Wissen Wiki

Biomasse: Unterschied zwischen den Versionen

Biomasse (Quelltext anzeigen)

Version vom 14. Oktober 2013, 16:04 Uhr

35.686 Bytes hinzugefügt ,  16:04, 14. Okt. 2013
K
→‎Biomassegewinnung durch Energiepflanzenanbau
K
Zeile 307: Zeile 307:




== Bioenergieträger und ihre Nutzung ==
=== Feste Bioenergieträger ===
Der derzeit wichtigste Bioenergieträger ist das Holz. Seit Menschengedenken wird mit Holz geheizt, auch in Deutschland gibt es eine lange Tradition in diesem Bereich. Heute heizt wieder jeder vierte Haushalt mit Holz. Jährlich rund 34 Mio. Festmeter Holz werden in Form von Scheitholz, Hackschnitzeln, Pellets und Briketts in insgesamt etwa 16 Mio. Feuerstätten für Holzbrennstoffe zum Heizen genutzt. Mit über 22 Mio. Festmetern ist Scheitholz aus dem Wald – vielfach in Selbstwerbung gewonnen – der bedeutendste Holzbrennstoff. Aber auch Holz aus dem eigenen Garten oder der Landschaftspflege sowie unbehandeltes Gebrauchtholz, Stückholzreste
aus Sägewerken, Holzbriketts und Waldholz-Hackschnitzel sind von nennenswerter Bedeutung.
==== Heizen mit Holz in privaten Haushalten ====
In privaten Haushalten kommen vornehmlich Einzelraumfeuerstätten wie z. B. Kaminöfen, Grund- und Kachelöfen etc. zur Beheizung einzelner Wohnräume oder Wohnbereiche zum Einsatz. Sie ergänzen zumeist eine Zentralheizung und werden oft nur gelegentlich betrieben. Gut eine Million Haushalte in Deutschland verfügen über eine Holzzentralheizung (Scheitholzvergaserkessel, Pelletheizung, Hackschnitzelheizung etc.), die über das wasserführende Zentralheizungssystem alle Räume mit Wärme
versorgt und in der Regel zugleich auch der Brauchwassererwärmung dient.
Dank technischer Entwicklung weisen moderne Biomasseanlagen wie z. B. Pelletöfen/ Pelletkessel, Scheitholzvergaserkessel und Hackschnitzelheizungen heute
Wirkungsgrade von oftmals schon deutlich über 90 Prozent auf. Die technische Entwicklung ist bemerkenswert, so erreichen moderne Anlagen rund 20 Prozent höhere
Wirkungsgrade als Holzkessel, die vor 20–30 Jahren eingebaut wurden! Mehrere Hersteller haben inzwischen auch die Brennwerttechnik bei Holzheizungen zur Marktreife entwickelt. Kessel mit Brennwerttechnik nutzen den Energiegehalt des Brennstoffs nahezu vollständig, indem sie auch die Kondensationswärme des Wasserdampfes im Abgas verwerten. Sie sind dadurch besonders effizient.
Die Weiterentwicklung und Optimierung von Feuerungsräumen und Verbrennungssystemen sowie der Steuerung bzw. Regelung der Verbrennung bei Öfen und Kesseln führte
aber nicht allein zu besserer Effizienz der Holzverbrennung. Einhergehend damit wurde auch das Emissionsverhalten maßgeblich verbessert. Moderne Holzfeuerungen zeichnen sich durch sehr geringe Emissionen an Staub, Kohlenmonoxid und Stickoxiden aus. Im Jahr 2010 wurde die 1. Bundes-Immissonsschutz-Verordnung, auch Kleinfeuerungsanlagenverordnung genannt, novelliert. Sie legt Mindestwirkungsgrade und deutlich verschärfte Emissionsanforderungen für Einzelraumfeuerstätten fest.
Der Regelungsbereich der Verordnung erstreckt sich auch auf Bestandsanlagen. Mit den Anforderungen an neu zu errichtende Anlagen und mit den Regelungen zur
Sanierung bzw. Außerbetriebnahme alter Feuerungen wird ein wichtiger Beitrag zur Luftreinhaltung und Minderung von Feinstaubbelastungen geleistet.
Die Errichtung emissionsarmer Pelletöfen und Holzzentralheizungen wird aus dem sogenannten Marktanreizprogramm des Bundesumweltministeriums finanziell gefördert.
Die „Richtlinien zur Förderung von Maßnahmen zur Nutzung Erneuerbarer Energien im Wärmebereich“ haben einen deutlichen Ausbau des Marktes für effiziente und emissionsarme Biomasseanlagen bewirkt.
Nachfolgend werden bestimmte Typen von Biomasseanlagen kurz beschrieben und charakterisiert:
==== Kaminöfen und Heizkamine ====
Kaminöfen und Heizkamine, aber auch weitere Einzelraumfeuerstätten wie Grundöfen, Lehmöfen, Kachelöfen, Holzkochherde etc. erfreuen sich großer Beliebtheit und kaum
ein Neubau wird heute ohne eine solche Einzelraumfeuerstätte errichtet. Sie bieten im Wohnbereich ein besonderes Ambiente, wohlige Strahlungswärme und geben ein
Gefühl der Sicherheit für den Fall, dass die Zentralheizung ausfallen sollte. Bei hohen Brennstoffpreisen für Öl und Gas können sie die Heizkosten deutlich mindern.
Die anzahlmäßig größte Marktbedeutung haben Einzelraumfeuerstätten wie z. B. Kaminöfen und Heizkamine, die zunehmend auch als wasserführende Modelle zur Heizungsunterstützung angeboten und nachgefragt werden. In Haushalten von Berufstätigen sind Kaminöfen und Heizkamine erste Wahl, da sie bereits kurz nach dem Anfeuern ein schönes Flammenspiel und wohlige Wärme bieten.
Für ganztägig belebte Häuser, z. B. Mehrgenerationenhäuser, bieten sich Grundöfen, Lehmöfen, schwere Kachel- und Specksteinöfen und andere Speicherheizungen
an. Morgens angefeuert und mit reichlich aufgelegtem Holz versorgt, dauert es zwar einige Zeit, bis sich die Ofenmasse aufheizt, dann aber gibt sie den ganzen Tag lang eine angenehme Strahlungswärme ab.
Die Gesamtzahl der Einzelraumfeuerstätten liegt bei ca. 15 Mio. Stück, in den zurückliegenden Jahren wurden jährlich ca. 300.000–500.000 Kaminöfen verkauft. Die
Preise für Einzelraumfeuerstätten variieren in einem weiten Bereich, wobei die Unterschiede meist mehr in Materialauswahl und Design als in technologischen Aspekten wie Effizienz und Emissionen begründet sind. Einzelraumfeuerstätten werden – abgesehen von Pelletöfen – mit Scheitholz oder Holzbriketts befeuert.
==== Pelletheizungen ====
{|align="right"
|valign="top"|[[Bild:Umwelt nawaro pelletheizung.png|thumb|400px| Gesamtbestand an Pelltheizungen in Deutschland <br /> Quelle: DEPI auf Basis Biomasseatlas.de, ZIV, HKI (Januar 2013)  © [[FNR]] 2013]]
|-
|valign="top"|[[Bild:Umwelt nawaro pellet produktion verbrauch.png|thumb|400px| Holzpellets - Produktion und Verbrauch in Deutschland <br /> Quelle: DEPI, FNR (2013)  © [[FNR]] 2013]]
|}
Mit den Holzpellets ist seit gut 15 Jahren ein neuer Brennstoff am Markt, der einen deutlichen Entwicklungsschub bei hoch effizienten und besonders emissionsarmen
Holzheizungen ausgelöst hat. Es gibt ein vielfältiges Angebot an Pelletzentralheizungen und an luft- und wassergeführten Pelletöfen für den Wohnbereich. Mit Holzpellets befeuerte Kochherde sind ebenso verfügbar wie Kaminöfen mit Pelletmodul, die wahlweise von Hand mit Scheitholz und Holzbriketts oder – z. B. bei Abwesenheit – automatisch mit Holzpellets befeuert werden. Mit den Pelletheizungen wurden für Holzbrennstoffe erstmals auch holzbefeuerte Brennwertkessel geschaffen.
Pelletheizungen werden mit sehr kleinen Heizleistungen angeboten, die sie zur idealen Heizung für moderne [[Passivhaus|Passiv-]] und [[Niedrigenergiehaus|Niedrigenergiehäuser]] machen. Hier reichen oft schon wasserführende Pelletöfen aus, errichtet überwiegend in Kombination mit [[Solarthermie]]-Anlagen, um die Heizwärmebereitstellung und Brauchwassererwärmung komplett zu übernehmen. <br />
Pelletöfen und Pelletkessel weisen eine elektronische Steuerung und Regelung auf, die die Wärmebereitstellung bedarfsgerecht vornimmt und in jedem Lastzustand
für eine optimale, emissionsarme Verbrennung sorgt. Die Regelungen sind meist dafür ausgelegt, mehrere Heizkreise gezielt zu bedienen und auch weitere Wärmeerzeuger
z. B. Solarthermie und Pufferspeicher, in das System einzubinden. Es werden auch niedertemperaturfähige Pelletheizungen für Gebäude mit Fußboden- und Wandflächenheizungen angeboten. Pelletheizungen zeichnen sich im Holzheizungsvergleich durch sehr großen Komfort und geringen Heiz- und Lagerraumbedarf aus. Es sind
platzsparende, an der Wand stehende oder hängende Pelletheizungen verfügbar.
Pelletöfen haben einen 15–25 kg fassenden Vorratsbehälter. Je nach Jahreszeit und Heizbedarf ist der Brennstoff täglich bis wöchentlich von Hand nachzufüllen. Holzpellets können als Sackware – in handlichen 15-kg-Säcken – bei regionalen Brennstoffhändlern oder in Baumärkten erworben werden. Per Spedition liefern Pelletwerke und Pellethändler auch palettenweise Sackware mit einer Tonne Holzpellets je Palette frei Haus.
Die Lager für Pelletheizkessel sind bei privaten Haushalten meist so dimensioniert, dass sie den Jahresbedarf an Holzpellets fassen können. Die Holzpellets werden in
diesem Fall mit Silotankwagen geliefert und in die Lagerräume eingeblasen. Bei großen Pelletheizanlagen sind die Lagerkapazitäten so ausgelegt, dass eine ganze Lastwagenlieferung aufgenommen werden kann.  Die Holzpellets werden dem Pelletheizkessel aus dem Lagerraum oder Silobehälter per Förderschnecke oder pneumatischer
Fördersysteme vollautomatisch zugeführt.
{{{TabH1/1}}
! Kohlenmonoxid in Pelletlagern: Vor dem Betreten lüften!
|-
|Das farb- und geruchlose Gas, das eine unter Umständen tödliche Kohlenmonoxidvergiftung verursachen kann, entsteht vermutlich durch natürliche Abbauprozesse
im trockenen Holz. Pelletlagerräume müssen deshalb vor dem Betreten gründlich gelüftet werden!
|}
==== Scheitholzvergaserkessel ====
Im Gebäudebestand und insbesondere im ländlichen Raum erfreuen sich Scheitholzvergaserkessel großer Beliebtheit. Für Verbraucher mit eigenem Holzaufkommen und
günstigem Zugriff auf Brennholz, wie Land- und Forstwirte, Gewerbetreibende mit Anfall an Resten naturbelassenen Holzes oder auch Selbstwerber, die ihre Arbeitskraft zur Aufarbeitung von Holz einbringen, wird hiermit eine zwar aufwendige, aber preiswerte Wärmebereitstellung ermöglicht. Betreiber von Scheitholzvergaserkesseln müssen dazu über den erforderlichen Lagerplatz bzw. Lagerraum verfügen, denn es gilt, für das Abtrocknen des Holzes und zum Ausgleich von witterungsbedingt schwankendem Holzbedarf einen Brennholzvorrat für mindestens 2–3 Jahre vorzuhalten und regengeschützt zu lagern.
Scheitholzvergaserkessel stehen dank enormer Entwicklungsfortschritte in den letzten Jahren den Pelletheizungen hinsichtlich Effizienz und Emissionsniveau inzwischen kaum nach. Sie sind in keiner Weise mehr mit den herkömmlichen Oberbrandkesseln für Holz und Kohle mit ihren geringen Wirkungsgraden, hohen Emissionen und Nachbarschaftsbelästigungen vergleichbar. Moderne Scheitholzkessel gibt es im Leistungsbereich von 5 bis zu mehreren 100 kW, modernste Feuerungs-  und Regelungstechnik sorgt für eine effiziente und saubere Verbrennung, sodass viele Kesseltypen die 2010 in der novellierten Kleinfeuerungsanlagenverordnung strenger
gefassten Emissionsgrenzwerte sehr deutlich unterschreiten. Mittels Feuerungsregelung per Rauchgastemperaturfühler und Lambda-Sonde wird stetig die für eine vollständige Verbrennung erforderliche Luft- bzw. Sauerstoffmenge zur Verfügung gestellt.
Bei Scheitholzvergaserkesseln gilt es, diese morgens anzufeuern und reichlich Holz im Füllraum aufzulegen. Das Holz gast über viele Stunden aus und wird in einer unter oder hinter dem Rost angeordneten Nachbrennkammer vollständig ausgebrannt. Leistungssteuerung und Feuerungsregelung garantieren beste Verbrennung und ermöglichen es, direkt die Heizkreise zu bedienen. Überschüssige Wärme wird im Pufferspeicher gespeichert. Vorrangschaltungen tragen für warmes Brauchwasser Sorge, hierfür kommt aber auch oft die Kombination mit Solarthermie zum Einsatz.
==== Hackschnitzelheizungen ====
Hackschnitzelheizungen werden ab ca. 15 kW für Ein- und Mehrfamilienhäuser angeboten. Lohnenswert sind Hackschnitzelheizungen aber insbesondere dann, wenn der Leistungsbereich über 50 oder gar 100 kW liegt. Hackschnitzelheizungen kommen vielfach für die Wärmeversorgung einzelner Gebäude oder nahegelegener Gebäudeensembles
zum Einsatz (Mikronetze). Bei größeren Hackschnitzelheizungen, die über Nah- bzw. Fernwärmenetze Straßenzüge, Ortschaften oder Stadtteile mit Wärme aus Biomasse versorgen, spricht man von Hackschnitzel- oder Biomasse-Heizwerken.
Viele Betreiber von Holzhackschnitzelheizungen verfügen über Holzressourcen, die sie mit eigenem Hacker oder von einem land- bzw. forsttechnischen Lohnunternehmen
zu Hackschnitzeln verarbeiten lassen. Es wächst aber auch die Zahl der Biomassehöfe, die sich auf die Bereitstellung von Holzbrennstoffen aller Art spezialisieren,
und auch Komposthöfe und Recyclingbetriebe erweitern vielfach ihr Geschäftsfeld um den Bereich Biobrennstoffe und vermarkten Holzhackschnitzel und Schredderholz.
Hiermit bietet sich auch für Betriebe ohne eigene Holzressourcen (und insbesondere bei hohem Brennstoffverbrauch) die Option, sich von hohen und volatilen Kosten für fossile Brennstoffe zu verabschieden und auf eine nachhaltige, preisstabile Wärmeversorgung umzustellen.
==== Biomasseheizkraftwerke ====
Ist die Feuerungswärmeleistung so groß dimensioniert, dass sich per Dampfturbine, ORC-(Organic-Rankine-Cycle) Turbine oder Dampfmotor eine Stromerzeugung rentiert,
werden Holzheizkraftwerke bzw. Biomasseheizkraftwerke als Kraft-Wärme-gekoppelte (KWK)-Anlage errichtet.
Holzheizkraftwerke sind häufig an Standorten der holzverarbeitenden Industrie im Einsatz, so in Sägewerken und Holzpelletwerken, bei Herstellern von Span- und [[OSB]]-Platten, Parkett und Laminat und Werken der Papier-, Holzstoff- und Zellstoffproduktion. Nicht in den Produktionsprozessen nutzbare oder anderweitig besser zu verwertende Holzreste werden in den Biomasseanlagen eingesetzt, um Strom, Wärme und Prozessdampf zu erzeugen. Überschüssiger Strom wird ins öffentliche Netz eingespeist. Auch Energieversorger, Städte und Kommunen bzw. deren Stadt- und Gemeindewerke haben in den zurückliegenden Jahren zahlreiche Holzheizkraftwerke errichtetet. Während in den Anlagen der Energieversorger, die vielfach mit Leistungen zwischen 10 und 20 MW elektrischer Leistung dimensioniert sind, vorwiegend Alt-/Gebrauchtholz zum Einsatz kommt, werden in Anlagen der Städte und Kommunen, die meistens mit Leistungen < 5 MW<sub>el</sub> ausgelegt sind, überwiegend Waldrestholzsortimente und Landschaftspflegeholz aus der Region sowie kommunaler Gehölzschnitt energetisch genutzt. Über Nah- und Fernwärmenetze wird die Wärme
der Biomasseanlagen den Gewerbe-, Handels- und Dienstleistungsbetrieben sowie Wohnungsgesellschaften, privaten Haushalten und öffentlichen Gebäuden zur Verfügung
gestellt.
==== Strohheizwerke ====
In Dänemark sind Strohheizwerke weit verbreitet. In der Landwirtschaft erzeugen sie u. a. Wärme für die Ställe der Geflügel und Schweine haltenden Betriebe. Vielfach liefern Landwirte aber auch überschüssiges Stroh an große kommunale Heizwerke, die Nah- und Fernwärmenetze versorgen. Selbst in einem Kohlekraftwerk wird Stroh verfeuert, um damit Strom für Kopenhagen zu erzeugen. In Deutschland finden sich dagegen bisher nur wenige Strohheizwerke, aber das Interesse an diesen Anlagen wächst. Ein Hersteller in Mecklenburg-Vorpommern fertigt Strohballenvergaserkessel, in denen ganze Rundballen verfeuert werden können, daneben kommen Strohfeuerungsanlagen zum Einsatz, die große Quaderballen einer Auflöse- und Häckselvorrichtung zuführen und das Häckselstroh dosiert im Luftstrom zur Feuerung transportieren. Mit Leistungen von ca. 400–1.000 kW werden so auch in mehreren deutschen Strohheizwerken aus den örtlich nachhaltig verfügbaren Strohüberschüssen die Grundlast für kommunale Heizwerke erzeugt oder größere Stallanlagen mit preiswerter Wärme versorgt. Ein solches 1.000-kW-Strohheizwerk wird ab August 2013 auch die FNR und weitere Liegenschaften in Gülzow mit Wärme versorgen.
=== Biogas ===
{|align="right"
|valign="top"|[[Bild:Umwelt nawaro biogasanlagen.png|thumb|400px| Bestandsentwicklung Biogasanlagen <br /> Quelle: FNR nach FvB (2013)  © [[FNR]] 2013]]
|-
|valign="top"|[[Bild:Umwelt nawaro biogasausbeuten.png|thumb|400px| Biogasausbeuten - Quelle: KTBL (2010)  © [[FNR]] 2013]]
|}
Ob in Mooren und Sümpfen oder im Verdauungstrakt von Wiederkäuern: Biogas bildet sich überall dort, wo organisches Material in feuchter Umgebung unter Sauerstoffabschluss zersetzt wird. Verschiedene Bakterien, darunter Methanbakterien, leisten dabei die Hauptarbeit. In einer Biogasanlage wird dieser Prozess technisch nachvollzogen. Die Biogaserträge, aber auch die Zusammensetzung des Biogases variieren je nach Zusammensetzung der Ausgangsstoffe sowie der Verfahrens- und Prozesstechnik. Der Energiegehalt des Biogases ist schließlich direkt vom Methangehalt abhängig. So hat ein Kubikmeter (m³) Methan einen Energiegehalt von etwa 10 Kilowattstunden (9,97 kWh).
Mit Inkrafttreten des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) stieg die Zahl der Biogasanlagen in Deutschland deutlich an (siehe Abbildung ...). Ende 2012 waren mehr als
7.500 Biogasanlagen mit einer elektrischen Leistung von insgesamt fast 3.352 MW am Netz und lieferten soviel Strom wie fünf mittlere Kohlekraftwerke.
==== Die Rohstoffe ====
Biogas kann aus einer Vielzahl von organischen Ausgangsstoffen gewonnen werden. In landwirtschaftlichen Anlagen dienen überwiegend gezielt angebaute Energiepflanzen und tierische Exkremente (Gülle und Mist) als Substrate. Die Nutzung von Gülle und anderen Wirtschaftsdüngern ist nicht nur aus Sicht des Klimaschutzes (Emissionsvermeidung) von großer Bedeutung, sondern hat auch eine den Prozess stabilisierende Wirkung. Als nachwachsende Rohstoffe kommen zum Beispiel Mais, Getreide, Gräser, Zuckerrüben u. v. m. in Frage, wobei der Mais derzeit als Kultur mit hohen Masse- und Gaserträgen sowie mit den geringsten spezifischen Kosten den größten Anbauumfang einnimmt. Negativ kann sich der hohe Maisanbau in einigen Regionen jedoch auf Bodenfruchtbarkeit und Biodiversität auswirken. In Folge der zunehmenden öffentlichen Diskussion wird unter Hochdruck an Alternativen geforscht. Ziel ist es, den Energiepflanzenanbau so nachhaltig und umweltschonend wie möglich zu gestalten. So sind neue Energiepflanzen wie die Durchwachsene Silphie, Hirsen, Wildblumen oder schnellwachsende Gräser in den Fokus gerückt.
Wie die Abbildung zeigt, erzielen die verschiedenen Substrate zum Teil sehr unterschiedlichen Biogaserträge und auch die Methangehalte des jeweiligen Biogases
differieren. Je nach Zusammensetzung des Gärsubstrates schwanken somit auch Gasausbeute und Methangehalt.
Neben nachwachsenden Rohstoffen und landwirtschaftlichen Abfällen und Reststoffen eignen sich auch außerlandwirtschaftliche Substrate wie Rückstände aus der Lebensmittelindustrie (z. B. Trester, Schlempe, Fettabscheiderrückstände), Gemüseabfälle von Großmärkten, Speiseabfälle, Rasenschnitt, Landschaftspflegematerial oder
Bioabfälle aus der Kommunalentsorgung für die Biogasproduktion. <br clear="all" />
==== Aufbau einer Biogasanlage ====
{|align="right"
|valign="top"|[[Bild:Umwelt nawaro biogasanlage aufbau.png|thumb|400px| Aufbau einer landwirtschaftlichen Biogasanlage <br /> Quelle: [[FNR]] ]]
|}
Bei der Biogasgewinnung kommen verschiedenste Anlagenkonzepte zum Einsatz. Sie unterscheiden sich nach Verfahrensmerkmalen, wie dem Trockensubstanzgehalt
(TS-Gehalt), der Art der Beschickung oder der Anzahl der Prozessphasen. So wird in Abhängigkeit vom TS-Gehalt in Nass- und Trockenvergärung unterschieden. Fast alle
landwirtschaftlichen Anlagen arbeiten im Nassfermentationsverfahren bei einer Betriebstemperatur im mesophilen Bereich (32–42 °C), mit den bekannten Rundbehältern
und Gashauben. Bei der Nutzung von Gülle kommt nur die Nassvergärung in Frage, die zugeführte feste Biomasse muss gut zerkleinert und gemeinsam mit der Flüssigkeit
pump- und rührfähig sein.
Die Trockenvergärung ist hingegen besonders für Betriebe von Interesse, denen weder Gülle noch andere flüssige Basissubstrate zur Verfügung stehen. Im Gegensatz zur
Nassvergärung ist bei der Trockenvergärung das Gärgut weder pump- noch fließfähig, noch erfolgt eine ständige Durchmischung. Aber wie bei der Nassfermentation ist ein feuchtes Milieu für den biologischen Vergärungsprozess notwendig. Dieses wird durch Vermischen (Anmaischen) mit Prozessflüssigkeit vor der Vergärung oder durch ständiges Besprühen mit Gärflüssigkeit während des Vergärungsvorgangs hergestellt.
Die ... Abbildung zeigt, wie eine landwirtschaftliche Biogasanlage funktioniert und wie die Grundelemente Vorgrube/Substrateinbringung, Fermenter mit Rührwerk,
Gasspeicher, Gärrückstandslager und Biogasverwertung (Gasaufbereitung, Blockheizkraftwerk o. a.) angeordnet sind. In der Vorgrube werden die Substrate zwischengelagert, wenn nötig zerkleinert, verdünnt und vermischt und gelangen von hier in den isolierten und beheizten Fermenter. Er ist das Kernstück der Anlage und muss gas- und wasserdicht sowie lichtundurchlässig ausgeführt sein. Entsprechende Rührtechnik gewährleistet die Homogenität des Gärsubstrates und unterstützt die
Gasbildung. Das Biogas gelangt in den Gasspeicher, während das ausgegorene Substrat in das Gärrückstandslager transportiert wird, das i. d. R. auch als Nachgärbehälter dient.
Werden seuchenhygienisch bedenkliche Substrate wie z. B. Schlacht- oder Speiseabfälle mitvergoren, muss hygienisiert und für mindestens eine Stunde auf über 70 °C erhitzt werden, um Keime abzutöten.
Der flüssige oder feste Rückstand der Vergärung wird als Gärrückstand, Gärrest oder Biogasgülle bezeichnet und von den Landwirten wegen seiner hohen Nährstoffgehalte meist als organischer Dünger verwendet. Gegenüber unvergorener Roh-Gülle haben Gärrückstände wesentliche Vorteile, wie z. B. verringerte Geruchsintensität und Ätzwirkung. Die Nährstoffzusammensetzung schwankt in Abhängigkeit von den eingesetzten Substraten.
==== Die Abläufe im Fermenter ====
{|align="right"
|valign="top"|[[Bild:Umwelt nawaro biogas fermentation.png|thumb|250px| Schematische Darstellung des Fermentationsprozesses <br /> Quelle: [[FNR]] ]]
|}
Der Vergärungsprozess im Fermenter läuft prinzipiell in vier voneinander abhängigen Teilschritten unter anaeroben Bedingungen (ohne Sauerstoff) ab, an denen jeweils verschiedene Gruppen von Mikroorganismen beteiligt sind. In der Verflüssigungsphase (Hydrolyse) werden die komplexen organischen Verbindungen in einfachere Verbindungen zerlegt. Diese Produkte werden in der anschließenden Versäuerungsphase (Acidogenese) zu organischen Säuren abgebaut. Hierbei entstehen außerdem Alkohole, Wasserstoff und Kohlendioxid als Ausgangsstoffe für die Methanproduktion. In der nachfolgenden Essigsäurephase (Acetogenese) werden die organischen Säuren und Alkohole zu Essigsäure, Wasser und Kohlendioxid. Die Produkte der vorangegangenen Phasen werden dann in der abschließenden Methanbildungsphase (Methanogenese) zu
Methan, Kohlendioxid und Wasser umgesetzt.
Das so gebildete Gasgemisch besteht überwiegend aus
* 50–75 % Methan (CH<sub>4</sub>),
* 25–45 % Kohlendioxid (CO<sub>2</sub> ),
* 2–7 % Wasserdampf (H<sub>2</sub>O),
* < 2 % Sauerstoff (O<sub>2</sub> ),
* < 2 % Stickstoff (N<sub>2</sub> ),
* < 1 % Schwefelwasserstoff (H<sub>2</sub>S) und
* < 2 % Spurengasen.
Grundsätzlich finden die vier Phasen zeitgleich und parallel statt. Aufgrund der unterschiedlichen Milieubedingungen der verschiedenen Mikroorganismen muss da her ein Kompromiss der optimalen Parameter, wie beispielsweise Gärtemperatur, pH-Wert oder Nährstoffversorgung, gefunden werden.
==== Aufbereitung und Nutzung von Biogas ====
{|align="right"
|valign="top"|[[Bild:Umwelt nawaro biogas nutzung.png|thumb|400px| Nutzungsmöglichkeiten von Biogas <br /> Quelle: [[FNR]] ]]
|-
|valign="top"|[[Bild:Umwelt nawaro biogas aufbereitung.png|thumb|400px| Verfahrensschritte zur Biogasaufbereitung <br /> Quelle: [[FNR]] ]]
|}
Biogas bietet eine Vielzahl von Nutzungsoptionen. Es kann sowohl für die Strom- und Wärmeerzeugung als auch als Kraftstoff und Erdgas-Äquivalent eingesetzt werden.
Hinzu kommt, dass Biogas speicherbar und über das Erdgasnetz transportierbar ist und dadurch jederzeit und unabhängig vom Entstehungsort zur Verfügung steht. Die Energieerzeugung aus Biogas unterliegt keinen tages- und jahreszeitlichen oder witterungsbedingten Schwankungen und kann somit bedarfsgerecht und auch kontinuierlich erfolgen.
Dank fester Vergütungssätze für die Verstromung ist die Erzeugung von Strom und Wärme direkt an der Biogasanlage die derzeit vorrangige Nutzungsart von Biogas. Sie
erfolgt in Blockheizkraftwerken (BHKW), man spricht dabei von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), weil Strom und Wärme gleichzeitig erzeugt werden. Das BHKW besteht aus einem mit Biogas betriebenen Verbrennungsmotor, der einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie antreibt.
Neben der elektrischen Energie fällt beim BHKW-Betrieb die Wärme als Koppelprodukt an. Die Biogasanlage selbst benötigt je nach Anlagentyp und Jahreszeit 20–40 Prozent der Abwärme für die Beheizung des Fermenters. Aus ökologischer Sicht und für einen wirtschaftlichen Betrieb der Anlage ist eine sinnvolle Nutzung der überschüssigen Wärme unabdingbar. Eine Option besteht darin, mit der Abwärme der BHKW die Wohn- und Wirtschaftsgebäude des landwirtschaftlichen Betriebes zu beheizen. Ist eine Abnahme der Wärme in unmittelbarere Anlagennähe nicht gegeben, kann sie mithilfe von dezentralen Wärmenetzen zu den Verbrauchern gebracht werden. So lassen sich neben Wohnhäusern auch kommunale Einrichtungen wie Schwimmbäder oder Krankenhäuser und Gewerbebetriebe mit Wärme versorgen. Bei größeren Entfernungen kann auch das Biogas selbst über Gasleitungen zu einem sogenannten Satelliten-BHKW transportiert werden, das dann am Ort des Verbrauches Strom und Wärme produziert.
Grundsätzlich eignet sich Biogas auch als Energieträger für Brennstoffzellen, Stirlingmotoren und Mikrogasturbinen. Vorteile dieser Technologien, wie größere Wirkungsgrade oder geringere Betriebskosten, werden derzeitig noch durch die höheren Kosten überlagert. Eine weitere Möglichkeit der effizienten Nutzung bietet die ORC-Technologie.  Sie erzeugt aus der BHKW-Abwärme zusätzlichen Strom.
In den letzten Jahren hat sich außerdem die Aufbereitung und Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz zunehmend etabliert. Ende 2012 produzierten 117 Biogasaufbereitungsanlagen etwa 73.000 Normkubikmeter Biomethan pro Stunde. Diese Menge entspricht einer Gesamtkapazität von ca. 6 Mrd. kWh pro Jahr. Gängige Aufbereitungstechnologien für Biomethan sind die Druckwasserwäsche, die Druckwechseladsorption, physikalische und chemische Wäschen sowie die Membrantechnologie. Sie separieren das Biogas und trennen das gewünschte Methan von den anderen Begleitgasen ab. So wird der Methananteil im Biogas durch die Abscheidung von Kohlendioxid und ggf. weiteren Spurengasen von rund 50 Prozent auf das für das jeweilige Gasnetz erforderliche Niveau von 85–98 Prozent erhöht. In der nachfolgenden Abbildung sind die generellen Verfahrensschritte der Reinigung und Aufbereitung von Biogas zu Biomethan dargestellt.
Das aufbereitete Biogas, nun „Biomethan“ genannt und chemisch mit Erdgas quasi identisch, kann durch die vorhandene Infrastruktur des Erdgasnetzes über beliebige
Distanzen hin zu Standorten mit hohem, ganzjährigem Wärmebedarf transportiert werden. Das Gasnetz verfügt über ein erhebliches Transport- und Speicherpotenzial und
ist damit in der Lage, die Energieerzeugung vom -bedarf zu entkoppeln. Gleichzeitig vermindert sich durch die Nutzung des Gasnetzes die Notwendigkeit des Ausbaus von
Höchstspannungsnetzen. Viele Gasversorger  bieten Biomethan/Erdgas-Mischprodukte  mit unterschiedlichen Biomethananteilen an (5, 10 oder 20 Prozent Biomethan), die
auch für die privaten Nutzer erhältlich sind. <br />
100-prozentige Biomethanprodukte sind eher selten und in der Regel deutlich teurer als reine Erdgasprodukte mit gleichem Energiegehalt. Jeder Erdgaskunde kann diese
Produkte nutzen, ohne seine bestehende Heizung hierfür austauschen zu müssen. Auch herkömmliche Haushaltsgasgeräte, wie z. B. Gasherde oder Gastrockner, können mit Biomethan betrieben werden.
Der Prozess der Aufbereitung und Einspeisung rentiert sich wegen der höheren Investitions- und Betriebskosten bisher vor allem für größere Anlagen, aber der technische Fortschritt lässt auch zunehmend kleinere Anlagen direkt an diesem Markt teilhaben.
Biomethan kommt auch als Kraftstoff in Erdgasfahrzeugen zum Einsatz. Während Erdgas zwar vergleichsweise sauber verbrennt, aber als fossiler Kraftstoff zusätzliches CO<sub>2</sub> emittiert, hat Biomethan aufgrund seiner pflanzlichen Basis ein sehr hohes CO<sub>2</sub>-Einsparpotenzial, das auch innerhalb der Biokraftstoffpalette hervorragend abschneidet. <br />
So senkt ein Anteil von 25 Prozent Biomethan im Erdgas die CO<sub>2</sub>-Emissionen um 20 Prozent. In den europäischen Vorreiterländern Schweden und der Schweiz wird schon seit Jahren Biogas in Pkw, Bussen und Lkw eingesetzt. In Deutschland steht diese Nutzungsart allerdings noch am Anfang. Trotz einsatzbereiter Technik werden die Potenziale längst nicht ausgeschöpft. Derzeit gibt es nur sehr wenige Tankstellen, an denen reines Biomethan erhältlich ist. Aber etwa ein Drittel der 900 Erdgastankstellen in Deutschland bieten bereits Biomethan-Erdgas-Gemische an.
==== Was muss beacht et werden? ====
Für die Errichtung und den anschließenden Betrieb von Biogasanlagen sowie die Ausbringung der Gärrückstände sind eine Vielzahl von Gesetzen und Verordnungen zu
beachten. Diese Anforderungen umfassen das Planungs-, Bau-, Wasser-, Naturschutz- und Abfallrecht, relevant sind auch die Vorschriften von Immissionsschutz-, Düngemittel- und Hygienerecht.
Biogas ist brennbar und in Mischungen mit 6–12 Prozent Luft explosiv. Aus diesem Grund sind die Sicherheitsregeln für landwirtschaftliche Biogasanlagen und die entsprechenden allgemeinen Regelwerke zu beachten. Grundsätzlich sind die Entstehung und das Entweichen von gefährlichen Gasen zu vermeiden. Die Betreiber haben eine
Vielzahl von Nachweisen zu erbringen und Prüfungen durchzuführen, die den sicheren Betrieb gewährleisten. Bei Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben und Empfehlungen
birgt der Umgang mit Biogas kein größeres Risiko als der mit Erdgas.
Für den wirtschaftlichen Erfolg einer Biogasanlage ist es geboten, alle Kostenminderungspotenziale bei Bau und Betrieb zu nutzen. Vor allem aber gilt es, die produzierte Energie bestmöglich zu verwerten.
=== Biokraftstoffe als flüssige Bioenergieträger ===
{|align="right"
|valign="top"|[[Bild:Umwelt nawaro kraftstoffverbr Abb29.jpg|thumb|300px| Kraftstoffverbrauch Deutschland '''2012''' <br /> Quelle: [[BAFA]], erdgas mobil, DVFG, [[BMF]], [[FNR]] (2013)]]
|}
Flüssige Bioenergieträger wie Pflanzenöle, Biodiesel und Ethanol ersetzen bereits heute fossile Otto- und Dieselkraftstoffe. Sie substituieren aber ebenso auch Heizöl in Kesseln von Ein- und Mehrfamilienhäusern oder in Blockheizkraftwerken, die z. B. in Kommunen Strom und Wärme erzeugen. Vor allem aufgrund ihrer hohen Energiedichte haben flüssige Energieträger Vorteile beim Transport und der Bevorratung. Ein Großteil der heutigen Infrastruktur ist auf flüssige Energieträger ausgelegt, sodass flüssige Biomasse bei ihrer Verteilung auf die vorhandenen Transport- und Lagersysteme zurückgreifen kann. Während die Erzeugung von Strom und Wärme aus Biomasse vor allem durch Festbrennstoffe und Biogas erfolgt, sind Biokraftstoffe im Mobilitätsbereich die wichtigste erneuerbare Alternative.
Unsere Gesellschaft ist heute mobiler denn je. Auch wenn aktuelle Prognosen einen Rückgang des Personenverkehrs vor allem durch neue Verkehrskonzepte voraussagen,
wird der Güterverkehr auf unseren Straßen deutlich zunehmen. Da die Elektromobilität nach momentanem Stand hierfür noch keine Option bietet, dürften flüssige
Kraftstoffe zumindest unseren Schwerlast-, Schiffs- und Flugverkehr auch in den nächsten Jahrzehnten dominieren. Und auch aus dem Pkw-Bereich verschwinden
Otto- und Dieselaggregate nicht von heute auf morgen. Um so mehr rücken Nachhaltigkeit und Treibhausgasvermeidung sowie Effizienz und Ressourcenschonung in den
Mittelpunkt der Mobilitäts-Diskussion. Biokraftstoffe wie Biodiesel, Ethanol und Pflanzenölkraftstoff leisten hier einen entscheidenden Beitrag.
Von den in Deutschland in 2012 verbrauchten 53 Mio. Tonnen Otto- und Dieselkraftstoff wurden etwa 5,7 Prozent (bezogen auf den Energiegehalt) durch Biokraftstoffe –
hauptsächlich über die Beimischung (siehe Kasten) – ersetzt. Mit einem Absatz von 3,8 Mio. Tonnen belegt Deutschland innerhalb der EU den Spitzenplatz. Dabei ist der
Biokraftstoffabsatz nach dem starken Rückgang in 2008 in etwa konstant – im Jahr 2007 lag der Anteil noch bei 7,2 Prozent. <br />
Aus Gründen der Markteinführung waren Bio-Reinkraftstoffe ursprünglich weitgehend von der Mineralöl- bzw. Energiesteuer befreit. Die schrittweise Besteuerung sowie
gestiegene Rohstoffpreise sorgten für einen Einbruch im Bio-Reinkraftstoffmarkt – insbesondere im Nutzfahrzeugsektor. Seit Januar 2013 entfällt für Biodiesel
und Pflanzenöl als Reinkraftstoff die Steuerermäßigung. Bis zum Jahr 2020 ist in Deutschland – durch die aktuellen Biokraftstoffziele – mit einem deutlichen Anstieg
des Biokraftstoffeinsatzes zu rechnen.
==== Biodiesel ====
{|align="right"
|valign="top"|[[Bild:Umwelt nawaro biodiesel absatz.jpg|thumb|300px| Biodieselabsatz in Deutschland <br /> Quelle: [[BAFA]], FNR (2013)  - © [[FNR]] 2013]]
|}
Biodiesel oder auch Fettsäuremethylester (FAME) hat mit etwa 65 Prozent den größten Marktanteil der in Deutschland verbrauchten Biokraftstoffe. An über 30 Produktionsstandorten wird er aus Pflanzenölen und Fetten – hierzulande vor allem aus Rapsöl – produziert, daher auch der Name Rapsölmethylester (RME). Bei der Herstellung werden die im Öl enthaltenen drei Fettsäuren in Gegenwart eines Katalysators vom Glycerin abgespalten und mit Methanol verestert. <br />
Die für die Kraftstoffqualität notwendigen Anforderungen schreibt die europaweit gültige Norm [[DIN EN 14214]] fest.
Seit 2004 mischen Mineralölkonzerne herkömmlichem Diesel bis zu 5 und seit 2010 bis zu 7 Prozent Biodiesel bei – auf diesen Anteil bezieht sich auch die Kraftstoffbezeichnung „B7“. Während 2006 nur etwa 40 Prozent des deutschen Biodiesels über die Beimischung abgesetzt wurden, sind es heute über 90 Prozent.
{{{TabH1/1}}
! Beimischung
|-
| Die Mineralölkonzerne sind nach dem Biokraftstoffquotengesetz als sogenannte „Inverkehrbringer“ von Kraftstoffen verpflichtet, bestimmte Mindestanteile ihres Diesel- und Ottokraftstoffabsatzes durch biogene Kraftstoffe sicherzustellen. Hierfür sind definierte Quoten verbindlich vorgegeben. Dies erfolgt hauptsächlich durch die Beimischung von Biodiesel zu Diesel bzw. von Bioethanol zu Superbenzin. Die Obergrenzen dafür geben die Kraftstoff-Qualitätsnormen vor: Demnach dürfen bis zu 7 Prozent Biokraftstoffe dem Diesel und bis zu 10 Prozent dem Benzin beigemischt werden.
Mit der Beimischungsverpflichtung kommt Deutschland europäischen Vorgaben zum Klimaschutz nach. So schreibt die Erneuerbare-Energien-Richtlinie der EU vor, dass bis zum Jahr 2020 in allen Mitgliedsstaaten 10 Prozent des Endenergieverbrauchs im Verkehrssektor aus erneuerbaren Energien stammen müssen.
Ab 2015 wird die Biokraftstoffquote in Deutschland auf eine Treibhausgasvermeidungsquote umgestellt. Für sie ist dann nicht mehr der mengenmäßige Anteil der in Verkehr gebrachten Biokraftstoffe entscheidend, sondern ihr Beitrag zur Treibhausgasminderung.
Während Reinkraftstoffe in den Anfangsjahren des Biokraftstoff-Booms in Deutschland eine wichtige Rolle spielten, wird der Markt heute von der Beimischung dominiert. Beigemischte und andere auf die Biokraftstoffquote angerechnete Biokraftstoffe sind nicht steuerbefreit.
|}


== Quelle ==
== Quelle ==
Abgerufen von „https://wissenwiki.de/Spezial:Mobiler_Unterschied/38950“