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Biogas
Biogas ist ein energiereiches, brennbares Gasgemisch, dass bei der natürlichen Zersetzung von organischem Material unter Luftabschluss entsteht. Dieser Prozess wird in Biogasanlagen genutzt, um aus Gülle, Bioabfällen oder Energiepflanzen Biogas zu erzeugen. Die Substrate werden in luftdicht abgeschlossenen Gärbehältern (Fermentern) vergoren. Dazu ist die Arbeit vieler verschiedener Mikroorganismen notwendig:
Das brennbar Methan (CH4) ist der wichtigste Bestandteil von Biogas. Der Methangehalt schwankt, in Abhängigkeit von den eingesetzten Substraten, zwischen 50 und 65 Prozent. Daneben kommt Kohlendioxid (CO2) mit einem Anteil von 35 bis 50 Prozent vor. Andere Inhaltsstoffe wie Stickstoff, Wasser, Sauerstoff und Schwefelwasserstoff treten in geringen Konzentrationen auf.
Biogas kann zu Strom, Wärme, Gas oder Treibstoff umgewandelt werden. Zurück bleibt mit dem Gärprodukt ein hochwertiges Düngemittel, reich an Nährstoffen und humusbildenden Stoffen. Sie werden flüssig oder getrocknet in der Landwirtschaft, im Landschafts- und Gartenbau sowie in Privatgärten als organischer Dünger oder Bodenverbesserer eingesetzt. Als Rohstoffe werden unter anderem Maissilage, Grassilage, Roggen-GPS, Zuckerrüben-Pressschnitzel, Futterrüben, Bioabfall und vieles mehr verwendet. Die Ausgangsmaterialien ergeben unterschiedliche Biogaserträge, je nach ihrer Zusammensetzung.
Im Gärprodukt sind die in den Ausgangssubstraten enthaltenen Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Kalium und der organische Kohlenstoff enthalten. Damit schließt der Einsatz von Gärprodukten den natürlichen Nährstoff- und Humuskreislauf und ersetzt mineralischen Dünger, der sonst energiereich erzeugt werden muss.
Biogas entsteht durch den natürlichen Prozess des mikrobiellen Abbaus organischer Stoffe unter anoxischen Bedingungen. Mikroorganismen setzten dabei die enthaltenen Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette in die Hauptprodukte Methan und Kohlenstoffdioxid um. Dafür sind anoxische Verhältnisse notwendig, also die Abwesenheit von Sauerstoff. Hierbei gibt es mehrere Prozessstufen, die jeweils von Mikroorganismen verschiedener Stoffwechseltypen durchgeführt werden. Polymere Bestandteile der Biomasse, wie Zellulose, Lignin, Proteine, werden zunächst durch mikrobielle Exoenzyme zu monomeren (niedermolekularen) Stoffen umgewandelt. Niedermolekulare Stoffe werden durch gärende Mikroorganismen zu Alkoholen, organischen Säuren, Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) abgebaut. Die Alkohole und organischen Säuren werden durch acetogene Bakterien zu Essigsäure und Wasserstoff umgesetzt. In der letzten Stufe werden durch methanogene Archaeen aus Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und Essigsäure die Endprodukte Methan (CH4) und Wasser gebildet.
Die Bezeichnung Biogas wird zusammenfassend für energiereiche Gase verwendet, die unter anoxischen Bedingungen durch Mikroorganismen aus biotischen Stoffen gebildet werden. Diese sind: Klärgas: das bei der Reinigung von Abwasser entstehende Gas; Faulgas: das erst in der Klärschlammfaulung produzierte Gas; Deponiegas: aus einer Mülldeponie austretendes Gas.
Biogas eignet sich neben der Eigennutzung in der Landwirtschaft auch als Beitrag zu einem Energiemix aus erneuerbaren Energien. Biogas ist im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energieträgern wie Wind oder Sonne kontinuierlich verfügbar. Außerdem lassen sich Biomasse und Biogas speichern, wodurch zum Energieangebot in Spitzenzeiten beigetragen werden kann. Deswegen bietet sich dieser Bioenergieträger zum Ausgleich kurzfristiger Schwankungen im Stromangebot der Wind- und Sonnenenergie an. Bisher werden die meisten Biogasanlagen kontinuierlich betrieben. Biogas kann auch als nahezu CO2-neutraler Treibstoff in Kraftfahrzeugmotoren genutzt werden. Da eine Aufbereitung auf Erdgasqualität notwendig ist, muss der CO2-Anteil weitestgehend entfernt werden. In der Schweiz fahren Lastwagen seit 1995 mit Biogas, der erste Lastwagen erreichte im Sommer 2010 seinen millionsten Kilometer. Bisher wird Biogas jedoch selten auf diesem Weg verwertet. 2006 wurde die erste deutsche Biogastankstelle eröffnet. Wegen der hohen elektrischen Wirkungsgrade könnte in Zukunft zudem die Verwertung von Biogas in Brennstoffzellen interessant sein. Der hohe Preis für die Brennstoffzellen, die aufwendige Gasaufreinigung und die in Praxisversuchen bisher noch geringe Standzeit verhindern bisher eine breitere Anwendung dieser Technik.
Biogas in Deutschland:
– 1999 bis 2010: Wachsen der Biogasanalgen von ca. 700 auf 5.905
– 2011: Rund 7.200 Biogasanlagen Gesamtleistung von ca. 2.850 MW – 5 Mio Haushalte mit Strom versorgt.
– 2013: Rund 7.720 Biogasanlagen Gesamtleistung von ca. 3.550 MW – 27 Mio Haushalte mit Strom versorgt.
