Neue Technologien sorgen dafür, dass Biogasanlagen das teure Futter besser ausnutzen. Wir stellen drei Dienstleister vor, die Ihnen dabei helfen können.
Die Ausbeute erhöhen
Der elektrische Wirkungsgrad eines Blockheizkraftwerkes (BHKW) ist jedem Biogaserzeuger geläufig. Neu ist dagegen, dass sich Anlagenbetreiber auch Gedanken über den „biologischen Wirkungsgrad“ bzw. den Ausbeutegrad machen. Dieser Wert sagt aus, wie gut eine Anlage die eingesetzten Rohstoffe verwertet. Hierzu gab es bislang nur Faustwerte zur Gasausbeute der Substrate, die das Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL) veröffentlicht hat.
Doch diese Werte können nur zur ersten Einschätzung dienen und sind eher Mindestmengen. Denn je nach Region, Anlagentechnik und vielen weiteren Parametern können die erzielten Gaserträge der Substrate schwanken. „Es ist für viele Anlagen nicht schwer, 30 % oder mehr Gasausbeute im Vergleich zu den KTBL-Zahlen zu bekommen“, erläutert Rainer Casaretto von der Biogas-Akademie, einem Beratungs- und Dienstleistungsunternehmen aus Kiel. Diese Anhaltswerte lassen also keine Aussage darüber zu, wie gut oder schlecht eine Anlage die Substrate wirklich ausnutzt.
Auch die heutige genormte Restgasbestimmung der Labore ist für den Biogasprozess eigentlich nicht geeignet, erläutert Dr. Annette Sander, Mikrobiologin bei der PlanET Biogastechnik GmbH aus Vreden (Nordrhein-Westfalen): „Diese Untersuchung ist für Kläranlagen entwickelt worden. Das Material aus Biogasanlagen hat jedoch eine längere Verweilzeit. Daher steckt in vielen Anlagen noch mehr drin, als diese genormte Restgasbestimmung heute aussagt.“
Heizwert des Gärrestes:
Genauere Werte soll jetzt die Bestimmung des Ausbeutegrades bringen. Diese Dienstleistung bietet PlanET in Kooperation mit der Biogas-Akademie Kiel sowie der Fachhochschule Flensburg an.Das läuft so ab: Zunächst nehmen die PlanET-Mitarbeiter auf der Biogasanlage mehrere Proben aus dem gut aufgerührten und durchmischten Gärrestlager. Die Proben werden mit Zusätzen inaktiviert, damit die Vergärung gestoppt wird. Wichtig ist auch, dass der Betreiber den eingesetzten Substratmix über drei Monate nicht verändert hat. Denn nur dann lässt er sich dem beprobten Gärrest genau zuordnen.
Bei den Proben bestimmen die Labortechniker der FH Flensburg im Bombenkalorimeter den Heizwert. In diesem Gerät wird die getrocknete Probe nach einem genormten Prozess in einem kleinen Stahlcontainer verbrannt. Der Container steht in einem Wasserbecken. Aus der Erwärmung des Wassers berechnet sich dann der sogenannte spezifische Heizwert. Das ist der Energieinhalt pro kg der getrockneten Probe. Da Stoffe wie Gras, Stroh und Ganzpflanzensilage einen hohen Ligninanteil haben, der zwar den Heizwert mitbestimmt, sich aber nicht in Biogas umwandeln lässt, werden die Ligningehalte anschließend wieder herausgerechnet.
Wie Prof. Jens Born von der FH Flensburg festgestellt hat, lässt sich aus dem Heizwert des Gärrests das Restgaspotenzial genauer abschätzen als mit den bisherigen Berechnungen nach Verdaulichkeit und anderen Schätzformeln. Der Wert zeigt also, wie viel Biogas sich aus dem geprüften Substrat theoretisch noch erzeugen ließe.
Geld auf den Acker:
Am Ende erhält der Anlagenbetreiber eine Aufstellung über den Ausbeutegrad sowie den möglichen Verlust, den er durch die mangelhafte Ausnutzung des Materials hat.Dieser lässt sich so bestimmen: Zunächst errechnet man aus dem Substratmix über Erfahrungswerte den spezifischen Heizwert der Ausgangsstoffe. Anschließend wird – wie oben beschrieben – der Heizwert des Gärrestes bestimmt. Aus der Differenz lässt sich ablesen, wie gut oder wie schlecht die Anlage arbeitet. In einem konkreten Fall hat PlanET bei einer Biogasanlage einen Heizwert im Gärrest von 17 284 Joule pro Gramm ermittelt. Bezogen auf die theoretischen 100 % Energie, die im Ausgangsmaterial steckten, bedeutet das in diesem Fall einen Ausbeutegrad von nur 71 %. „Das ist ein sehr niedriger Wert, eine gute Anlage sollte mehr als 90 % erreichen“, erklärt Mikrobiologin Sander. 100 % sind nicht möglich, da auch die Bakterien im Fermenter einen Teil der Biomasse für sich beanspruchen und ein Teil des organischen Materials als nicht verwertbares Lignin vorliegt.
Im Umkehrschluss bedeutet das: 29 % des Materials verlassen die Anlage unvergoren. Legt man handelsübliche Preise für die Substrate wie z. B. 40 €/t Mais, 18 €/t Grassilage oder 36 €/t Getreide zugrunde, bliebe bei dieser Anlage Biomasse im Wert von 7,60 €/t ungenutzt. Bei 20 000 t Gärrest wären dies also 145 000 €, die ungenutzt wieder auf den Acker ausgebracht würden.
Besser aufschließen:
„Die Beratungsempfehlung bei dieser Anlage wäre, die Verweilzeit zu erhöhen. 68 Tage sind bei diesem Substratmix zu gering“, erklärt Sander. Eine andere Möglichkeit wäre es, das Substrat vor der Vergärung besser aufzuschließen. „Wir haben mehrere Aufschlusssysteme getestet. Gerade bei Anlagen, die faseriges Material einsetzen, lässt sich die Gasausbeute zum Teil um 10 bis 15 % steigern“, berichtet Sander.Das ist zwar nicht so viel, wie viele Firmen versprechen, wirkt sich aber finanziell positiv aus. „Bei der Kalkulation sollte der Betreiber darauf achten, dass sich die Investition nach spätestens vier Jahren amortisiert hat“, ergänzt Casaretto. Denn der technische Fortschritt geht so schnell voran, dass nach vier Jahren mit deutlich verbesserten Technologien zu rechnen ist. Das Beispiel zeigt, wie groß der finanzielle Hebel auch bei den Substraten ist. „Unserer bisherigen Erfahrung nach hat eine Steigerung des Ausbeutegrads die gleichen finanziellen Auswirkungen wie die Steigerung des BHKW-Wirkungsgrades“, lauten Casarettos Erfahrungen.
