Angesichts steigender Energiepreise prüfen immer mehr Gartenbesitzer die Möglichkeit, eine private Biogasanlage auf Grundlage eigener Rohmaterialien zu betreiben. Obwohl die Technik einfacher ist als oft angenommen und in der Regel keine Baugenehmigungen erforderlich sind, bleibt die Umsetzung in Deutschland gering. Bedenken hinsichtlich der Gasproduktion spielen hier eine Rolle.
Wofür kann man eine Biogasanlage nutzen?
Biogas ist ein erneuerbares Gas, das durch die anaerobe Vergärung organischer Substanzen entsteht. Es besteht hauptsächlich aus Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO₂), sowie geringen Mengen an anderen Gasen wie Stickstoff, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff.
Biogas kann man für verschiedene Zwecke nutzen:
Energieerzeugung: Biogas kann zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden. In Biogasanlagen wird das Biogas verbrannt, um einen Verbrennungsmotor oder eine Gasturbine anzutreiben, die Strom und Wärme produzieren kann. Das erzeugte Biogas kann auch direkt zur Wärmeversorgung in Haushalten, Gewerbe- und Industrieanlagen genutzt werden.
Biokraftstoff: Biogas kann nach der Aufbereitung auch als Biokraftstoff verwendet werden. Durch Entfernung von CO₂, Wasserstoff und anderen Verunreinigungen wird das Biogas gereinigt und zu Biomethan aufbereitet. Biomethan kann als Treibstoff für Fahrzeuge eingesetzt werden und bietet eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Brennstoffen.
Eigene Nutzung des Gases: Bei den Mengen, die man mit einer selbst gebauten Biogasanlage produzieren kann, macht der Eigenverbrauch am meisten Sinn. Das gewonnene Biogas kann mittels Filter gereinigt werden, unangenehme Gerüche sowie Schwefel werden herausgefiltert. So kann danach gut brauchbares Methangas gespeichert werden. Das kann dann beispielsweise zum Kochen oder Heizen verwendet werden. Eine gute Alternative, falls es mal einen Energieengpass gibt.
Düngemittel: Nach der Vergärung in einer Biogasanlage bleibt ein Nebenprodukt zurück, das als Gärrest bezeichnet wird. Dieser Gärrest enthält Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor und Kalium und kann als hochwertiger Dünger wieder im eigenen Garten Verwendung finden. So schließt sich der Kreislauf.
Der Einsatz von Biogas bietet viele Vorteile:
Erstens ist Biogas eine erneuerbare Energiequelle, da es aus organischen Abfällen und Biomasse gewonnen wird.
Zweitens trägt die Nutzung von Biogas zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen bei, da es Methan, ein potenzielles Treibhausgas, auffängt und nutzbar macht. Ansonsten würde das Gas nämlich einfach in die Atmosphäre entweichen.
Drittens unterstützt die Biogasproduktion die Kreislaufwirtschaft und trägt zur Abfallreduzierung und -verwertung bei.
Grundlage der Funktionsweise – der Prozess der Biogasgewinnung im Einzelnen?
Der Prozess der Biogasgewinnung erfolgt in einer Biogasanlage durch den anaeroben Vergärungsprozess.
Hier sind die grundlegenden Schritte des Prozesses:
Zuführung des Substrats: Organische Materialien dienen als Grundlage für die Bakterien und werden in die Biogasanlage eingebracht. Dies können verschiedene Arten von Biomasse sein, wie z. B. landwirtschaftliche Reststoffe, Gülle, Abfälle aus der Lebensmittelproduktion oder Energiepflanzen.
Im heimischen Garten findest du normalerweise auch ausreichend Material, das können Grasabfälle vom Rasen mähen sein, altes Fallobst oder sonstige organische Materialien. Besonders zucker- und stärkehaltige Biomasse ist sehr gut geeignet, da die Bakterien diese am besten umsetzen können. Grundsätzlich eignen sich auch tierische oder menschliche Fäkalien, das wird aber oft kritisch betrachtet, aufgrund der Geruchsbelastung.
Ansonsten sind das gute Anlaufstellen, für das Ausgangsmaterial deiner Biogasanlage:
Landwirtschaftliche Betriebe: Landwirtschaftliche Betriebe liefern oft eine Vielzahl von Substraten für Biogasanlagen. Dies kann Gülle von Nutztieren wie Kühen, Schweinen oder Hühnern umfassen. Aber auch landwirtschaftliche Reststoffe wie Ernterückstände, Stroh, Silage oder Grünschnitt können als Substrate verwendet werden.
Lebensmittel- und Gastronomieabfälle: Lebensmittelabfälle von Supermärkten, Restaurants, Kantinen und anderen Einrichtungen können als Substrat für Biogasanlagen dienen. Dies können unverkaufte Lebensmittel, Gemüse- und Obstreste oder Speiseabfälle sein.
Fermentation im Fermenter: Die Substrate werden in einem geschlossenen Behälter, dem Fermenter, gelagert und vergärt. Der Fermenter wird sauerstofffrei gehalten, um die anaerobe Umgebung für den Vergärungsprozess zu schaffen, denn ansonsten sterben die Bakterien ab. Je nach Art der Biogasanlage kann der Fermenter ein Feststoff-Fermenter oder ein Flüssig-Fermenter sein.
Eine Feststoffvergärungsanlage, auch bekannt als Trockenfermentation, ist eine Art von Biogasanlage, die zur Erzeugung von Biogas aus fester Biomasse verwendet wird. Im Gegensatz zur Flüssigvergärung, bei der flüssige Substrate verwendet werden, verwendet die Feststoffvergärung feste Substrate wie pflanzliche Biomasse, landwirtschaftliche Reststoffe oder organische Abfälle.
Die Gasgewinnung aus dem Substrat läuft nun in vier Phasen ab
Hydrolyse: In der ersten Phase des Vergärungsprozesses, der Hydrolyse, werden komplexe organische Verbindungen in einfachere Verbindungen wie Zucker, Aminosäuren und Fettsäuren umgewandelt.
Säurebildung: Anschließend erfolgt die Säurebildung, bei der Bakterien die einfachen Verbindungen in organische Säuren, wie Essigsäure, Propionsäure und Buttersäure, umwandeln.
Acetogenese: In dieser Phase werden die organischen Säuren und flüchtigen Fettsäuren von spezialisierten Bakterien, den Acetogenen, weiter abgebaut. Es entstehen Essigsäure, Wasserstoff, Kohlendioxid und andere Zwischenprodukte.
Methanbildung: Die Methanbildung ist der Schlüsselschritt in der Biogasgewinnung. Methanbildende Mikroben, auch Methanogene genannt, nutzen die Zwischenprodukte der vorherigen Phasen, insbesondere Wasserstoff und Essigsäure, um Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO₂) zu erzeugen. Das produzierte Gas besteht hauptsächlich aus Methan, das den Hauptbestandteil des Biogases darstellt.
Der Prozess der Biogasgewinnung erfordert eine kontrollierte Umgebung, geeignete Temperatur und pH-Bedingungen sowie das Vorhandensein der richtigen Mikroorganismen, die den Vergärungsprozess durchführen.
Die genauen Parameter können je nach Art der Biogasanlage und den verwendeten Substraten variieren. Eine sorgfältige Überwachung und Kontrolle des Prozesses sind wichtig, um eine effiziente Biogasproduktion sicherzustellen.
Verweis intern: Wann ist ein Blockheizkraftwerk nötig?
Grundlage – Die richtige Temperatur und Ph-Bereich für verschiedene Bakterienkulturen
Die Temperaturen und der pH-Bereich sind wichtige Faktoren in einer Biogasanlage, da sie den optimalen Betrieb des anaeroben Vergärungsprozesses beeinflussen. Hier sind typische Temperaturen und der pH-Bereich in einer Biogasanlage:
Die Temperatur in einer Biogasanlage kann je nach Art der verwendeten Mikroorganismen und der Zusammensetzung der Substrate variieren. Im Allgemeinen werden Biogasanlagen in drei Kategorien unterteilt, basierend auf der Betriebstemperatur:
Mesophile Anlagen: Diese arbeiten bei Temperaturen zwischen 25 °C und 40 °C. Mesophile Bakterien sind in dieser Temperaturspanne am aktivsten.
Thermophile Anlagen: Diese arbeiten bei höheren Temperaturen zwischen 50 °C und 60 °C. Thermophile Bakterien haben eine höhere Aktivität bei diesen Temperaturen.
Psychrophile Anlagen: Diese arbeiten bei niedrigeren Temperaturen unter 20 °C. Psychrophile Bakterien sind in der Lage, auch relativ niedrigen Temperaturen zu arbeiten.
Die Wahl der Betriebstemperatur hängt von den spezifischen Anforderungen der Anlage und den vorhandenen Substraten ab. Die Temperatur ist ein wichtiger Faktor für die Geschwindigkeit des Vergärungsprozesses und die Methanausbeute.
Für eine eigene Biogasanlage würden sich natürlich die psychrophilen Bakterien anbieten, da so keine externe Beheizung der Biogasanlage nötige wär. Die einfache Sonneneinstrahlung im Sommer wäre ausreichend. Allerdings läuft der Vergärungsprozess dann sehr langsam ab und entstehen keine nennenswerten Mengen Biogas.
Deshalb haben wir uns für unseren Versuch für mesophile Bakterien entschieden, die zwar höhere Temperaturen benötigen, aber auch eine viel effizientere und schnellere Gasproduktion gewährleisten. Mit einer Dämmung ist auch die Temperatur über längere Zeiträume zu halten. So ist eine Betriebstemperatur zwischen 25 und 40 Grad Celsius optimal.
Der richtige pH-Bereich in der Biogasanlage
Der pH-Wert ist ein Maß für den Säure-Base-Haushalt in der Biogasanlage. Der optimale pH-Bereich für die anaerobe Vergärung liegt normalerweise zwischen 6,5 und 8,5.
Innerhalb dieses Bereichs sind die Mikroorganismen in der Lage, effizient zu arbeiten und den Fermentationsprozess aufrechtzuerhalten.
Ein zu niedriger pH-Wert kann auf eine Übersäuerung hinweisen, die das Wachstum der Methan produzierenden Mikroorganismen hemmt. Ein zu hoher pH-Wert kann auf eine Alkalisierung hinweisen, die ebenfalls den Fermentationsprozess beeinträchtigt.
Daher ist die Überwachung und Kontrolle des pH-Werts in der Biogasanlage wichtig, um eine stabile und effiziente Biogasproduktion sicherzustellen. Bei Bedarf können Säure- oder Basenzugaben vorgenommen werden, um den pH-Wert zu regulieren.
Hier Bauanleitung einer Biogasanleitung lesen.
Welche Auflagen muss ich für eine Biogasanlage in Deutschland erfüllen?
Gemeint ist hierbei eine kommerzielle Anlage für eine Einspeisung des Biogases ins Netz. Für den Bau und Betrieb einer Biogasanlage in Deutschland müssen verschiedene Auflagen und Vorschriften erfüllt werden. Die genauen Anforderungen können je nach Größe, Art und Standort der Anlage variieren. Hier sind jedoch einige allgemeine Auflagen, die beachtet werden müssen:
Genehmigungsverfahren: Der Bau und Betrieb einer Biogasanlage erfordert in der Regel eine Genehmigung durch die zuständigen Behörden. Es muss ein Antrag gestellt werden, der detaillierte Informationen zur Anlage, zum Standort, zur Umweltverträglichkeit und zur Sicherheit enthält. Die Behörden prüfen den Antrag und erteilen gegebenenfalls eine Genehmigung.
Emissionsbegrenzung: Biogasanlagen müssen bestimmte Emissionsgrenzwerte einhalten, um Umweltauswirkungen zu minimieren. Dies betrifft insbesondere die Emissionen von Geruchsstoffen, Staub, Stickoxiden und anderen Schadstoffen. Es können auch Anforderungen an den Lärmschutz gestellt werden.
Grundlage abfallrechtlicher Bestimmungen: Für den Einsatz von organischen Abfällen in der Biogasanlage gelten spezifische abfallrechtliche Vorschriften. Diese umfassen die Herkunft und Qualität der eingesetzten Abfälle sowie deren Lagerung, Transport und Behandlung.
Naturschutz und Landschaftspflege: Biogasanlagen dürfen keine negativen Auswirkungen auf die Natur und Landschaft haben. Es müssen Maßnahmen ergriffen werden, um den Schutz von geschützten Arten, Gewässern und Landschaftsbereichen sicherzustellen.
Arbeitsschutz und Anlagensicherheit: Der Betrieb einer Biogasanlage erfordert die Einhaltung von Arbeitsschutzvorschriften und Sicherheitsmaßnahmen. Dies betrifft unter anderem den Umgang mit gefährlichen Substanzen, und den Schutz vor Unfällen.
Verweis intern: Biogasanlage 10kW für den privaten Gebrauch
Es ist wichtig zu beachten, dass die genauen Auflagen von Bundesland zu Bundesland und von Gemeinde zu Gemeinde variieren, daher informiere dich bitte über dein Vorhaben bei den zuständigen Behörden.
Welche Grundlage muss ich in Deutschland für eine kleine Biogasanlage zu Hause erfüllen?
Für kleinere Anlagen im Selbstbau oder auch fertige Systemlösungen, die man kaufen kann, ist in der Regel keine Genehmigung erforderlich. Wenn allerdings bauliche Veränderungen am Grundstück vorgenommen werden, wie das bei einer Grubenbiogasanlage der Fall ist, solltest du vorher Rücksprache mit dem zuständigen Bauamt halten. Weitere Informationen unter: fnr.de
