Transcript 2010

Biogasanlagen
Von Thomas Liebing
Einsatz von Biogasanlagen
o Vorkommen
 Landwirtschaft
 Ernährungs-und Agrar-Industrie
 Kommunalen Entsorgung
Einsatz von Biogasanlagen
o Vorkommen
 Landwirtschaft
 Ernährungs-und Agrar-Industrie
 Kommunalen Entsorgung
o Ziel
 Aus Vergärung von organischen Stoffen Energie in Form
von Strom und Wärme zu gewinnen
Aufbau einer Biogasanlage
Verwendbare Stoffe
Verwendbare Stoffe
in m³/tFm
Ausbeute
Rohbiogas
Funktion einer Biogasanlage
1. Annahmebereich
Der Annahmebereich dient als Zwischenlagerung der Gärsubstrate.
Funktion einer Biogasanlage
1. Annahmebereich
Der Annahmebereich dient als Zwischenlagerung der Gärsubstrate.
Funktion einer Biogasanlage
2. Hygienisierung
Hier werden die Substrate wie z.B. (tierische Reststoffe) auf
70 Grad Celsius für eine Stunde erhitzt, damit keine
Kontamination sowie seuchenhygienisch bedenkliche Stoffe oder
Bakterien in die Biogasanlage gelangen.
Funktion einer Biogasanlage
3. Vorgrube
Die Vorgrube dient als Zwischenlager für Gülle und Kosubstrate.
Zusätzlich kann man darin auch Substrate zerkleinern, vermischen
und verdünnen.
Funktion einer Biogasanlage
4. Feststoffdosierer
Er wird mit kosubstraten befüllt und fördert diese dann, je nach
Einstellung eine bestimmte Menge, in den Fermenter
Funktion einer Biogasanlage
5. Fermenter
In seinem Inneren bauen viele millionen Bakterien die organischen
Bestandteile der Eingangstoffe ab und setzten Methan frei.
Die Prozesstemperatur wird meist auf etwa 33-40 Grad Celsius
gehalten.
Funktion einer Biogasanlage
Abbau / %
Substratverweildauer
im Fermenter
Zeit / d
Trocken oder Nassfermentation
Trockenfermentation
o Hier können Substrate mit weniger als 85% Wassergehalt zu Biogas
verwertet werden.
o Die Verwendung von Gülle ist nicht mehr zwingend erforderlich.
o Hier kommen Substrate wie Mais und Grassilage, Getreidepflanzen,
Kartoffeln oder Festmist zum Einsatz.
Trocken oder Nassfermentation
Nassfermentation
o Es wird unterschieden zwischen
Speicheranlagen oder Durchflussanlagen
Trocken oder Nassfermentation
Speicheranlagen
o Günstig in der Herstellung und einfach im Betrieb.
o Keine kontinuierliche Produktion von Biogas.
Da bei einer Speicheranlage der Fermenter gleichzeitig das
Gärrückstandslager bildet.
Der Fermenter muss geöffnet werden, wenn das Substrat vollständig
ausgefault ist
Erst dann ist eine neue Inbetriebnahme möglich.
Trocken oder Nassfermentation
Durchflussanlage
Sie besitzt mehrere Stationen, durch die das Substrat
automatisch fließt.
Kontinuierliche Produktion von Biogas.
Da das ausgefaulte Substrat in ein Gärrückstandslager
gepumpt wird.
Funktion einer Biogasanlage
6. Gärrückstandslager
Hier werden die Reste der Gärung gelagert.
Sie werden von hier aus als Dünger auf die Felder gebracht, da sie
noch wertvolle Stoffe enthalten.
Chemische Reaktionen im Fermenter
Biogas Zusammensetzung
Das entstandene Biogas besteht aus:
 50-65 % energiereichem Methan ( CH4)
 35-50 % Kohlendioxid (CO2)

<1 % Schwefelwasserstoff
 Spurengasen ( Wasserdampf, Stickstoff, Sauerstoff )
Biogas Zusammensetzung
Biogas enthält Schwefelwasserstoff
10-125 mg/m³
hohe Toxität / Korrosions bildend
Entschwefelung:
1) Biologische Entschwefelung
2) Chemische Entschwefelung
(Vor) Entschwefelungsverfahren
Biologische
Entschwefelung
Effektive
mikrobiologische
Entschwefelung.
(Vor) Entschwefelungsverfahren
Chemische Entschwefelung
 Basiert auf der Zugabe von Stoffen in den Fermenter, die den
Schwefel binden.
 Hierbei wird vor allem Eisenoxid verwendet
(Haupt) Entschwefelungsverfahren
Schwefelwasserstoffentfernung mit Aktivkohle
(Feinentschwefelung)
(Haupt) Entschwefelungsverfahren
Gastrocknung
o Wird unterteilt in:
 Adsorptive Gastrocknungsverfahren
 Kondensationsverfahren
Gastrocknung
o Adsorptive Gastrocknungsverfahren
Wasserdampf lagert sich an bestimmten Stoffen ab
(z.B. an Kieselgelen oder Aluminiumoxide)
In Form von Granulat in einem Festbettadsorber
Gastrocknung
o Kondensationsverfahren
Biogas wird gekühlt, wodurch das darin enthaltene
Wasser auskondensiert
Das Wasser wird dem Prozess entnommen und
abgeführt
Funktion einer Biogasanlage
7. Folienspeicher
- Gasspeicherung bei
<0,1 bar Druck
Anforderungen:
 Müssen gasdicht, druckfest, UV,-temperatur-und
Witterungsbeständig sein
Anforderungen an Folien aus Kunststoffen:
 Reißfest :
min. 500N/ 5 cm² oder
 Zugfestigkeit : min. 250N/ 5 cm²
 Temperaturbeständig von -30 bis +50°C
Funktion einer Biogasanlage
7. Folienspeicher
Funktion einer Biogasanlage
7. Folienspeicher im Fermenter
Funktion einer Biogasanlage
8. Blockheizkraftwerk (BHKW)
Funktion einer Biogasanlage
BHKW:
o Optimale Energieausbeute nur bei genügender
Sauerstoffzugabe
Ansonsten keine vollständige Methanverbrennung
Sauerstoff + Methan
2O2
+
CH4
Kohlenstoffdioxid+Wasser
CO2
+ 2H2O
Funktion einer Biogasanlage
BHKW:
o Bei ungenügender Sauerstoffzugabe entstehen unerwünschte
Nebenprodukte wie z.B Kohlenstoffmonoxid (CO) oder
Kohlenstoff (Ruß) ( C )
Methan + Sauerstoff
2CH4 +
3O2
Kohlenstoffmonoxid + Wasser
2CO
+ 4H2O
o oder
Methan + Sauerstoff
CH4
+
O2
Kohlenstoff + Wasser
C
+ 2H2O
Wirtschaftlichkeitsberechnung
Eine Biogasanlage benötigt:
 Anbaufläche (ca. 0,3-1,0 ha pro kW)
 Kapital (3000 -5000 € pro kW)
 Arbeitskraft (ca. 1-3 Std pro Tag)
 bebaubare Hoffläche (ca. 0,5 -1 ha)
Wirtschaftlichkeitsberechnung
o Die Wirtschaftlichkeit einer Biogasanlage wird
insbesondere bestimmt von:
 EEG Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien
 Investitionskosten, Anlagengröße
 Zuschüsse, Zinssätze, Besteuerung
 Anlagenleistung
 Wärmenutzung
 Kosten für Biomasse
Wirtschaftlichkeit
Vorteile:

Nutzung von erneuerbaren Energien

CO2 neutrale Energieerzeugung

Einsatz des Methans als Treibstoff
Wirtschaftlichkeit
Vorteile:

Nutzung von erneuerbaren Energien

CO2 neutrale Energieerzeugung

Einsatz des Methans als Treibstoff
Nachteile:
Verteilung des Energiebedarfs Im Haushalt

Hoher Investitionsaufwand

Eventuelle Geruchsbelästigung

Großer Flächenbedarf für die „Energiepflanzen“

Eventuelle ökologische Probleme durch gezielten Anbau von
„Energiepflanzen“
Wirtschaftlichkeit
Wirtschaftlichkeit
Vergütung: nach EEG
1) Grundvergütung nach Leistung der Anlage
7.71c/kWh (bis 20 MW)
9.09c/kWh (bis 500 kW)
11.55c/kWh (bis 150 kw)
Jährliche Abnahme, um Effizienzsteigerung und Kostensenkung einer Anlage zu erzielen.
Verteilung des Energiebedarfs Im Haushalt
2) NawaRo,Abfälle,Güllebonus:Verwendung besonderer Inputstoffe
1- 4 c/kWh (Güllebonus)
2 c/kWh (Pflanzenreste)
4 – 7 c/kWh (NawaRo)
3) Technologiebonus: Einsatz spezieller Verstromungstechnik
1 c/kWh (Anlagen bis 700 m³/Stunde)
2 c/kWh (Anlagen bis 350 m³/Stunden)
Technologien:Gasturbine, Brennstoffzelle, Organic-Rankine-Anlage,Stirlingmotor,Dampfmotor,Kalina-Cycle
4) KWK-Bonus:Beim Einsatz einer Anlage zur Kraft-Wärme-Kopplung
3 c/kWh
Wirtschaftlichkeit
Primärenergie verbrauch in
Deutschland in 2008
Wirtschaftlichkeit
Stromerzeugung aus
erneuerbaren
Energien in
Deutschland 2008 in
Gigawattstunden.
Wirtschaftlichkeit
Wärme Erzeugung
aus erneuerbaren
Energien in
Deutschland 2008
in Gigawattstunden.
Quellenverzeichnis
http://www.hems-renewables.de/renewable-energies/biogas.html#c763
http://www.caussade-saaten.de/Pdf/Caussade%20Biogasinfomappe.pdf
http://www.nep-group.com/text/funktion-von-biogas.html
http://www.mifratis.de/biogaszusammensetzung.php
http://www.mifratis.de/biogasentstehung.php
http://www.initiative-co2.de/fachberichte/n-waerme-strom-biogas-02.pdf
http://biogaskontor.de
http://www.biogas-netzeinspeisung.at/
http://www.naturland.de/
http://www.Bundesumweltministerium.de