Digitaler Umbau soll Biogasanlagen fit für Dunkelflauten machen

Biogasanlagen sollen künftig vor allem dann Strom liefern, wenn Wind und Sonne ausfallen. Doch die Gasproduktion lässt sich nicht beliebig beschleunigen. Fraunhofer-Forschende haben deshalb eine digitale Plattform entwickelt, die vorhandene Anlagen besser auslasten soll. Dafür reicht ein zusätzlicher Industriecomputer, der die bestehende Steuerung ergänzt.

Biogasanlagen haben gegenüber Windrädern und Solarmodulen einen entscheidenden Vorteil: Sie können Strom erzeugen, wenn er gebraucht wird. Dafür verbrennen sie Biogas in einem Blockheizkraftwerk (BHKW). Der Brennstoff entsteht direkt vor Ort, wenn Mikroorganismen Gülle, Pflanzenreste oder andere organische Stoffe zersetzen.

Allerdings arbeiten die Mikroorganismen nicht auf Knopfdruck. Je nach Ausgangsmaterial dauert es unterschiedlich lange, bis Biogas entsteht. Soll eine Anlage ihren Strom vor allem zu Zeiten hoher Nachfrage liefern, muss sie deshalb vorausschauend betrieben werden.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB haben dafür eine digitale Datenplattform entwickelt. Sie verknüpft Informationen aus dem laufenden Anlagenbetrieb mit Prognosen für die Gasproduktion und die Strompreise. Daraus lassen sich Empfehlungen ableiten, wann Biogas gespeichert und wann es zur Stromerzeugung genutzt werden sollte.

Ein zusätzlicher Computer wertet die Betriebsdaten aus

Eine Biogasanlage sammelt ständig Informationen. Sensoren messen Temperaturen, Gaszusammensetzung und Speicherfüllstände. Die Anlagensteuerung registriert, welche Pumpen laufen, wie lange Rührwerke arbeiten oder ob eine Störung vorliegt.

Viele dieser Daten dienen bisher vor allem dazu, den laufenden Betrieb zu überwachen. Für längerfristige Auswertungen fehlen häufig einheitliche Datenstrukturen oder wichtige Zusatzinformationen. Fraunhofer will das ändern. Die Forschenden haben einen sogenannten Edge-Computer entwickelt, der direkt an die vorhandene Anlagensteuerung angeschlossen wird.

„Unser Edge Device ist ein Industriecomputer, der direkt an der Anlage installiert wird. Er ergänzt die bestehende speicherprogrammierbare Steuerung, kurz SPS, um eine zusätzliche Daten- und Rechenebene“, erklärt Alexander Laug, Verfahrensingenieur am Fraunhofer IGB, in der Pressemitteilung vom 20. Oktober 2026.

Der Industriecomputer sammelt die verfügbaren Daten, speichert sie über längere Zeiträume und bringt sie in eine einheitliche Struktur. Anschließend können Programme die Informationen auswerten und Zusammenhänge erkennen. Dabei geht es beispielsweise um die Frage, wie sich die Gasproduktion nach einer bestimmten Fütterung verändert oder wie schnell sich der Gasspeicher füllt.

Die Berechnungen laufen direkt an der Anlage. Eine dauerhafte Übertragung sämtlicher Betriebsdaten in eine Cloud ist nicht erforderlich. Welche Informationen das System nach außen weitergibt, können die Betreiber selbst festlegen. Die bisherige Steuerung bleibt für den sicheren Anlagenbetrieb zuständig. Der zusätzliche Computer schafft die Grundlage für Prognosen und eine spätere KI-gestützte Optimierung.

Strom erzeugen, wenn der Preis besonders hoch ist

Wie sich die Plattform nutzen lässt, zeigt ein einfaches Beispiel: An einem sonnigen Nachmittag produzieren Solaranlagen viel Strom. Die Börsenpreise können dadurch stark sinken. Am Abend fällt die Solarstromerzeugung weg, während die Nachfrage weiterhin hoch ist.

Für eine Biogasanlage kann es wirtschaftlich sinnvoll sein, das erzeugte Gas am Nachmittag zunächst zu speichern und erst abends im Blockheizkraftwerk zu verbrennen.

Dafür muss die Anlage allerdings mehrere Bedingungen erfüllen. Im Speicher muss genügend Gas vorhanden sein, und das Blockheizkraftwerk muss die benötigte Leistung bereitstellen können. Auch technische Betriebsgrenzen sind zu beachten.

„Ein hoher erwarteter Strompreis allein reicht für eine Entscheidung nicht aus – es muss zu diesem Zeitpunkt auch genügend Gas verfügbar sein und die Anlage muss den vorgesehenen Betrieb technisch ermöglichen“, erläutert Laug in der Fraunhofer-Pressemitteilung.

Die neue Plattform führt diese Informationen zusammen. Ein Optimierungsmodell kann daraus einen Betriebsfahrplan berechnen. Es berücksichtigt die erwartete Gasproduktion, den Füllstand des Speichers, die verfügbare BHKW-Leistung und die prognostizierten Strompreise.

Das Ziel ist nicht, möglichst viel Strom zu produzieren. Entscheidend ist, den verfügbaren Brennstoff zum wirtschaftlich günstigsten Zeitpunkt einzusetzen. Die Modelle müssen dafür nicht selbst in die Anlagensteuerung eingreifen. Sie können zunächst Handlungsempfehlungen für das Betriebspersonal liefern.

Auch die Fütterung der Mikroorganismen lässt sich einbeziehen

Die Optimierung kann bereits bei der Biogasproduktion beginnen. Denn nicht jedes Ausgangsmaterial liefert gleich viel Gas. Auch die Geschwindigkeit, mit der es abgebaut wird, unterscheidet sich.

Werden beispielsweise Gülle und pflanzliche Substrate in unterschiedlichen Mengen eingesetzt, verändert sich die Gasproduktion. Entscheidend sind unter anderem der organische Anteil, die Abbaubarkeit und die Kosten der eingesetzten Stoffe. Mit den gesammelten Betriebsdaten lässt sich untersuchen, wie eine bestimmte Substratmischung die spätere Gasproduktion beeinflusst.

„Ein Optimierungsmodell kann berechnen, wie sich ein verfügbarer Substratmix zusammensetzen sollte, ohne zulässige Belastungsgrenzen des Fermenters zu überschreiten“, erklärt Laug.

Die biologischen Prozesse setzen dabei klare Grenzen. Werden die Mikroorganismen zu stark belastet, kann die Gasproduktion zurückgehen oder der Gärprozess gestört werden. Eine optimierte Fütterung muss deshalb nicht nur die gewünschte Gasmenge, sondern auch die Stabilität des Fermenters berücksichtigen.

Fraunhofer hat außerdem eine interaktive Simulation veröffentlicht. Dort lässt sich beispielhaft nachvollziehen, wie Substratzusammensetzung, Strompreise und Gasspeicherung zusammenspielen.

Was Softsensoren mit der Biogasproduktion zu tun haben

Die gesammelten Daten können auch dabei helfen, Vorgänge im Fermenter besser zu überwachen. Eine mögliche Anwendung sind sogenannte Softsensoren. Anders als herkömmliche Sensoren messen sie eine Größe nicht unmittelbar. Stattdessen berechnet ein mathematisches Modell den gesuchten Wert aus anderen Messdaten.

Damit lassen sich beispielsweise Prozessgrößen abschätzen, für die eine kontinuierliche direkte Messung aufwendig oder teuer wäre. Voraussetzung ist allerdings, dass die Modelle anhand geeigneter Messdaten entwickelt und überprüft werden.

Fraunhofer sieht darin eine weitere Anwendung der Plattform. Auch Prognosen für die Gasproduktion oder eine vorausschauende Wartung der Anlagentechnik könnten auf derselben Datenbasis aufbauen. Ob und mit welcher Genauigkeit diese Anwendungen bereits im praktischen Betrieb funktionieren, geht aus der Pressemitteilung nicht hervor.

Wie viel lässt sich aus vorhandenen Gasspeichern herausholen?

Für die knapp 10.000 deutschen Biogasanlagen gewinnt ein flexibler Betrieb an Bedeutung. Mit dem Biomassepaket von 2025 wurden die Förderbedingungen bereits verändert. Anlagen, die unter die neuen Ausschreibungsregeln fallen, erhalten eine Förderung nur noch für eine begrenzte Zahl von Betriebsstunden.

Damit soll die Stromerzeugung stärker auf Zeiten ausgerichtet werden, in denen das Netz zusätzliche Leistung benötigt. Die für 2027 geplante EEG-Novelle könnte die Rahmenbedingungen erneut verändern. Wie schwierig die wirtschaftliche Situation vieler Betreiber ist, zeigt unser Beitrag über die Zukunft der deutschen Biogasanlagen und die geplante EEG-Reform.

Um stärker auf die Stromnachfrage reagieren zu können, benötigen viele Anlagen zusätzliche Flexibilität. Dafür kommen größere Gasspeicher, leistungsfähigere Blockheizkraftwerke oder ergänzende Batteriespeicher infrage.

Wie sich Batterien einsetzen lassen, hat das Fraunhofer IEE im Projekt BioBatSys untersucht. Eine Modellrechnung ergab, dass ein Batteriespeicher die jährlichen Netzentgelte einer Biogasanlage um rund 7.750 € reduzieren könnte.

Die Entwicklung des Fraunhofer IGB verfolgt einen anderen Ansatz. Sie soll die vorhandene Anlagentechnik durch bessere Datenauswertung gezielter nutzbar machen. Allerdings kann Software keine zusätzliche Speicherkapazität schaffen. Ist der Gasspeicher voll, lässt sich weiteres Biogas nicht unbegrenzt zurückhalten. Ist er leer, kann das Blockheizkraftwerk keinen Strom erzeugen. Auch die installierte Leistung des BHKW begrenzt die mögliche Stromproduktion.

Hinzu kommt die Wärmenutzung. Viele Biogasanlagen versorgen Gebäude oder Wärmenetze mit der Abwärme ihrer Blockheizkraftwerke. Wird die Stromerzeugung zeitlich verschoben, verändert sich zugleich die Wärmebereitstellung. Ob sich ein geplanter Stromfahrplan mit dem Wärmebedarf vereinbaren lässt, hängt von der jeweiligen Anlage und ihren Wärmespeichern ab.

Wie weit ist die Entwicklung?

Die Datenplattform ist nach Angaben des Fraunhofer IGB entwickelt. Das Institut zeigt außerdem anhand einer Simulation, wie sich Betriebsdaten, Strompreisprognosen und Anlagenmodelle zu einem Fahrplan verbinden lassen.

Welche Vorteile die Technik im Dauerbetrieb tatsächlich bringt, lässt sich aus den veröffentlichten Informationen jedoch noch nicht beziffern. Fraunhofer nennt weder konkrete zusätzliche Erlöse noch die Kosten einer Nachrüstung. Auch Ergebnisse eines längerfristigen Praxistests mit realen Biogasanlagen werden in der Pressemitteilung nicht ausgewiesen.

Die Datenplattform soll sich zudem auf andere verfahrenstechnische Anlagen übertragen lassen. Als mögliche Einsatzgebiete nennt das Institut Kläranlagen, Bewässerungssysteme und die Trinkwasserversorgung. In Kläranlagen könnten die Daten beispielsweise helfen, die Belüftung der biologischen Reinigungsstufe an den tatsächlichen Bedarf anzupassen.

Quellen

• Fraunhofer IGB: Datenbasierter Betrieb von Biogasanlagen – Biogas während Dunkelflauten erzeugen – Presseinformation vom 20. Oktober 2026, technische Entwicklung und Originalzitate.
• Fraunhofer IGB: Interaktive Demonstration der Betriebsoptimierung – Simulation zum Zusammenspiel von Betriebsdaten, Substraten und Strompreisprognosen.
• Bundeswirtschaftsministerium: FAQ zum Biomassepaket – Änderungen der EEG-Förderung und förderfähige Betriebsstunden.
• Bundesnetzagentur: Ausschreibungsergebnisse für Biomasse- und Biomethananlagen vom April 2026 – Anwendung der neuen Förderregelungen.