VDI-Wissensforum 24.06.2011, 12:10 Uhr

Biogas: Mehr Effizienz notwendig

„Biogas – Energieträger der Zukunft“ – so lautete das Motto der Fachtagung des VDI-Wissensforums, die vor Kurzem in Braunschweig stattfand. Als flexibelster unter den erneuerbaren Energieträgern könnte Biogas in der Tat einen wichtigen Beitrag zur Integration der fluktuierenden Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie leisten. Doch um bedarfsgerecht Strom erzeugen zu können, müssen noch einige technologische Herausforderungen bewältigt werden. Zudem muss der Biogasprozess noch effizienter werden.

Das verfügbare Potenzial an Abfall- und Reststoffen für die Vergärung zur Biogaserzeugung ist begrenzt. Daher wird auch weiterhin das Vergären von Energiepflanzen eine tragende Rolle der Biogaserzeugung sein. Allerdings wird die geplante Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) den Einsatz von Mais und Getreidekorn auf 50 % des Substratanteils beschränken.

Andere Einsatzstoffe, etwa Heu, besitzen einen hohen Gehalt an Lignocellulose. Diese ist für die Bakterien im Fermenter nur schwer aufzuschließen. Um ihnen die Arbeit zu erleichtern, wird intensiv an Aufbereitungsverfahren gearbeitet. Der Aufschluss kann auf mechanischem Wege durch Zerkleinern und Quetschen des Substrates in Querstromzerspanern und Dissolvern erfolgen.

Elektrokinetische Desintegration macht Biogas-Produktion effizienter

In der Praxis wird bereits die elektrokinetische Desintegration realisiert: Dabei fließt das Substrat durch ein Rohrleitungssystem, in dem ein Hochspannungsfeld anliegt. Die Zellmembranen werden im Hochspannungsfeld verformt, bis sie durchlässig werden. Der freigesetzte Zellinhalt kann dann zur Gaserzeugung genutzt werden.

Neu ist das Lignin-Extraktionsverfahren. Mit ihm können faserige Pflanzenbestandteile und sogar Holz vergoren werden, versprach Friedrich Streffler, Gründer der Firma Maxbiogas. Mit dem von ihm entwickelten LX-Verfahren wird das Lignin chemisch aus dem pflanzlichen Substrat abgetrennt. Letzteres wird dann weiter in der Biogasanlage abgebaut.

Je nach Methode und Substrat lasse sich eine bis zu 40 % höhere Methanausbeute erzielen, bewertete Peter Weiland vom Johann Heinrich von Thünen-Institut den Nutzen alternativer Aufbereitungsverfahren. Allerdings würden sich die Verfahren im Energiebedarf deutlich unterscheiden. Betreiber sollten daher „überprüfen, ob der finanzielle Mehraufwand durch den Mehrertrag an Biogas ökonomisch gerechtfertigt ist.“

Eine durchschnittliche Biogas-Anlage produziert 500 kW Strom

Investitionen in zusätzliche Kapazitäten wie Gasspeicher und Blockheizkraftwerke (BHKW) sind nötig, um die Stromproduktion stärker am Bedarf ausrichten zu können. Aufgrund der Vergütungsstruktur des derzeit geltenden EEG hat die durchschnittliche Biogasanlage eine Leistung von rund 500 kW. Bei einer Verdoppelung der installierten Leistung sind je Anlage Investitionen von 650 000 € notwendig, rechnete Uwe Holzhammer vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) vor.

Der Betriebskostenaufwand sei bei einer steuerbaren Stromproduktion aus Biogas höher als bei einer kontinuierlichen Erzeugung. Das derzeit geltende EEG biete den Anlagenbetreibern weder einen finanziellen Anreiz noch die notwendige Investitionssicherheit für diese Betriebsart. Das EEG 2012 werde aber den richtigen Impuls dafür setzen, meinte Holzhammer.

Viele Biogasanlagen werden heute schon nicht mehr nach dem derzeitigen Stand der Technik betrieben. Elmar Fischer vom Deutschen Biomasse-Forschungszentrum (DBFZ) in Leipzig führt die wesentlichen Defizite auf eine falsche Dimensionierung der Anlage zurück, vor allem aber auf eine schlechte Substratausnutzung und ungenügende Wärmenutzung. Durch eine Steigerung der biologischen Abbauleistung und der Wärmenutzung könnte der Gesamtwirkungsgrad der Biogaserzeugung mittelfristig auf über 50 % gesteigert werden, ist sich Fischer sicher.

Vor allem durch nicht abgedeckte Gärrestlager und bei der Gasverwertung wurden bei Untersuchungen relevante Methanemissionen festgestellt, berichtet Fischer. Nennenswerte Mengen Methan gehen als sogenannter „Schlupf“ bislang auch bei der Aufbereitung von Biogas in Erdgasqualität verloren. Dafür müssen zuvor vor allem Kohlendioxid (CO2) und Nebenbestandteile wie Schwefelwasserstoff und Wasserdampf abgetrennt werden.

Biogas-Produktion: Alternativen bei der Gasaufbereitung nutzbar machen

Der Einsatz von Membranen könnte als Alternative zu den etablierten Aufbereitungsverfahren die Gasaufbereitung einfacher und robuster machen. Mit nur einem Kompressionsschritt könnte eine nahezu vollständige Trennung von Methan und CO2 erfolgen. Erste Pilotanlagen sind bereits in Betrieb.

Das Prinzip beruht darauf, dass Hohlfäden aus Spezialkunststoffen oder Keramik in einem Modul zusammengefasst werden und in einem Rohr durch das Gasgemisch unter Druck gesetzt werden. Durch die Druckdifferenz dringt das CO2 durch die Membran, während das Methan zurückgehalten wird.

Vorteile der neuen Biogas-Aufbe-
reitungsverfahren sind eine hohe Methanausbeute. Zudem ist das Methan trocken und steht bereits unter Druck, wodurch Kosten für die Verdichtung eingespart werden können. Denn bislang sind noch Aufbereitungsstationen erforderlich, in denen das Biogas verdichtet, gekühlt und aufbereitet wird. 

Ein Beitrag von:

  • Thomas Gaul

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