Biogas als ideale Alternative
Was ist eigentlich Biogas?
Biogas ist ein energiereiches Gasgemisch, das bei der natürlichen Zersetzung organischer Stoffe unter Luftabschluss entsteht. Technisch genutzt wird dieser Abbauprozess in Biogas Anlagen zur Erzeugung von Biogas aus Flüssigdünger, Bioabfällen oder Energiepflanzen. Die Substrate werden in geschlossenen Fermentern – sogenannten Fermentern – vergoren.
Dies erfordert die Arbeit vieler verschiedener Mikroorganismen: Der wichtigste Bestandteil von Biogas ist brennbares Methan (CH4). Je nach verwendetem Substrat variiert der Methangehalt zwischen 50 % und 65 %. Darüber hinaus entfallen 35 % bis 50 % auf Kohlendioxid CO 2 und andere Komponenten wie Stickstoff, Wasser, Sauerstoff und geringe Konzentrationen an Schwefelwasserstoff. Biogas kann in Strom, Wärme, Gas oder Kraftstoff umgewandelt werden. Was vom Gärprodukt übrig bleibt, ist ein hochwertiger Dünger, reich an Humusbildnern und Nährstoffen.
Sie werden als Flüssigkeit oder Trockenmittel für organische Düngemittel oder Bodenverbesserer in der Landwirtschaft, im Landschafts- und Gartenbau sowie in privaten Gärten eingesetzt. Das Fermentationsprodukt enthält Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Kalium und organischen Kohlenstoff, die in Substraten enthalten sind. So schließt der Einsatz von fermentierten Produkten den natürlichen Nährstoff- und Humuskreislauf und ersetzt mineralische Düngemittel, die sonst mit großem Energieeinsatz hergestellt werden müssten
Wo kann man Biogas einsetzen?
Das biologische Gas kann für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, z.B. für den Antrieb von Fahrzeugen, zum Heizen von Häusern und zur Stromerzeugung. Biologisches Gas ist eine erneuerbare Ressource, d.h. es kann relativ schnell wieder aufgefüllt werden. Biologisches Gas ist auch umweltfreundlicher als andere Energieformen wie Kohle, Öl oder Erdgas. Außerdem kann Biologisches Gas zur Herstellung von Dünger und anderen Produkten verwendet werden, die für die Landwirtschaft von Nutzen sind
Was sind die Vorteile von Biogas?
Ein weiterer Vorteil von Biologischem Gas ist, dass seine Verbrennung in der Biogasanlage CO2-neutral erfolgt. Das wiederum heißt, dass die Pflanzen, die entweder direkt in der Biogas-Anlage vergoren werden oder über den Umweg über das Verdauungssystem von Nutztieren nehmen, in der Vergangenheit genau die Menge an Co2 gebunden haben, die bei der Verbrennung des späteren Biogases wieder freigesetzt werden. Es kommt durch Biogas zu keinem zusätzlichen Ausstoß von dioxide. Biogas stellt dabei eine ideale Ergänzung Zu den regenerativen Energieträgern Wind und Sonne dar. An der Anzahl der Biogasanlagen in Deutschland wird auch erkennbar, dass dieser Energieträger dezentral gewonnen werden kann wie z.B. beim fossilen Erdgas. Es handelt sich um einen Brennstoff, der regional „Made in Germany“ produziert wird. Dadurch werden längere Transportwege vermieden und ein Beitrag zur Energieunabhängigkeit Deutschlands geleistet
Was sind die Nachteile von Biogas?
Die Verwendung von Biogas hat auch einige Nachteile.
Ökologisch besonders sinnvoll ist der Einsatz von Rohstoffen aus landwirtschaftlichen und organischen Reststoffen. Mais und Raps hingegen werden oft großflächig in Monokultur angebaut und nur für die Produktion von Biogas verwendet. Diese Monokultur wirkt sich negativ auf die Biodiversität aus. Darüber hinaus hat der häufige Einsatz schädlicher Pestizide Land verloren, das für den Anbau von Nahrungsmitteln hätte genutzt werden können. Grün ist also nicht gleich grün – daher sollte bei der Umstellung auf Biogas besonders auf eine ökologische Produktion geachtet werden.
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Was sind Energiepflanzen?
Energiepflanzen zählen zu den nachwachsenden Rohstoffen und werden ausschließlich zur energetischen Nutzung angebaut. Sie versorgen ganz Deutschland jedes Jahr mit der Energie, die sie für Wärme, Strom und Treibstoff benötigen. Damit ist Bioenergie aus Energiepflanzen gegenüber vielen anderen erneuerbaren Energien im Vorteil und die Nachfrage steigt sprunghaft an.
Nicht zuletzt werden sowohl der CO2-Ausstoß als auch die Endlichkeit fossiler Brennstoffe wie Erdgas als zunehmendes Problem wahrgenommen und die Bundesregierung muss ihre umweltpolitischen Maßnahmen entsprechend anpassen. Das ultimative Ziel der Regierung ist es, den Primärenergieverbrauch bis 2050 zu 50 % aus erneuerbaren Quellen zu decken und die CO 2-Emissionen bis 2020 um 40 % im Vergleich zu 1990 zu reduzieren.
Mit diesen Zielen leistet die Bundesregierung nicht nur einen Beitrag zum Klimaschutz, sondern strebt durch den Ausbau heimischer erneuerbarer Energien eine nachhaltige und sichere Energieversorgung an. Biologische Rohstoffe sind Biomasse die nachhaltig hergestellt werden können. Es ist speicherbar und trägt somit zur bedarfsgerechten Versorgung bei. Reduzierte Abhängigkeit von Energieimporten (Erdöl, Erdgas,Steinkohle),trägt zur Stärkung des ländlichen Raums bei.
Der Anbau der Rohstoffe schafft Arbeitsplätze in der deutschen Land- und Forstwirtschaft. Solche Rohstoffe sind das Licht der Hoffnung auf dem Strommarkt. Damit sie günstig, ökologisch verträglich und in ausreichender Menge verfügbar sind, müssen sie sehr effizient angebaut werden. Dem maximalen Ertrag der verfügbaren Fläche steht ein minimaler Aufwand bei Anbau, Ernte und Weiterverarbeitung gegenüber. Klima, Boden- und Grundwasservorkommen sind von Region zu Region unterschiedlich, daher sind von Region zu Region unterschiedliche Pflanzen als Energiequellen wichtig.
Was ist der Unterschied von Biogas und erneuerbare Energien?
Biogas gilt als flexible Energiequelle, da es im Gegensatz zu Wind- und Sonnenenergie speicherbar ist. Dies ist ein wichtiger Grund, diese Systeme bekannt zu machen. Denn im Unterschied Zu Wind- und Solarenergie kann Biogas witterungsunabhängig erzeugt und gespeichert werden.
Biogasanlagen zur Stromerzeugung bieten sich daher zur Bereitstellung der Grundlast an und können dazu beitragen, in der Stromerzeugung die durch Wind und Sonne verursachten Netzschwankungen auszugleichen.
Warum hat Biogas keinen guten Ruf?
Steigende Preise für Ackerland, der Einstieg von Großinvestoren und die wachsende Zahl von Monokulturen wie Mais haben jedoch das anfänglich gute Image von Biogasanlagen getrübt. 2017 habe es 32 Unfälle auf Biogasanlagen gegeben, bei denen rund 5,5 Millionen Liter Gülle und Silagesickerwasser sowie Gärsubstrat (JGS) freigesetzt worden seien, schrieb das Umweltbundesamt im Unfall zu wassergefährdenden Stoffen. Rund 9.000 Biogasanlagen in Deutschland produzieren bereits Methangas aus der Vergärung von Mais und organischen Stoffen, das als Brennstoff für Strom und Wärme genutzt wird. Diese gefährlich tickende Zeitbombe tickt im ganzen Land, aber auch in der Nähe von Wohn- und Gewerbegebieten. Rund drei Viertel der von Experten geprüften Biogasanlagen werden – oft zu Unrecht – erhebliche sicherheitstechnische Mängel nachgesagt.
Kann man Biogas zum Heizen verwenden?
Nach umfassender Biogasaufbereitung kann es in das Erdgasnetz eingespeist werden. Neben der Entfernung von Wasser, Schwefelwasserstoff (H2S) und Kohlendioxid (CO2) ist auch eine Brennwertanpassung des Erdgases in jedem Gasnetz (Konditionierung) erforderlich. Aufgrund des hohen technischen Aufwands sind Aufbereitung und Bereitstellung derzeit nur für überdurchschnittliche Biogasanlagen sinnvoll. Das erste Projekt wurde 2007 gestartet. Neuentwicklungen wie die Hohlfasermembranen der Essener Evonik Industries ermöglichen es, Biogas auf eine Reinheit von bis zu 99 % auf Erdgasqualität zu veredeln. Um die Qualität von Erdgas zu erreichen, sind folgende Aufbereitungsschritte erforderlich.
Entschwefelung: Eine Entschwefelung ist erforderlich, um Korrosion zu verhindern. Schwefel wird in Biogas als Schwefelwasserstoff (H2S) nachgewiesen und erzeugt bei der Verbrennung in Gegenwart von Wasserdampf aggressive Säuren, schweflige Säure (H2SO3) und Schwefelsäure (H2SO). Der Anteil an Schwefelwasserstoff ist meist gering, kann aber bei proteinreichen Substraten (Getreide, Hülsenfrüchte, Schlachtabfälle etc.) stark ansteigen. Die Entschwefelung hat eine Vielzahl von Optionen, einschließlich biologischer, chemischer und adsorptiver Verfahren. Gegebenenfalls sind mehrere Schritte erforderlich, wie Grobentschwefelung und Feinentschwefelung.
Trocknung: Da Biogas mit Wasserdampf gesättigt ist, entstehen beim Abkühlen von unbehandeltem Biogas große Mengen an Kondenswasser, das zu Motorkorrosion führen kann. Außerdem soll die Bildung von Wassersäcken vermieden werden. Daher muss das Gas getrocknet werden. Dazu wird das Gas auf eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts des Wärmetauschers abgekühlt. Das kondensierte Wasser wird entfernt und das gekühlte Gas wird durch einen zweiten Wärmetauscher geleitet, um es wieder auf Betriebstemperatur zu erhitzen. Gut wasserlösliches Ammoniak wird entfernt, sobald es trocknet.
CO2-Abtrennung: Da Kohlendioxid (CO2) nicht oxidiert werden kann, trägt es nicht zum Heizwert von Biogas bei. Um die Qualität von Erdgas zu erreichen, ist es notwendig, den Heizwert von Biogas an den Heizwert von Erdgas anzupassen. Da Methan ein Energiebereitstellungsbestandteil von Biogas ist, ist es notwendig, CO2 zu entfernen und dessen Anteil zu erhöhen. Derzeit gängige Verfahren zur Methananreicherung durch CO2-Abtrennung sind die Gaswäsche und die Druckwechseladsorption (Adsorptionsverfahren an Aktivkohle). Andere Verfahren wie kryogene Gastrennung (bei niedriger Temperatur) und Membrangastrennung wurden ebenfalls entwickelt.
Konditionierung: Bei der Konditionierung erfüllt Biogas die Anforderungen an Trockenheit, Druck und Heizwert. Da Erdgas je nach Herkunft unterschiedliche Heizwerte hat, muss der obere Heizwert des aufbereiteten Biogases für jedes Netz angepasst werden. Verdichtung: Die Versorgung eines Erdgasnetzes erfordert je nach Netztyp typischerweise niedrige bis mittlere Drücke bis etwa 20 bar. Sehr selten erfolgt eine direkte Einspeisung in Ferngasnetze bis über 80 bar. Wenn der Biogasdruck nach der Aufbereitung niedriger als der Netzdruck ist, sollte es mit einem Kompressor komprimiert werden.
Weitere Reinigungs- und Behandlungsschritte: Deponie- und Klärgase können Siloxane sowie halogenierte und zyklische Kohlenwasserstoffe enthalten. Siloxan erhöht den Motorverschleiß erheblich. Halogenierte Kohlenwasserstoffe führen zur Emission giftiger Verbindungen. Siloxane und Kohlenwasserstoffe können aus Biogas durch Gaswäsche, Gastrocknung oder Adsorption an Aktivkohle entfernt werden.
Fazit:
Trotz dieser Nachteile ist Biogas eine vielversprechende Energiequelle, die dazu beitragen könnte, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern. Biogasanlagen sind in vielen Teilen der Welt auf dem Vormarsch, so auch in Deutschland, wo es über 9.000 Biogasanlagen gibt.
