Blockheizkraftwerke arbeiten entweder mit Diesel- oder mit Otto-Motoren. Bei der Entscheidung für oder gegen eines dieser Systeme sollten Sie die Flächenausstattung Ihres Betriebes im Auge behalten.
Neulinge in der Biogasbranche haben es schwer. Wer erfahrene Berufskollegen oder Berater um Hilfe bei der Auswahl des richtigen Blockheizkraftwerkes bittet, bekommt oft ganz gegensätzliche Ratschläge. Denn die Branche ist in zwei Lager gespalten.
Auf der einen Seite die Verfechter der herkömmlichen Blockheizkraftwerke mit Gas-Otto-Motoren. Auf der anderen Seite die Befürworter der so genannten Zündstrahler, deren Hersteller auf Gas-Diesel-Motoren setzen.
Doch welches System ist das bessere? Zusammen mit Beratern und Praktikern haben wir die Stärken und Schwächen der jeweiligen Typen analysiert und sagen Ihnen, welche Technik am besten zu Ihrer Biogasanlage passt.
Zündstrahler nutzen das Dieselprinzip
Beide Technologien haben auf den ersten Blick mehr gemeinsam, als sie trennt: Sie verbrennen das Biogas in einem Motor, wandeln die dabei entstehende thermische Energie in mechanische um und erzeugen damit im Generator Strom.
Die Systeme unterscheiden sich allerdings in der Art und Weise wie sie das Biogas im Motor verwerten. Der Gas-Otto-Motor ähnelt einem Benzin-Motor: Ein Biogas-Luft-Gemisch wird vom Kolben (im Abwärtsgang) in den Zylinder des Motors gesaugt bevor eine Kerze den Kraftstoffmix mit einem Funken zündet.
„Zündstrahler arbeiten nach dem Dieselprinzip“, sagt Volker Aschmann, Motorenexperte an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft in Freising. Bei ihnen saugt zwar auch der Kolben das Gas-Luft-Gemisch in den Zylinder, es wird aber deutlich stärker verdichtet als im Gas-Otto-Motor. Außerdem zündet das Gas-Luft-Gemisch nicht eine Kerze, sondern ein Zündöl (z. B. Pflanzenöl oder Biodiesel). Dieses wird hierzu nach dem Verdichten des Gases in den Zylinder gespritzt und explodiert unter dem hohen Druck von allein. Ein Zündfunke ist nicht notwendig.
Gas-Otto-Motoren erzeugen weniger Strom
Die stärkere Verdichtung des Gases im Zylinder beschert den Zündstrahlern einen klaren Vorteil gegenüber ihren Konkurrenten: „Sie erzeugen aus der gleichen Menge Energie im Biogas mehr Strom als Gas-Otto-Motoren“, erklärt der Biogasproduzent Friedrich Trumann aus Höfer in Niedersachsen. Er gehört zu den wenigen Betreibern, die sowohl Erfahrungen mit einem Gas-Otto-BHKW als auch mit einem Zündstrahler gesammelt haben.
„Ursprünglich wollte ich meine 500-Kilowatt-Biogasanlage nur mit der Gas-Otto-Motortechnik ausrüsten, aber dann haben mich die hohen Wirkungsgrade des Zündstrahlers doch zu einem Umdenken bewogen“, fügt er hinzu. Heute hat er zwar noch ein Gas-Otto-BHKW in Betrieb, daneben verrichten aber mittlerweile zwei Zündstrahler ihren Dienst.
Auskunft über die Effizienz der Stromerzeugung gibt der Wirkungsgrad. Hersteller von Zündstrahlmotoren werben mit Werten von bis zu 46 % (Übersicht 1). Das heißt, aus 1 000 Wattstunden Energie im Biogas erzeugt das BHKW 460 Wattstunden Strom. Blockheizkraftwerke mit einem Gas-Otto-Motor kommen dagegen auf eine maximale Ausbeute von 410 Wattstunden (41 %).
Der höhere Wirkungsgrad der Zündstrahler schont auch das Portemonnaie. Denn sie benötigen weniger Substrat als Gas-Otto-BHKW, um die gleiche Strommenge zu erzeugen. „Durch den geringeren Verbrauch wird daher auch weniger Lagerfläche und weniger Fermentervolumen benötigt, was sich positiv in den Investitionskosten der Anlage niederschlägt“, sagt der Biogasberater Dr. Arne Dahlhoff von der Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen.
Der Einsatz eines Zündstrahlers kann beispielsweise bei einer Anlage mit einer elektrischen Leistung von 250 Kilowatt den Substratverbrauch um 680 t Mais pro Jahr entlasten, hat Dahlhoff errechnet (Übersicht 2). Und die Investitionskosten für die gesamte Anlage können im Vergleich zur Gas-Otto-BHKW-Variante um 60 000 € gedrückt werden.
Allerdings sollten Sie nicht blind den Versprechen Ihres Herstellers glauben. „Denn die Unternehmen werben in der Regel mit Wirkungsgraden, die unter optimalen Bedingungen ermittelt wurden. In der Praxis können diese unter anderem wegen schwankender Gasqualitäten häufig nicht erreicht werden“, warnt Aschmann.
Berater wie Dahlhoff empfehlen daher: Für eine Wirtschaftlichkeitsberechnung sollten Sie von den Hersteller-Angaben immer zwei Prozentpunkte abziehen – sowohl beim Zündstrahler als auch beim Gas-Otto-BHKW.
Schlechtes Gas kein Problem
Punkten kann der Zündstrahler im Vergleich mit seiner Konkurrenz auch deshalb, weil er selbst bei sehr schlechter Gasqualität Strom und Wärme erzeugt. Denn dann reduziert der Zündstrahler den Gasanteil im Kraftstoffmix und hebt den des Zündöles automatisch an.
Gas-Otto-Motoren hingegen schalten bei einer schlechten Gasqualität (weniger als 40 % Methan im Biogas) auf Störung und erzeugen somit keine Wärme und keinen Strom mehr. Das bleibt nicht folgenlos: Wer z. B. die Abwärme aus der Biogasanlage an seine Nachbarn verkauft, muss in einem solchen Fall für Ersatz sorgen.
Die Eigenschaft des Zündstrahlers, auch geringe Methangehalte im Biogas zu tolerieren, kam Trumann beim Anfahren seiner Biogasanlage entgegen. Diese Phase ist insofern heikel, da das Biogas in den ersten Wochen oft noch nicht die Qualität hat, wie sie der Gas-Otto-Motor fordert.
„Wir konnten von der ersten Stunde an Strom und Wärme erzeugen“, berichtet Trumann stolz. Zwar verbrauchten seine Zündstrahler in der Anlaufphase sehr viel mehr Zündöl, aber so stand auch immer genügend Wärme zu Verfügung, um die Fermenter aufzuheizen. „Ohne Zündstrahler hätten wir eine mobile Heizung mieten müssen, um die Anlage auf Volllast zu bringen“, so Trumann weiter.
Die Zündstrahltechnik hat aber nicht nur Vorteile. „Für den Betrieb eines Zündstrahlers wird ein Zündmittel benötigt“, berichtet beispielsweise Trumanns Berufskollege Jürgen Henkelmann aus Anröchte-Klieve in Nordrhein-Westfalen. Er hat ebenfalls mit beiden Techniken Erfahrungen gesammelt. Zwar unterstreicht er die Vorteile des Zündstrahlers, im Großen und Ganzen ist er aber eher auf Seiten der Gas-Otto-Motoren-Befürworter.
Der Anteil des Zündöls an der gesamten Treibstoffmenge (Gas plus Öl) beträgt laut Dahlhoff bei neuen Modellen rund 2 % und bei älteren auch schon mal 10 %. „Das hört sich nach wenig an, sollte aber nicht unterschätzt werden“, warnt Henkelmann. Bei einem Zündstrahler mit 250 Kilowatt elektrischer Leistung summieren sich zum Beispiel die Ausgaben für das Zündöl auf rund 27 000 € im Jahr (Zündölanteil 5 %, 1,10 €/l Biodiesel).
Hinzu kommt, dass der Preis für das Zündöl schwanken kann, was ein weiterer Unsicherheitsfaktor für die Wirtschaftlichkeit der Anlage ist. Außerdem ist nach dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz nur noch Biodiesel (1,10 €/l) oder Pflanzenöl (65 Ct/l) als Zündöl erlaubt, die relativ teuer sind. Nur in Blockheizkraftwerken, die vor dem 1. Januar 2007 in Betrieb genommen wurden, ist auch der Einsatz von Heizöl möglich, das nur etwa 60 Ct/ l kostet (Stand 05/2009).
Zündstrahler werden zudem nur im kleineren Leistungsbereich angeboten. „Die derzeit größte Maschine kommt auf 340 Kilowatt“, berichtet Aschmann. Gas-Otto-Motoren gibt es hingegen auch in der Megawattklasse.
Außerdem haben sich nur wenige Hersteller der Zündstrahltechnik verschrieben. Intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit wird derzeit nur von einem Unternehmen betrieben. Gas-Otto-BHKW vertreiben hingegen rund 20 Firmen. Das Angebot ist somit vielseitiger.
„Zündstrahler sind wartungs- und reparaturanfälliger als Gas-Otto-Motoren“, nennt Henkelmann einen weiteren Nachteil der Dieseltechnik. Für einen Zündstrahler mit 250 Kilowatt Anlagenleistung fallen beispielsweise diese Kosten mit rund 1,4 Cent je Kilowattstunde Strom zu Buche. Bei einem vergleichbaren Gas-Otto-Motor liegen sie in der Regel etwa um 0,2 Cent je Kilowattstunde niedriger. Bei einer Jahresproduktion von rund zwei Millionen Kilowattstunden ist dies immerhin eine Ersparnis von 4 100 €.
Zudem haben Zündstrahler eine geringere Laufzeit als Gas-Otto-Motoren. So kommen sie auf eine Lebensdauer von etwa 30 000 Stunden, ihre Konkurrenten halten doppelt so lange durch. Bei einer Laufzeit von 8 200 Stunden pro Jahr wird das Gas-Otto-BHKW somit rund dreieinhalb Jahre älter.
Schwächen offenbart der Zündstrahler auch dort, wo neben der Stromproduktion die Wärmeerzeugung aus Biogas eine große Rolle spielt. So kommt die Dieseltechnik zwar auf einen hohen elektrischen Wirkungsgrad, schneidet aber mit einem thermischen Wirkungsgrad von maximal 41 % schlechter ab als ihre Konkurrenz (bis zu 50 %).
Allerdings nutzen die wenigsten Landwirte die Wärme aus ihren Biogasanlagen und wenn, dann fast nie zu 100 %. Damit spielt der thermische Wirkungsgrad keine Rolle für die meisten Betreiber.
Wir fassen zusammen
Zündstrahler sind mit Motoren ausgerüstet, die nach dem Dieselprinzip arbeiten. Gas-Otto-BHKW arbeiten mit Maschinen, die Ähnlichkeit mit Benzinmotoren haben. Der wesentliche Unterschied: Zündstrahler erreichen höhere elektrischen Wirkungsgrade als ihre Mitbewerber. Daher kommen sie mit weniger Substrat aus als Gas-Otto-BHKW, um auf die gleiche Leistung zu kommen.
Allerdings ist der Zündstrahler wartungs- und reparaturanfälliger als ein Gas-Otto-Motor. Außerdem benötigt er teures Zündöl als Stützfeuerung.Diethard Rolink
