Landwirtschaftliche Biogasanlagen
Energie, W�rme und D�nger 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, W�rme und D�nger in der Kreislaufwirtschaft
Urspr�ngliches Motiv f�r die Ver-
g�rung von G�lle war die D�ngerein-
sparung. Vergorene G�lle zeichnet sich
durch einen verbesserten  G�llewert
aus, d.h. die Fl�ssigkeit ist weniger
aggressiv und die enthaltenen N�hrstof-
fe, insbesondere Stickstoff, sind f�r die
Pflanzen leichter verf�gbar.
Als positiver Nebeneffekt der Ver-
g�rung wurde die W�rmegewinnung
erkannt. Durch das Stromeinspeisege-
setz wurden auch die Potenziale der
 Aus Agrarreststoffen
Stromerzeugung durch Kraft-W�rme-
Kopplung genutzt. Reine G�lleanlagen
entstehen Energie
f�hrten jedoch zu keiner befriedigenden
Fermenterauslastung. Da biologische
Rest- und Abfallstoffe wie z. B. Fett aus
und D�nger
der Gastronomie sich sehr gut als
Kosubstrat f�r Biogasanlagen eignen,
boten sich Anlagenbetreiber als Abneh-
mer f�r diese Reststoffe an. Der Preis,
den die Betreiber f�r die Abnahme
erzielen konnten, war zun�chst relativ
hoch, so dass die Zahl der Biogasanla-
gen stark anstieg, bis schlie�lich die
Zahl der Abnehmer so gro� war, dass
die angebotenen Rest- und Abfallstoffe
nicht mehr ausreichten und die Verg�-
tung biogener Abfallstoffe sank.
Einfaches Ablaufschema einer
Biogasanlage
Neuerdings geht der Trend dahin,
landwirtschaftliche Fl�chen 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-
lichtundurchl�ssig 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 G�rrest aus
Derzeit (Stand August 2004) gibt es
einer bestehenden Anlage zum Animp-
in Deutschland etwa 1.900 Biogasanla-
fen des G�rprozesses in den Fermenter
gen, ca. 600 davon sind in Bayern instal-
eingebracht werden. Die Prozesstempe-
liert. Unterst�tzt wird der Betrieb von
ratur wird meist im mesophilen Bereich,
Biogasanlagen durch verschiedene F�r-
auf etwa 33 bis 40� C, gehalten. Wichtig
derprogramme der L�nder und des Bun-
ist eine konstante Fermentertemperatur.
des (z. B. durch das Erneuerbare Energi-
In der Fl�ssigkeit vorhandene anaerobe
en Gesetz, EEG).
Bakterien (S�ure- und Methanbildner)
setzen organische Substanz in Methan
Technik und Kohlendioxid um. Der gesamte
Prozess gilt als stabil, wenn die Abbau-
Die G�lle flie�t im einfachsten Fall
produkte der S�urebildner 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 k�nnen mit Hilfe von Eintrags-
verarbeitet werden.
schnecken, Eintragskolben, Einsp�l-
sch�chten o. �. direkt in den Fermenter Der G�rrest aus dem Fermenter wird
eingebracht werden. Als Substrat kann bis zur Ausbringung auf die landwirt-
in landwirtschaftlichen Biogasanlagen schaftlichen Fl�chen 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.
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Das Substrat wird durch Verr�hren Zur energetischen Verwertung kom-
Betreibermodelle
homogenisiert, was das Austreiben des men bei einer Leistung bis ca. 250 kWel
Gases unterst�tzt. Dieses besteht zu beinahe ausschlie�lich Anlagen mit Da in kleinstrukturierten Gebieten ein-
etwa 50 bis 65 Volumenprozent aus Z�ndstrahlmotor mit Heiz�l EL als Z�nd- zelne landwirtschaftliche Betriebe meist
�l zum Einsatz, w�hrend f�r eine Leis- nicht genug landwirtschaftliche Reststoffe
Methan, ca. 34 bis 49 Volumenprozent
tung �ber 250 kWel in der Regel Gas- f�r den wirtschaftlichen Betrieb einer Bio-
sind unverwertbares Kohlenstoffdioxid.
Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Stick- Otto-Motoren verwendet werden. gasanlage zur Verf�gung stellen k�nnen,
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
f�r 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 Privatverm�gen haften muss,
im Biogas. Alternativ gibt es Module
wird versucht, Betreibermodelle wie z. B.
zur externen Entschwefelung. M�glich
1 Quelle: Weiland, Rieger, Ehrmann (2003) die GmbH & Co. KG anzuwenden.
ist auch die Zugabe von Eisenoxid-
l�sungen zum Substrat, um den Schwe-
fel im Fermenter auszuf�llen und aus der
Technische Parameter:
Gasphase zur�ckzuhalten. Au�erdem
" 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 �ber- " Ausreichend Wasser/Feuchte f�r die Bakterient�tigkeit
wiegend drucklos im Kunststofffolien-
" Max. TS-Gehalt von 15 Prozent wegen Pumpf�higkeit
sack oder im Luftraum �ber der Fl�ssig-
" Ausreichende Homogenisierung und Entgasung des Substrates im
keit im Nachg�rer.
gesamten Fermenterraum
Das erzeugte Biogas wird zum gr��-
" Ausreichende Verweilzeiten, meist > 30 d
ten Teil zur Verstromung eingesetzt. Ein
" Gro�e Oberfl�che des Substrates bzw. m�glichst 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 �ffentliche Netz
" M�glichst konstante Temperatur des Substrates
eingespeist bzw. teilweise auch dem
landwirtschaftlichen Hof abgetreten.
" M�glichst konstante Beschickung des Fermenters mit m�glichst
Mit der Motor- und Abgasabw�rme
homogenem Substrat
wird zun�chst der Fermenter beheizt,
" Vorhandensein von Spurenelementen in ausreichender Menge
um dort die notwendige G�rtemperatur
zu erhalten. Zus�tzlich ist die Behei-
" Konstanter pH-Wert bei zweistufigen Verfahren:
zung von Wohn- sowie Betriebsgeb�u-
(die vier Stufen des Biogas-Bildungs-Prozesses finden in zwei Beh�ltern statt)
den oder anderer W�rmeverbraucher,
Hydrolyse/Vers�uerung 5,2 bis 6,3; Methanisierung 6,7 bis 7,5
z. B. die Verwendung f�r Trocknungs-
" C/N-Verh�ltnis bei zweistufigen Verfahren:
prozesse, m�glich. Diese Kombination
Hydrolyse/Vers�uerung 10 bis 45; Methanisierung 20 bis 30
von Verbrennungsmotor mit Elektroge-
" N�hrstoffverh�ltnis C:N:P:S bei zweistufigen Verfahren:
nerator und W�rmetauscher nennt man
Hydrolyse/Vers�uerung 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
�konomie Einfaches Kalkulationsschema
finden in einem Beh�lter statt) ist so-
wohl in Bezug auf pH-Wert und C/N- Einnahmen Ausgaben
Verh�ltnis, als auch beim N�hrstoffver-
Stromeinnahmen Fixkosten
h�ltnis das Optimum der Methanisie- Evtl. W�rmeeinnahmen Zinszahlung
Evtl. Verwertungserl�se Abschreibungen
rung (Stufen drei und vier des Biogas-
Bildungs-Prozesses) einzustellen, da die
Laufende Kosten
Methanbakterien empfindlicher sind
Arbeitszeit
bez�glich Milieubedingungen und
Z�nd�l
langsamer wachsen als Bakterienarten Stromz�hlerkosten
Versicherung
aus der Vers�uerung ( Stufen eins und
Unterhalt Technik
zwei des Biogas-Bildungs-Prozesses).
Unterhalt Bau
Substratkosten
G�tesicherung
Anlagentypen1
Aufmischwasser
Ausbringung G�rrest
Mehr als 90 Prozent der in den letz-
u. a.
ten Jahren errichteten Biogasanlagen
Seit Einf�hrung des EEG als Nachfol- kostenintensiven Projekte. Einnahmen
werden als Kofermentationsanlagen mit
ger des Stromeinspeisegesetzes im Jahr werden �berwiegend aus dem Stromver-
dem Grundsubstrat Schweine- bzw.
2000 besteht f�r die Netzbetreiber eine kauf und der Stromgutschrift f�r vermie-
Rinderg�lle und H�hnerkot betrieben.
Abnahme- und Verg�tungspflicht f�r dene Bezugskosten des landwirtschaftli-
Bei der Verg�rung kommen in erster Strom, der durch Verg�rung von Biomasse chen Betriebes erzielt. In obiger Tabelle ist
Linie Nassverg�rungsverfahren zum gewonnen wurde. Die darin festgelegte ein einfaches Kalkulationsschema f�r die
Einsatz. Die Durchf�hrung erfolgt hier- Verg�tung f�r 20 Jahre auf Basis von Fest- Absch�tzung der Wirtschaftlichkeit von
bei meist mit Hilfe von vollst�ndig preisen erm�glicht erstmals die notwendi- Biogasanlagen mit m�glichen Ein- bzw.
durchmischbaren R�hrkesselreaktoren. ge Planungssicherheit f�r die relativ Ausgabenpositionen aufgef�hrt.
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Firma: Datum:
Betriebsanweisung
gem�� ż 20 GefStoffV
Arbeitsbereich: Arbeitsplatz: Unterschrift:
T�tigkeit:
GEFAHRSTOFFBEZEICHNUNG
G�lle- und Biogase
Arbeitsbereiche: Biogasanlagen, G�llelagerst�tten, etc.
(Schwefelwasserstoff H2S, Kohlendioxid CO2, Ammoniak NH3, Methan CH4)
T�tigkeiten: Aufr�hren, Sp�len, Pumpen, Umpumpen, Entnehmen von G�lle o. Substrat,
Reparatur- und Wartungsarbeiten, Aufenthalt in G�lle- oder Substratarbeitsbereichen
GEFAHREN F�R MENSCH UND UMWELT
" Beim Aufr�hren und Entnehmen von G�lle sowie bei Reparatur- und Wartungsarbeiten
k�nnen gef�hrliche Gaskonzentrationen entstehen
" Vergiftungsgefahr (H2S, NH3)
" Erstickungsgefahr (CO2)
" Explosionsgefahr (CH4)
SCHUTZMASSNAHMEN UND VERHALTENSREGELN
" Einstieg nur auf Anweisung und mit umluftunabh�ngigem Atemschutzger�t
und Sicherungsleine zul�ssig
" Betriebseinrichtungen zuverl�ssig gegen Einschalten sichern
" Sicherungsposten au�erhalb 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 Verungl�ckter nur zul�ssig, wenn der Einsteigende ein
umluftunabh�ngiges Atemschutzger�t tr�gt und zwei weitere Personen den
Einsteigenden mit einem Seil sichern, das au�erhalb des Gefahrbereiches fest verankert ist.
Unbeteiligte warnen! Vorgesetzten informieren! Unfalltelefon: 110
ERSTE HILFE
" F�r ausreichend Frischluft sorgen
" Arzt verst�ndigen unter Hinweis auf Vergiftung durch Schwefelwasserstoff
" Ggf. Beatmungsma�nahmen durchf�hren
Ersthelfer:
Herr/Frau Telefon:
SACHGERECHTE ENTSORGUNG
Ausbringen von G�lle nur unter Ber�cksichtigung der gesetzlichen Bestimmungen, u. a.
" Abfallgesetz
" D�ngemittelgesetz
" Wasserhaushaltsgesetz
" D�ngemittelverordnung, D�ngemittelanwendungsverordnung