Biogasanlagen

Grundprinzip der Biogaserzeugung

Der Betrieb von Biogasanlagen stellt hohe Ansprüche an die Baukonstruktion. Gleichzeitig erwarten die Betreiber – Landwirte, Kommunen und Investoren – eine lange störungsfreie Lebensdauer ihrer Anlagen. Biogasanlagen in Ortbeton- und Betonfertigteil-Bauweise beweisen seit vielen Jahren, dass sie diesen Anforderungen gerecht werden, wenn sie sorgfältig geplant und ausgeführt werden.
Das Grundprinzip der Biogaserzeugung beruht darauf, dass organische Stoffe wie Fette, Kohlenhydrate und Eiweiße von Bakterienkulturen anaerob in niedermolekulare Bausteine zersetzt werden (Fermentation), wobei das im Prozess entstehende energiereiche Gas, Methan (CH₄) und Kohlendioxid (CO₂) aufgefangen und genutzt wird.
Hauptquelle für diese organischen Stoffe (Biomasse) war bisher in der Regel Gülle aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung und Tierproduktion. Zunehmend werden für die Biogaserzeugung aber auch speziell zu diesem Zweck angebaute nachwachsende Rohstoffe wie Mais verwendet und Reststoffe aus dem landwirtschaftlichen Betriebskreislauf wie Festmist, Stroh, Rübenblatt, Gemüseabfälle oder Grüngut eingesetzt. Die Mitvergärung anderer organischer Stoffe wie z. B. von Reststoffen der Lebensmittelindustrie wird als Cofermentation bezeichnet.
Das in Biogasanlagen erzeugte Gas kann in Blockheizkraftwerken verbrannt und in elektrische und thermische Energie umgewandelt werden. Nach entsprechender Aufbereitung des Gases ist auch die Einspeisung ins Erdgasnetz oder die Verwendung als Treibstoff für gasbetriebene Fahrzeuge möglich.
Bei der Nassfermentation, die immer bei der Verwendung von Gülle zum Einsatz kommt, ist das Gärsubstrat durch einen hohen Wasseranteil mit über 85 % rühr- und fließfähig und wird während der Fermentation durchmischt. Die Trockenfermentation wird bei stapelbarer organischer Biomasse eingesetzt. Ein ständiges Durchmischen des Substrats während der Fermentation ist nicht möglich.
Der Prozess beginnt mit der Aufgabe in den Vorlagebehälter und / oder den Feststoffdosierer, wo das Substrat zunächst gesammelt, zerkleinert und gemischt wird und dann zum Fermenter gefördert wird.
Die Fermentation im Fermenter und anschließenden Nachgärer erfolgt unter Luftabschluss und ohne Lichteinfall. Der Temperaturbereich der Vergärung liegt bei 40 °C bis 55 °C. Zum Erreichen und Sichern der Prozesstemperatur erhalten die Fermenter eine Beheizung und in der Regel eine Wärmedämmung. Rührwerke unterstützen die Bildung und Erhaltung homogener Flüssigkeitsschichten, die für die Prozessgeschwindigkeit und die Stabilität des Abbaus der organischen Substanzen wichtig sind. Das dabei entstehende Biogas – im Wesentlichen bestehend aus Methan und Kohlendioxid – wird gesammelt und entnommen. Nachgärer dienen der weiteren Gewinnung von Biogas. Heizungen werden nur dann eingebaut, wenn damit die Betriebstemperatur noch gesteuert werden soll, um z. B. die Verweildauer des Substrats im Behälter zu verkürzen. .
Dem Gärrestlager werden neben den vergorenen Substraten auch verunreinigte Niederschlagswässer und in begrenztem Umfang Silagesickersäfte zugeführt. Sie werden in der Regel gasdicht abgedeckt. Die verbleibenden Reststoffe dienen als Dünger. .

Derzeit sind folgende Anlagesysteme gebräuchlich:

• Speicheranlage
  
  • Fermenter und Gärrestlager befinden sich in einem Behälter. Beim Ausbringen der Gärreste wird das gesamte ausgefaulte Substrat entnommen. Die Gasproduktion ist daher nicht so gleichmäßig wie beim Durchflussverfahren.
    
• Durchflussanlage
  
  • Aus dem Vorlagebehälter und / oder den Feststoffdosierer wird die Biomasse mehrmals am Tag, im Idealfall kontinuierlich, in den Fermenter eingebracht. Gleichzeitig wird die gleiche Menge Substrat aus dem Fermenter in den Nachgär- bzw. Gärrestbehälter gepumpt. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit zur gleichmäßigen Gasproduktion.
    
• Durchfluss-Speicher Anlage
  
  • Bei diesem Verfahren ist auch das Gärrestlager abgedeckt und dient als Nachgärbehälter, so dass das hier anfallende Biogas genutzt werden kann. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit zur gleichmäßigen Gasproduktion.

Literatur

• Zement-Merkblatt LB14: Beton für Behälter in Biogasanlagen
• Matthias Middel (Hrsg.) u. a.: Planungshilfe Biogasanlagen aus Beton, Verlag Bau+Technik GmbH, Düsseldorf 2013