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Funktion und Aufbau einer Biogasanlage

Inhalt:
1. Standorte und Nutzung von Biogasanlagen
2. Aufbau einer Biogasanlage in der Landwirtschaft
3. Funktion der Anlage
4. Entwicklung und Ausblick
1. Standorte und Nutzung von Biogasanlagen
Aufbau und Funktion einer Biogasanlage richten sich einerseits nach Grundprinzipien physikalischer, chemischer und biologischer Vorgänge bei der Vergärung organischer Substanzen und der Entstehung von Gas und Reststoffen. Andererseits beruhen sie im Einzelnen auf der Art der Stoffe, die für die Vergärung verwendet werden und dem Anwendungsbereich der Produkte. Die Art der Stoffe wiederum folgt aus den unterschiedlichen Quellen und Standorten. Deshalb seien zunächst Standorte und Nutzung von Biogasanlagen beschrieben.
Die Anlagen werden in ländlichen Gebieten aber auch auf Industrieflächen eingerichtet und schließlich in Kommunen im Umfeld von Wohngebieten. Dies folgt aus der Anwendung der Anlagen in der Landwirtschaft, der Ernährungs- und Agrarindustrie und der kommunalen Entsorgung. Die für die Biogasproduktion nutzbaren organischen Stoffe, die als Gärsubstrate bezeichnet werden, sind nämlich zumeist Rest und Nebenprodukte dieser Branchen und Bereiche.
In der Landwirtschaft fallen Flüssig- und Festmist und Reststoffe der Pflanzenproduktion (z.B. Rübenblätter) an. Zunehmend werden aber auch bestimmt Pflanzenarten speziell für die Verwertung in Biogasanlagen großflächig angebaut.
Bei der Industriellen Verarbeitung pflanzlicher Produkte entstehen Rückstände beispielsweise aus Brauereien und gemüseverarbeitender Industrie und organische Schlämme und Abwässer.
Bei der Aufbereitung tierischer Erzeugnisse entstehen z.B. Schlachthofabfälle.
Organische Anteile des Hausmülls und Klärschlamm sowie Speisereste des Hotel- und Gaststättengewerbes unterliegen der Kommunalentsorgung.
Am häufigsten werden Biogasanlagen in der Landwirtschaft eingesetzt. Hier wirkt sich nicht nur die Erzeugung des Biogases als unmittelbarer Energieträger vorteilhaft aus, sondern aus der Güllevergärung folgt ein zusätzlicher wirtschaftlicher Nutzen. Die aus der Vergärung übrig gebliebene Biomasse eignet sich besonders gut als biologischer Dünger. Daneben kommt es durch die Vergärung zu einer Geruchsreduzierung der Gülle. Dies wirkt sich besonders in Feriengebieten positiv auf die Entwicklung des Fremdenverkehrs aus.
Vor allem aber entsteht durch die Biogasanlagen eine hochwertige Energiequelle die unmittelbar in allen bekannten Gasgeräten und Maschinen verwendet werden kann. Sie kann besonders effizient beim Betrieb eines Blockheizkraftwerkes genutzt werden.
2. Aufbau einer Biogasanlage in der Landwirtschaft
In ländlichen Gebieten befinden sich Biogasanlagen auf landwirtschaftlichen Betrieben. Zu einer Biogasanlage im weitesten Sinne gehören auf dem Betrieb Sammelbehälter für Feststoffe, wie Misthaufen oder Gruben, Güllelagunen und ggf. Tonnen und andere Container für die Sammlung weiterer organischer Abfallprodukte. Die Anlagen dienen dazu, die Stoffe zu sammeln und weiterzuleiten, die in die Biogasanlage im engeren Sinne eingeführt werden (Input). Zu den weitern Sekundäranlagen gehören ggf. Leitungen für den Gastransport, Heizanlagen, Generatoren und Motoren (Output).
Der Kern den komplexen Systems ist die Biogasanlage im engeren Sinne. Sie besteht aus drei Hauptteilen. Hierbei handelt es sich um den Gärbehälter, der auch als Fermenter bezeichnet werden kann, einen Schlammbehälter, auch als Reststofflager bezeichnet, und den Gasspeicher.
Der Gärbehälter ist das Herzstück der Anlage. Dieser Behälter besitzt bei den meisten Biogasanlagen der Landwirtschaft ein Volumen von 150 bis 500 m³. Er ist mit einem Rührwerk ausgestattet, mit dem Gülle und Mist vermischt werden. Er enthält außerdem eine Heizung, die zur Beschleunigung des Gärprozesses eingesetzt wird. Durch die Heizung wird ein Wasserbad erwärmt, das den Gärbottich umgibt. Der Schlammbehälter kann unter- oder oberirdisch angelegt sein und ist im Allgemeinen durch ein Rohr mit dem unteren Bereich des Gärbehälters verbunden.
Biogasanlagen weisen zwei grundsätzlich unterschiedliche Konstruktionen ihrer Gasbehälter auf. Bei Kompaktanlagen wird das Gas oberhalb des Fermenters in einem Folienspeicher gelagert der den Gärbehälter Kuppel- oder Zeltdachförmig überdeckt.
Eine andere Bauart sieht für die Lagerung einen räumlich vom Gärbehälter getrennten Speicher vor. Eine Sonderform dieser externen Gasspeicher ist der Doppelmembran-Biogasspeicher. Diese Konstruktion besteht aus drei festen, mit Gewebe verstärkten Membranen. Ein Stahlring befestigt sie an einem Betonfundament. Eine Innenmembran nimmt das Gas auf. Ein Luftgebläse halt die Außenmembran unter Spannung, sodass dieser Behälter einem großen Ballon gleicht.
Allen Gasbehältern ist gemeinsam, dass sie mit einer Gasfackel verbunden
sind.
Gasfackel Doppelmembran-Biogasspeicher

3. Funktion der Anlage
Das Funktionsprinzip einer Biogasanlage ist einfach: Die Gülle und der Mist gelangen zusammen mit den eventuell zusätzlich eingesetzten organischen Abfallstoffen zum Vergären in den Gärbehälter. Die Gülle wird angepumpt, Feststoffe wie Silage und Festmist werden über einen separaten Feststoffeingang dem Gärprozess hinzugefügt. Im Fermenter verweilt das Substrat mehrere Tage, wobei durch die Aktivität der Mikroorganismen Biogas gebildet wird. Man kann den Fermenter also auch als Reaktor bezeichnen. Um die Bildung von Schwimmdecken und Sinkschichten zu verhindern, muss das Substrat ständig gerührt werden. Dadurch wird zusätzlich das Entweichen der entstanden Gase erleichtert. Die Menge gebildeten Gases hängt neben dem Substrat von der Verweildauer und der Betriebstemperatur ab. Deshalb verbleibt das Substrat umso länger im Gärbehälter, je geringer die Temperatur ist. Die meisten Anlagen werden in einem Temperaturbereich zwischen 35-40°C gefahren. Das vergorene Substrat gelangt im Anschluss in ein Endlager (Schlammbehälter), das möglichst geschlossen sein sollte, da auch hier noch einmal Biogas gewonnen werden kann.
Das Biogas, das sich gebildet hat, sammelt sich im Gasbehälter. Sollte ein Überdruck entstehen, entweicht das Gas aus dem Gasbehälter durch ein Überdruckventil und wird automatisch in der Gasfackel verbrannt.
Das übrige Gas wird in den meisten Fällen direkt einem Blockheizkraftwerk zugeführt. Dort wird es entweder mit einem Zündstrahlmotor oder einem Gas-Otto-Motor verbrannt. Die Wärme dient zur Heizung des Fermenters und kann auch zur Beheizung und Warmwasserbereitung für die Ställe und das Wohnhaus genutzt werden. Überschüssige Wärme muss, insbesondere in den Sommermonaten, über einen Notkühler an die Umgebungsluft abgegeben werden.
Der elektrische Strom wird im Wohnhaus und in den Ställen verbraucht und der Rest ins Netz des zuständigen Energieversorgungsunternehmen eingespeist, die verpflichtet sind den Strom abzunehmen. Alternativ kann der Überschuss-Strom an einen Öko-Stromanbieter verkauft werden, die den Strom aus regenerativen Energiequellen höher als gesetzlich vorgeschrieben vergüten.

4. Entwicklung und Ausblick
Die Landwirtschaftsminister der EU - Staaten gehen davon aus, dass langfristig rund 25 % der landwirtschaftlichen Fläche nicht mehr zur Nahrungsmittelproduktion benötigt werden und somit stillgelegt werden müssten. Das wären EU weit 30 Mio. ha, in Deutschland bis zu 4,5 Mio. ha Angesichts solcher Aussichten scheint die Produktion energetisch nutzbarer Biomasse auf solche Flächen gute Chancen zu bieten.
Aber ökologische Gesichtspunkte geben Anlass zur Vorsicht, denn bei dieser Nutzung von Biomasse entstehen auch Schadstoffe und Abfallprodukte. Hier sind in erster Linie giftige Abwässer und Kohlenwasserstoffe, aber auch Stickstoffoxide, Schwefeldioxid sowie Ruß und Staub zu nennen.
Gravierende Vorbehalte werden ebenfalls dem Anbau von Energieplantagen entgegengebracht, die als schädlingsanfällige Monokulturen einen hohen Einsatz von chemischen Dünge- und Pflanzenschutzmitteln erfordern.
Den Bedenken gegenüber weist Biomasse u.a. folgenden Vorteil auf: Bei der energetischen Nutzung von Biomasse entsteht maximal soviel Co2, wie vorher in die Pflanzen eingelagert wurde. Ihre Nutzung ist also als Co2 - neutral anzusehen.
Mit einer weitern Zunahme von Biogasanlagen, vor allem im ländlichen Raum, muss deshalb gerechnet werden. In dem Zusammenhang ist mit technischen Verbesserungen zu rechnen, die sich auf Aufbau und Funktion der Anlagen auswirken werden.

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