die in den Substraten enthaltenen Verbindungen wie Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette. Als Produkte entstehen Methangas und Kohlenstoffdioxid. Das Methangas ist es, das später energetisch verwendet werden kann.

Das entstandene Gas steigt im Fermenter auf und sammelt sich über der vergärenden Biomasse unter der Decke des Fermenters. Deshalb wird dieser Bereich auch als Gasspeicher bezeichnet. Bei älteren Anlagen ist es also möglich, am Dach zu erkennen, wie gut sie funktionieren: Ein aufrecht stehendes, prall ausgefülltes Dach deutet auf eine sehr gut funktionierende Anlage und gesunde Mikroorganismen hin. Ein eingefallenes Dach ist hingegen ein Indiz dafür, dass es in der Anlage ein Problem gibt.

Bei neueren Anlagen ist es hingegen nicht mehr möglich, an der Form des Daches zu erkennen, ob die Anlage Gas produziert. Einige Anlagen haben Betondecken, andere verfügen über zwei Folien: Eine, die das entstandene Biogas unter sich sammelt und eine zweite, die von außen sichtbar ist. Zwischen die beiden Schichten wird Luft gepresst, sodass die äußere Folie immer in der gewünschten Form bleibt.

Ist das Biogas erst einmal im Gasspeicher, gibt es zwei mögliche Wege der Weiterverwendung. Das Gas kann durch eine Gasaufbereitungsanlage geschickt werden. Dabei werden der Methangehalt und die Qualität des Gases gesteigert, um es herkömmlichem Erdgas anzugleichen. Danach wird es in das Erdgasnetz eingespeist. Die meisten Anlagen entscheiden sich jedoch für eine andere Variante: Sie installieren ein Blockheizkraftwerk (BHKW) bei der Anlage.

In dem BHKW wird aus dem Biogas Wärme und Strom produziert. Das geschieht mithilfe eines Gas-Motors. Dieser verbrennt das Biogas und treibt dabei einen Generator an, der Strom erzeugt. Die dabei entstehende Wärme, auch Prozesswärme genannt, wird dazu genutzt, den Fermenter zu heizen. Zusätzlich kann Wärme in ein Nahwärmenetz eingespeist werden, das zum Beispiel umstehende Häuser mit Wärme versorgt.

Die Anlage von Steffen Eckel versorgt beispielsweise sein Wohnhaus und seine Ställe, aber auch die Berufsschule an der Burgfeldsweide mit Wärme. Letztere hat zu diesem Zweck ein eigenes BHKW, das durch Rohrleitungen mit Biogas versorgt wird. Ab Herbst sollen auch die Restaurants am Doktorsee und eventuell die Sporthalle an der Burgfeldsweide mit Wärme aus der Biogasanlage versorgt werden.

Immer, wenn eine Biogasanlage mit neuem Substrat „gefüttert“ wird, wird gleichzeitig ein Teil der alten Gärmasse in ein „Gärrestlager“ gepumpt. In vielen Fällen, so auch bei der Rintelner Anlage, gleicht dieses Gärrestlager in seinem Aufbau dem Fermenter. So kann auch während der Lagerung der eigentlichen Reste noch Biogas gewonnen werden. Je nach Konsistenz der Gärreste ist aber auch die Lagerung in Silos oder Tanks möglich.

Im letzten Schritt der Biogasproduktion schließt sich der Nährstoffkreislauf dann wieder: Die Gärreste werden von Landwirten als Dünger auf ihre Felder ausgebracht. Dazu werden bei flüssigen Gärresten Güllefässer, bei trockenen Gärresten Miststreuer verwendet. Für die Anwohner von Feldern hat es dabei einen großen Vorteil, dass die Gülle erst durch die Biogasanlage wandert und danach auf die Felder gelangt: Der Geruch ist weniger intensiv.

Nicht nur in Schaumburg, sondern in ganz Deutschland bekommen die erneuerbaren Energien, zu denen auch das Biogas gehört, einen immer höheren Stellenwert. Die Bundesregierung hat sich zum Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2020 mindestens 18 Prozent des gesamten Energieverbrauchs durch erneuerbare Energien zu decken. 2009 waren es nach Angaben des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) 10,4 Prozent, 2010 dann 11 Prozent.

Meist bestehen sie aus mehreren großen, runden Behältern und einem riesigen Maisberg: Biogasanlagen. Auch an verschiedenen Orten in Schaumburg tragen sie mittlerweile dazu bei, den Anteil der erneuerbaren Energien zu steigern. Eine wichtige Funktion fällt dabei Mikroorganismen zu. Ohne sie würde es Strom und Wärme aus Biogas nicht geben.

In diesem Blockheizkraftwerk (BHKW) wird aus dem Biogas, das zuvor in den Fermentern gewonnen wurde, Wärme und Strom gewonnen.




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