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Eine
Biogasanlage erzeugt durch die Vergärung
von Biomasse Biogas. Hierzu werden in
landwirtschaftlichen Biogasanlagen meist Pflanzensilage
und Gülle vergoren. Das entstandene
Gas wird vor Ort in einem Blockheizkraftwerk
(BHKW) zur Stromerzeugung genutzt. Als Nebenprodukte fallen
Wärme und ein Gärrest, der als Dünger verwendet
wird, an. |
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Die im Januar 2009 in
Kraft tretenden neuen Regelungen des Erneuerbare Energien
Gesetzes (EEG) werden für Betreiber kleiner Biogasanlagen
ab 40 bis 150 kW besonders gefördert. |
| Ein Problem
bei der Verstromung ist in vielen Fällen die anfallende Wärme.
Nur wenn genügend Wärmeabnehmer vorhanden sind, kann
eine Biogasanlage wirtschaftlich betrieben werden. Oftmals wird
Wärme kostenfrei abgegeben, so z. B. in öffentliche
Einrichtungen (Schwimmbäder, Bürogebäude) oder
in umliegende Wohnhäuser. |
| Anlagenteile einer Biogasanlage |
Die
Vor-/Sammelgrube dient zur Sammlung und
Homogenisierung der einzuspeisenden flüssigen Substrate.
Die Größe und Ausstattung, so z. B. Mixer,
Zerkleinerungseinrichtungen, Pumpen, richten sich nach
den eingesetzten Materialien. Hier können auch bestehende
Güllegruben verwendet werden, wenn sie für den
Verwendungszweck geeignet sind und die Sicherheitsvorschriften
eingehalten werden. |
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Ein
Feststoffdosierer ist zur Einbringung
von festen Substraten in die Biogasanlage vorgesehen.
Hier können zwei Varianten zum Einsatz kommen, das
Presskolbensystem oder die Schneckenlösung. Das eingesetzte
System muss mindestens eine Tagesration aufnehmen, die
in mehreren Intervallen dem Fermenter automatisch zuführt
wird. |
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Zur
anaeroben Vergärung der Substrate, wobei Biogas entsteht,
wird ein Fermenter eingesetzt. Die Größe
ist von der Menge der einzuspeisenden Substrate und der
gewünschten Aufenthaltsdauer abhängig. Der Fermenter
ist beheizbar, gedämmt, wetterfest verkleidet, mit
einem oder mehreren Rührwerken und einer Möglichkeit
zur Entnahme des Biogases versehen. Der Behälter
kann aus Edelstahl (Segmentbauweise) oder Beton (Fertigteilbauweise)
erstellt werden. |
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Bei
einem Nachgärer handelt
es sich um einen gasdichten Lagerbehälter,
der bis auf die Beheizung einem Fermenter
ähnlich ist. In ihm findet ein weiteres
"Ausgasen" der Gärmasse statt. |
In
einem offenen Behälter (Endlager)
werden die ausgegasten Gärreste gesammelt.
Auch hier können bestehende Güllelagerbehälter
benutzt werden. |
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In einem Gaslager
wird das Biogas bis zur weiteren Nutzung zwischengelagert. Das
Gaslager ist in den Fermenter und Nachgärbehälter integriert.
Hier werden Fermenter und Nachgärer mit einer gasdichten
Membran abgedeckt, deren Außenseite durch eine zweite Membran
geschützt wird. Zwischen den beiden Membranen wird mit geringem
Überdruck Luft eingeblasen, wodurch ein Tragluftdach entsteht,
das die Gasmembran vor Sonne, Wind, Kälte, Hagel und Schneelast
schützt. |
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Im
Blockheizkraftwerk (BHKW) wird das entschwefelte
und getrocknete Biogas verwertet. Die im Biogas enthaltene
Energie wird zu ca. 35 % in elektrische und zu ca. 50
% in thermische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie
wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden
(EEG), die Wärme wird im eigenen Betrieb und/oder
in der Umgebung verwertet. |
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Viele
Anlagen haben eine Gasaufbereitungs-Technik
mit der das erzeugte Biogas auf Erdgasqualität aufbereitet
wird. Dabei kann der Methangehalt des Bioerdgases mittels
verschiedener Verfahrensweisen erhöht werden. Für
eine Biogas-Aufbereitung mittels Druckwasserwäsche
(DWW) werden lediglich größere Mengen Wasser
als Absorptionsmittel benötigt. So kann bei der DWW
auf den Einsatz von Chemikalien verzichtet werden. Weiterer
Vorteil der Druckwasserwäsche ist der hohe Reinheitsgrad
des mit der DWW-Technik aufbereiteten Biogases. Der Methangehalt
beträgt mindestens 97%, der CO2-Gehalt ist größer
als 2,5 % und der Methanverlust liegt unter 2%. |
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Das aufbereitete Biogas
kann in das öffentliche Erdgasnetz eingespeist
werden oder als Treibstoff in Erdgastankstellen für PKW,
LKW oder Busse eingesetzt werden. |
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| Schematischer
Aufbau einer NawaRo-Anlage |
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| Kleinanlage |
| Quelle:
Krieg & Fischer Ingenieure GmbH |
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NawaRo-Anlage |
| Eine NawaRo-Anlage
(Hofbiogasanlage) ist relativ einfach aufgebaut. Gülle
wird dem Fermenter diskontinuierlich per Pumpe eingegeben. Der
Fermenter besteht aus einem luftdichten und Edelstahl- oder
Betonbehälter. Diese sind mit einer Isolierung versehen,
da im Inneren für die Mikroorganismen eine konstante Temperatur
gehalten werden muss. Der Fermenter ist auf mesophile Temperaturen
(etwa 35 °C) oder thermophile Temperaturen (etwa 55°C)
ausgelegt. |
| Im Fermenter
befindet sich ein Rührwerk, welches die erforderliche und
völlige Durchmischung des Inhalts sicherstellt. Hierbei
ist darauf zu achten, dass sich weder eine Schwimmschicht auf
der Substratoberfläche bildet noch Sedimentation am Behälterboden
entsteht. Zusätzlich müssen die Mikroorganismen mit
allen notwendigen Nährstoffen versorgt werden. Die Aufenthaltszeit
der Gülle im Fermenter liegt, abhängig von der Art
des Substrates (Silage), zwischen 20 und 40 Tagen. Während
dieser Zeit werden die organischen Substanzen der Füllung
von den Mikroorganismen umgewandelt. Hierbei entsteht Biogas
und ausgegaste Gärreste. Das zwischengelagert wird und
wegen des hohen Ammoniumgehalts (NH4) als Dünger verwendet.
Das Biogas gelangt in einen Gasbehälter, von dem aus ein
Blockheizkraftwerk versorgt und in Strom und Wärme umgewandelt
wird. |
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Schematischer
Aufbau einer Kofermentationsanlage |
Quelle:
LFL |
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Kleinanlage |
| Quelle:
Krieg & Fischer Ingenieure GmbH |
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Biogas-Aufbereitung
- Druckwasserwäsche (DWW) |
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Anlagen-System
zur Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität mittels Druckwasserwäsche
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Quelle:
ÖkoBit |
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| Kofermentationsanlage
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Um die Wirtschaftlichkeit
von Biogasanlagen zu steigern, wird nicht nur Gülle, sondern
auch sonstige organische Substanzen (Kofermente) der Anlage zu
gegeben. Kofermente sind Fette, Ernterückstände, Marktabfälle,
Rückstände der Nahrungsmittelindustrie und Schlachtabfälle.
Durch diese Zugabe wird die Biogasproduktion erhöht. |
Kofermentationsanlagen
sind normalerweise größer als die üblichen Hofbiogasanlagen
(NawaRo-Anlagen) und entsprechen einem industriellen Standard.
Diese meisten größerdimensionierten Kofermentationsanlagen
liegen im Zentrum von größeren landwirtschaftlichen
Betrieben, die die Gülle zur Anlage liefern. Zusätzlich
werden Kofermente geliefert, sodass ein gängiges Mischungsverhältnis
von Gülle zu Kofermenten bei 3:1 bis 2:1 liegt. |
Die Kofermente
werden in geschlossenen Behältern gelagert, um die Geruchsemissionen
zu mindern. Sie werden gehäckselt bzw. gemahlen mit der angelieferten
Gülle vermischt. Wenn eine Hygienisierung erforderlich ist,
erfolgt diese meist bei einer Temperatur von 70°C und einer
Dauer von 1 Stunde für eine maximale Partikelgröße
von 1 cm. Für die anschließende Homogenisierung werden
im Mischbehälter leistungsstarke Rührwerke benötigt.
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Die ausgegasten
Gärreste werden in Lagerbehälter gepumpt, um noch möglicht
viel Biogas sammeln zu können. Obwohl die Gasproduktion im
Endlager nicht besonders groß ist, ist es trotzdem sinnvoll
dieses aufzufangen und zu nutzen. Manche Lager werden auch mit
einem innenliegenden Gasspeicher ausgerüstet. Danach werden
die Gärreste wegen des hohen Ammoniumgehalts (NH4) alsDünger
verwendet. |
Das produzierte
Biogas wird in einem Blockheizkraftwerk (BHKW)
in Strom und Wärme umgewandelt. Wenn aufgrund einer zu hohen
Gasproduktion keine Gasabnahme gewährleistet sein, so wird
Gas abgefackelt. |
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Besser wäre natürlich
eine Gasaufbereitungs-Technik, mit der das erzeugte
Biogas auf Erdgasqualität aufbereitet wird. Dabei kann der
Methangehalt des Bioerdgases mittels verschiedener Verfahrensweisen
erhöht werden. Für eine Biogas-Aufbereitung mittels
Druckwasserwäsche (DWW) werden lediglich
größere Mengen Wasser als Absorptionsmittel benötigt.
So kann bei der DWW auf den Einsatz von Chemikalien verzichtet
werden. Weiterer Vorteil der Druckwasserwäsche ist der hohe
Reinheitsgrad des mit der DWW-Technik aufbereiteten Biogases.
Der Methangehalt beträgt mindestens 97%, der CO2-Gehalt ist
größer als 2,5 % und der Methanverlust liegt unter
2%.
Das aufbereitete Biogas kann in das öffentliche
Erdgasnetz eingespeist werden oder als Treibstoff in Erdgastankstellen
für PKW, LKW oder Busse eingesetzt werden. |
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auch
in diesem Bereich wird viel experimentiert |
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