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Aufbau und Funktion von Biogasanlagen und Mini-Biogasanlagen

Biogasanlage und Mini Biogasanlage

Mit der Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen tragen Biogasanlagen einen wichtigen Teil zum Umweltschutz bei. Dabei stellen Biogasanlagen fĂŒr viele Landwirte eine sichere und lukrative Nebeneinkunft dar. Biogasanlagen bieten im direkten Vergleich zu anderen Anlagen grĂŒne Energie – wie Photovoltaik oder Windkraftanlagen – zudem viele Vorteile. Seit einigen Jahren gibt es sogar Mini-Biogasanlagen fĂŒr den privaten Gebrauch. Hier erfahren Sie alles zur Biogasanlage Funktion und zum Aufbau einer Biogasanlage.


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Was ist eine Biogasanlage?

Was ist eine Biogasanlage?

Eine Biogasanlage auf einem landwirtschaftlichen Betrieb ist eine Anlage, in der GĂŒlle oder auch Mais mit verschiedenen Susbtraten gemischt wird, damit eine sauerstoffarme VergĂ€rung durchgefĂŒhrt werden kann. Denn durch das Beimischen der Substrate, in der Regel organische AbfĂ€lle oder nachwachsende Rohstoffe, können sie sich ausgleichen und eine optimale Biogasproduktion hervorrufen.

Das erzeugte Biogas wird dann in einer Kraft-WĂ€rme-Kopplungsanlage verwertet und in erneuerbare elektrische und thermische Energie umgewandelt. Nebst der Gasproduktion werden bei der VergĂ€rung aber auch GĂ€rreste hergestellt, die sich gut als Bio-DĂŒnger auf den Feldern einsetzen lassen.

In Deutschland werden erneuerbare Energien immer wichtiger. Im Rahmen der Energiewende werden sie sogar von der Bundesregierung subventioniert und sollen zunehmend fossile Brennstoffe wie Rohöl oder Kohle sowie Kernkraftwerke ersetzen.

Der Vorteil der Biogasanlage Viele Formen der ökologischen und thermischen Stromerzeugung hĂ€ngen stark vom Wetter ab und sind im Allgemeinen nicht fĂŒr private Haushalte geeignet. Die Biogasanlage sieht etwas anders aus: Große Biogasanlagen erzeugen Erdgas und Strom wetterunabhĂ€ngig, die in das nationale Versorgungsnetz fließen und Mini-Biogasanlagen mit biologischem Abfall können sogar Privathaushalten sauberere Energie liefern.

Biogasanlage Funktion

Sie wundern sich, wie eine Biogasanlage funktioniert? Lesen Sie weiter, um sich mithilfe der folgenden Abbildung und genaueren Beschreibung einen Überblick zu verschaffen. Im Kapitel Biogasanlage Aufbau erhalten Sie zudem genauere ErklĂ€rungen zu den einzelnen Bestandteilen der Biogasanlage.

Biogasanlage Funktion und Aufbau

 In einer Biogasanlage werden die Substrate zunÀchst in der Vorgrube gemischt. Dort werden sie zerkleinert und verarbeitet, bevor sie in den FaulbehÀlter, den sogenannten GÀrtank, gepumpt werden.

 In Abwesenheit von Sauerstoff werden die Substrate im GĂ€rtank von Bakterien beziehungsweise Mikroorganismen zum faulen gebracht. In verschiedenen Zwischenstufen wird diese Biomasse zerlegt und es entstehen Methan, Kohlendioxid, Sauerstoff, Stickstoff und andere Gase. Die gleichen Schritte werden im NachgĂ€rtank durchgefĂŒhrt. Da jedoch die Energie der Substrate bereits gering ist, wird dort weniger Biogas erzeugt.

 Im nĂ€chsten Schritt wird das verbleibende, nicht fermentierte Substrat in den Speicher fĂŒr FermentationsrĂŒckstĂ€nde transportiert. Dort wird es bis auf das letzte StĂŒck fermentiert, was unangenehme GerĂŒche verhindert.

 Sobald das Biogas aus dem Substrat entweicht, verbleibt der Verdauungssaft. Dieser wird als landwirtschaftlicher DĂŒnger verwendet. Das Biogas wird in einem Gasspeicher gespeichert.

 Vom Gasspeicher gelangt das Biogas weiter zu den Blockheizkraftwerken. In den Blockheizkraftwerken wird das Biogas zur Strom- und WĂ€rmeerzeugung genutzt. Die elektrische Energie wird in das öffentliche Netz ĂŒbertragen.

Wie ist der Aufbau?

Blitz grĂŒne BlĂ€tter stehen fĂŒr Biogas Anlage
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Der Biogasanlagen Aufbau besteht normalerweise aus vier Grundkomponenten: Der Vorgrube, dem GĂ€rtank, dem Speicher fĂŒr FermentationsrĂŒckstĂ€nde und dem Blockheizkraftwerk. Lesen Sie weiter, um sich im Anschluss genauer ĂŒber den Biogasanlagen Aufbau zu informieren.

Vorgrube

Die Vorgrube ist die erste Komponente des Biogasanlagen Aufbaus. Darin werden die verwendeten Substrate zur Biogasproduktion gespeichert - dies wird auch als Substrat bezeichnet. AbhÀngig von den verwendeten Substraten muss diese zuerst zerkleinert und entsprechend verarbeitet werden, bis sie zur weiteren Verarbeitung in den GÀrtank geschickt wird.

GÀrtank und NachgÀrtank

Der GĂ€rtank, auch FaulbehĂ€lter genannt, ist das Herz des Biogasanlagen Aufbaus. Denn darin werden die Substrate mit Bakterien beziehungsweise Mikroorganismen gemischt, damit sie Verdauungs-, Fermentations- und Zersetzungsprozessen unterzogen werden können. Das Ergebnis dieser Prozesse sind FermentationsrĂŒckstĂ€nde und Biogas in Form verschiedener gasförmiger Substanzen wie Methan und Kohlendioxid.

Damit die Prozesse erfolgreich durchgefĂŒhrt werden können, muss der GĂ€rtank gewissen Konditionen ausgesetzt sein. So muss er luftdicht, wasserdicht und nicht lichtdurchlĂ€ssig sein. DarĂŒber hinaus benötigt der Fermenter eine geeignete KĂ€lte- oder WĂ€rmeisolierung, um die Temperatur konstant zu halten.

Speicher fĂŒr FermenationsrĂŒckstĂ€nde

Zum Biogasanlagen Aufbau gehört ebenfalls der Speicher fĂŒr FermentationsrĂŒckstĂ€nde. Hier wird das im Zersetzungs- und Verdauungsprozess verbleibende Material nĂ€mlich gespeichert. Als nĂ€chstes werden jedoch auch diese RĂŒckstĂ€nde weiter fermentiert, damit sie im Anschluss kompostiert oder als hochwertiger DĂŒnger verwendet werden können.

Die Lagerung von FermentationsrĂŒckstĂ€nden muss gewissen gesetzlichen Bestimmungen entsprechen. So dĂŒrfen VerdauungssĂ€fte nach der deutschen DĂŒngemittelverordnung nur fĂŒr einen bestimmten Zeitraum in der Landwirtschaft verwendet werden. WĂ€hrend der sogenannten Kernsperrzeit ist die getrennte Nutzung auf Ackerland oder GrĂŒnland sogar verboten, weshalb die Reste wĂ€hrend dieser ZeitrĂ€ume im Speicher gelagert werden.

Blockheizkraftwerk

Blockheizkraftwerk

Das erzeugte Biogas wird in Gasspeichern gespeichert und dann in Blockheizkraftwerken weiterverarbeitet. Erzeugt wird mit dem Biogas Strom oder WĂ€rme. Dies geschieht ĂŒblicherweise durch Verbrennungsmotoren und Generatoren in Blockheizkraftwerken. AbhĂ€ngig von der Kombination der thermoelektrischen Einheiten können verschiedene Arten von Verbrennungsmotoren verwendet werden:

Benzin-Otto-Motoren sind normalerweise die am hÀufigsten verwendeten Motoren, es können jedoch auch Stirling-Motoren, Brennstoffzellen, Mikrogasturbinen oder Pilot-Einspritzmotoren verwendet werden. Durch das eingespiesene Biogas ins Erdgasnetz können dann angeschlossene WohnrÀume erwÀrmt werden.

Gut zu wissen Wenn das erzeugte Biogas die richtige Reinheit und den richtigen Wert aufweist, kann es auch direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden. In den meisten FĂ€llen sind jedoch verschiedene Vorbereitungs- und Veredelungsprozesse erforderlich, bis das Biogas in das Erdgasnetz eingespeist werden kann.

Die Mini-Biogasanlage fĂŒr den privaten Gebrauch

Seit einigen Jahren gibt es sogar Mini-Biogasanlagen fĂŒr private Haushalte. Mit einer Mini-Biogasanlage können Einzelpersonen in ihren GĂ€rten Biogas fĂŒr den Familiengebrauch produzieren. Diese Technologie stammt von einem israelischen Start-up-Unternehmen, das Systeme fĂŒr den privaten Gebrauch in Industrie- und EntwicklungslĂ€ndern entwickelt.

Sie wollen eine Biogasanlage selber bauen? Manchmal gibt es im Internet Anweisungen zum privaten Bau kleiner Biogasanlagen. Aufgrund des komplexen Biogasanlagen Aufbaus sollten jedoch auch bei Mini-Biogasanlagen immer die entsprechenden Experten konsultiert werden. Nur so kann das System ordnungsgemĂ€ĂŸ erstellt werden.

Wie funktioniert eine Mini-Biogasanlage?

Halbe Erde mit Gießkanne und Pflanze steht fĂŒr Mini-Biogasanlage

Mini-Biogasanlagen fĂŒr private Haushalte verwenden normalerweise Einweganlagen zusammen mit Wasser und entsprechenden organischen AbfĂ€llen. Die erforderlichen 650 Liter Wasser und Bakterien zersetzen den hinzugefĂŒgten Abfall. Diese Zersetzung erzeugt dann das erforderliche Biogas, Ă€hnlich wie bei einer gewöhnlichen Biogasanlage. Dies dauert jedoch ungefĂ€hr drei Wochen. Das so erzeugte Biogas muss dann noch gefiltert werden.

Ein Nebenprodukt der privaten Biogaserzeugung ist hochwertiger DĂŒnger. Ein Kilogramm biologischer Abfall kann laut Hersteller etwa 200 Liter Methan produzieren. Da AbfĂ€lle in fast jedem Haushalt anfallen und sozusagen fast kostenlos sind, können private Biogasanlagen Geld sparen.

Wie viel kostet eine Mini-Biogasanlage?

Die Mini-Biogasanlage fĂŒr den privaten Haushalt ist noch sehr neu und wird derzeit nur von einem Hersteller bereitgestellt. Anschaffungskosten von weniger als 1.500 € sind im Kosten-Nutzen-VerhĂ€ltnis relativ niedrig und können relativ schnell amortisiert werden, zumal praktisch keine Betriebskosten anfallen. Die Biogasanlage fĂŒr den privaten Gebrauch ist eigentlich eine kleine Revolution, da die Anschaffungskosten niedrig und einfach zu handhaben sind.

Einziger Nachteil bisher: Das System arbeitet derzeit nur in warmen Bereichen. So benötigt das System zur Erzeugung von Biogas Tag und Nacht eine Durchschnittstemperatur von mindestens 17 Grad Celsius.

Wie viel Strom produziert eine Biogasanlage?

Biogasanlage Strom

Die Leistung einer Biogasanlage hÀngt direkt von der Gasproduktion des Substrats ab. Da viele Faktoren die Gasproduktion des Substrats beeinflussen, kann auch die LeistunggsfÀhigkeit der Biogasanlage stark variieren. Wird die Biogasanlage zum Beispiel nur zur Stromerzeugung oder zur WÀrmeerzeugung durch Kraft-WÀrme-Kopplung (KWK) verwendet?

BetrĂ€gt der Wirkungsgrad einer Biogasanlage nur zur Stromerzeugung nur etwa 40 % betrĂ€gt, wird der Wirkungsgrad bei Verwendung von Kraft-WĂ€rme-Kopplung auf 85-90 % erhöht. Durch die Bereitstellung erneuerbarer Bioenergien können die Kosten einer großen oder kleinen Biogasanlage jedoch schnell amortisiert werden:

Biogasanlagen VergĂŒtung
📈 Biogasanlage Anlagenleistung 💰 VergĂŒtung pro kWh
Anlagen bis 150 kW 14,3 Cent
Anlagen bis 500 kW 12,3 Cent
Anlagen bis 5 MW 11,0 Cent
Anlagen von 5 MW bis 20 MW 6,0 Cent

Vor- und Nachteile der Biogasanlagen

In Deutschland sind Biogasanlagen eines der wichtigsten Kraftwerke fĂŒr erneuerbare Energien und Erdgas. Biogasanlagen können jedoch je nach Anlagentyp und verwendeter Biomasse spezifische Vor- und Nachteile haben.

Vor- und Nachteile von Biogasanlagen
✔ Vorteile ❌ Nachteile
  • Einsparung von fossilen Brennstoffen bei
  • Weniger WetterabhĂ€ngig als Wind- oder Solaranlagen
  • Einfache Speichermöglichkeit
  • GĂ€rreste dienen als DĂŒnger
  • Staatliche Förderung
  • Landwirtschaftliche FlĂ€chen verschwinden zugunsten Biogasanlagen
  • Durch die LukrativitĂ€t der Anlagen werden vermehrt Energiepflanzen angebaut
  • Lebensmittelpreise können deshalb steigen
  • Fehlende Kontrolle und Wartung erhöht Explosionsgefahr
  • Bei Austreten des Methangas können höhere Treibhauseffekte das Resultat sein

Vor- und Nachteile von Biogas

Neben den Biogasanlagen Vor- und Nachteilen hat natĂŒrlich auch Biomasse grundsĂ€tzlich sowohl Vor- als auch Nachteile. Diese haben wir fĂŒr Sie in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet.

Biomasse Vor- und Nachteile

Biomasse Vorteile

  • StĂ€rkung der örtlichen Wirtschaft durch regionale Strom- und WĂ€rmequelle.
  • Reduzierung der AbhĂ€ngigkeit von Erdöl, Kohle, Uran oder Erdgas.
  • Keine Umweltrisiken durch Transport und Lagerung.
  • Die VerfĂŒgbarkeit der Rohstoffe ist dauerhaft.
  • Keine Ă€ußere EinflĂŒsse auf Strom- oder WĂ€rmeproduktion.

Biomasse Nachteile

  • In Deutschland steht eine begrenzte AckerflĂ€che zur VerfĂŒgung.
  • AckerflĂ€chen konkurrieren mit denjenigen der Nahrungsmittelproduktion und mit dem Schutz von Ökosystemen.
  • Die CO₂ Bilanz der Biomasse ist im Vergleich zu anderen regenerativen Energiequellen schlecht: Bei der Verbrennung von Biomasse entsteht deutlich mehr CO₂ als bei Sonnen- oder Windenergie.
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