Welche Vorteile hat Biogas und wie wird es hergestellt?

Biogas ist ein nachhaltiger Energieträger, der durch die Vergärung organischer Stoffe gewonnen wird. Seine vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten und die Fähigkeit, zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen beizutragen, machen Biogas zu einer wichtigen Komponente moderner Energieversorgungssysteme. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Vorteile von Biogas, die Prozesse seiner Herstellung und seine Bedeutung in der technischen Gebäudeausrüstung (TGA).

Biogas entsteht durch den anaeroben Abbau organischer Stoffe, wie z. B. Gülle, landwirtschaftliche Reststoffe, Bioabfälle oder Klärschlamm. Der biologische Prozess findet in vier Hauptphasen statt:

Hydrolyse: Polymere wie Kohlenhydrate, Proteine und Fette werden in Monomere zerlegt.
Acidogenese: Die Monomere werden in flüchtige Fettsäuren und andere Zwischenprodukte umgewandelt.
Acetogenese: Flüchtige Fettsäuren werden in Essigsäure, Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid umgewandelt.
Methanogenese: Methanbakterien erzeugen aus Essigsäure und Wasserstoff Methan $CH$_4$$ und Kohlendioxid $CO$_2$$ .

Typische Zusammensetzung von Biogas:

Methan $CH$_4$$ : 50–70 %
Kohlenstoffdioxid $CO$_2$$ : 30–50 %
Spurengase: H $_2$ S, NH $_3$ , etc.

Berechnungen und Nachweisführung

Die Biogasausbeute wird häufig als spezifische Gasausbeute pro Kilogramm organischer Trockensubstanz (oTS) angegeben. Eine typische Formel lautet:

$V_\text{Biogas} = Y_\text{oTS} \cdot m_\text{oTS}$

$V_\text{Biogas}$ : Biogasausbeute (m $^3$ )
$Y_\text{oTS}$ : Spezifische Gasausbeute (m $^3$ /kg oTS)
$m_\text{oTS}$ : Masse der organischen Trockensubstanz (kg)

Beispiel: Für eine Biogasanlage mit 1000 kg oTS und einer spezifischen Gasausbeute von 0,6 m $^3$ /kg oTS beträgt die Biogasausbeute:

$V_\text{Biogas} = 0,6 \, \text{m}^3/\text{kg} \cdot 1000 \, \text{kg} = 600 \, \text{m}^3$

4. Anwendungsbeispiele

Heiztechnik: Biogas kann in Blockheizkraftwerken (BHKW) zur gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme genutzt werden.
Einspeisung ins Erdgasnetz: Nach der Aufbereitung kann Biogas als Biomethan ins Gasnetz eingespeist werden.
Mobilität: Biomethan dient als Kraftstoff für gasbetriebene Fahrzeuge.

5. Geschichte in Deutschland

Die Nutzung von Biogas begann in Deutschland in den 1950er Jahren im landwirtschaftlichen Bereich. Mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ab 2000 erhielt die Biogasnutzung einen signifikanten Aufschwung. Heute ist Deutschland einer der weltweit führenden Biogashersteller.

6. Vor- und Nachteile

Vorteile:

Nachhaltigkeit: Reduzierung von fossilen Brennstoffen.
Klimaschutz: Methanemissionen aus Abfällen werden minimiert.
Flexibilität: Energie kann gespeichert und bedarfsgerecht genutzt werden.
Kreislaufwirtschaft: Nutzung von Abfallstoffen und Rückführung von Gärresten in die Landwirtschaft.

Nachteile:

Hohe Investitionskosten: Der Bau und Betrieb von Biogasanlagen ist kapitalintensiv.
Flächenbedarf: Der Anbau von Energiepflanzen kann in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion stehen.
Emissionsrisiken: Unkontrollierte Methanfreisetzung während der Produktion.

7. Gesetzliche Rahmenbedingungen

Die Nutzung und Einspeisung von Biogas wird in Deutschland durch zahlreiche Regelwerke geregelt:

Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG): Fördert die Einspeisung von Strom aus Biogas.
DIN EN 16723-1: Legt die Anforderungen an die Einspeisung von Biomethan ins Erdgasnetz fest.
VDI 4630: Beschreibt die Grundlagen zur Substratbewertung für die Biogaserzeugung.

8. Schlussbemerkung

Biogas ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Seine Vorteile, insbesondere die CO $_2$ -Neutralität und die Möglichkeit zur Nutzung organischer Abfälle, machen es zu einem unverzichtbaren Energieträger in einer nachhaltigen Zukunft. Gleichzeitig sind technologische Weiterentwicklungen und eine optimierte Gesetzgebung notwendig, um die Nutzungspotenziale weiter auszuschöpfen.