Aufbau und Funktion von Biogasanlagen und Mini-Biogasanlagen
Wenn Sie eine mini Biogasanlage kaufen wollen, dann sollten Sie mit Kosten von maximal 1.500 € rechnen. Vorteile einer mini Biogasanlage sind, dass kaum Betriebskosten anfallen, die Anschaffungskosten durch die Produktion von Bioenergie schnell amortisiert werden und Sie durch die Verwendung von erneuerbaren Energien einen wichtigen Teil zum Umweltschutz beitragen. Mehr über Mini-Biogasanlagen für den privaten Gebrauch, sowie die Anlagenleistung und deren Vergütung erfahren Sie im Artikel.
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Was ist eine Biogasanlage?
Eine Biogasanlage auf einem landwirtschaftlichen Betrieb ist eine Anlage, in der Gülle oder auch Mais mit verschiedenen Susbtraten gemischt wird, damit eine sauerstoffarme Vergärung durchgeführt werden kann. Denn durch das Beimischen der Substrate, in der Regel organische Abfälle oder nachwachsende Rohstoffe, können sie sich ausgleichen und eine optimale Biogasproduktion hervorrufen.
Das erzeugte Biogas wird dann in einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage verwertet und in erneuerbare elektrische und thermische Energie umgewandelt. Nebst der Gasproduktion werden bei der Vergärung aber auch Gärreste hergestellt, die sich gut als Bio-Dünger 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 hängen stark vom Wetter ab und sind im Allgemeinen nicht für private Haushalte geeignet. Die Biogasanlage sieht etwas anders aus: Große Biogasanlagen erzeugen Erdgas und Strom wetterunabhängig, 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 Erklärungen zu den einzelnen Bestandteilen der Biogasanlage.
In einer Biogasanlage werden die Substrate zunächst in der Vorgrube gemischt. Dort werden sie zerkleinert und verarbeitet, bevor sie in den Faulbehälter, den sogenannten Gärtank, gepumpt werden.
In Abwesenheit von Sauerstoff werden die Substrate im Gärtank 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 Nachgärtank durchgeführt. Da jedoch die Energie der Substrate bereits gering ist, wird dort weniger Biogas erzeugt.
Im nächsten Schritt wird das verbleibende, nicht fermentierte Substrat in den Speicher für Fermentationsrückstände transportiert. Dort wird es bis auf das letzte Stück fermentiert, was unangenehme Gerüche verhindert.
Sobald das Biogas aus dem Substrat entweicht, verbleibt der Verdauungssaft. Dieser wird als landwirtschaftlicher Dünger 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 Wärmeerzeugung genutzt. Die elektrische Energie wird in das öffentliche Netz übertragen.
Wie ist der Aufbau?
Der Biogasanlagen Aufbau besteht normalerweise aus vier Grundkomponenten: Der Vorgrube, dem Gärtank, dem Speicher für Fermentationsrückstände und dem Blockheizkraftwerk. Lesen Sie weiter, um sich im Anschluss genauer über 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. Abhängig von den verwendeten Substraten muss diese zuerst zerkleinert und entsprechend verarbeitet werden, bis sie zur weiteren Verarbeitung in den Gärtank geschickt wird.
Gärtank und Nachgärtank
Der Gärtank, auch Faulbehälter 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 Fermentationsrückstände und Biogas in Form verschiedener gasförmiger Substanzen wie Methan und Kohlendioxid.
Damit die Prozesse erfolgreich durchgeführt werden können, muss der Gärtank gewissen Konditionen ausgesetzt sein. So muss er luftdicht, wasserdicht und nicht lichtdurchlässig sein. Darüber hinaus benötigt der Fermenter eine geeignete Kälte- oder Wärmeisolierung, um die Temperatur konstant zu halten.
Speicher für Fermenationsrückstände
Zum Biogasanlagen Aufbau gehört ebenfalls der Speicher für Fermentationsrückstände. Hier wird das im Zersetzungs- und Verdauungsprozess verbleibende Material nämlich gespeichert. Als nächstes werden jedoch auch diese Rückstände weiter fermentiert, damit sie im Anschluss kompostiert oder als hochwertiger Dünger verwendet werden können.
Die Lagerung von Fermentationsrückständen muss gewissen gesetzlichen Bestimmungen entsprechen. So dürfen Verdauungssäfte nach der deutschen Düngemittelverordnung nur für einen bestimmten Zeitraum in der Landwirtschaft verwendet werden. Während der sogenannten Kernsperrzeit ist die getrennte Nutzung auf Ackerland oder Grünland sogar verboten, weshalb die Reste während dieser Zeiträume im Speicher gelagert werden.
Blockheizkraftwerk
Das erzeugte Biogas wird in Gasspeichern gespeichert und dann in Blockheizkraftwerken weiterverarbeitet. Erzeugt wird mit dem Biogas Strom oder Wärme. Dies geschieht üblicherweise durch Verbrennungsmotoren und Generatoren in Blockheizkraftwerken. Abhängig von der Kombination der thermoelektrischen Einheiten können verschiedene Arten von Verbrennungsmotoren verwendet werden:
Benzin-Otto-Motoren sind normalerweise die am häufigsten verwendeten Motoren, es können jedoch auch Stirling-Motoren, Brennstoffzellen, Mikrogasturbinen oder Pilot-Einspritzmotoren verwendet werden. Durch das eingespiesene Biogas ins Erdgasnetz können dann angeschlossene Wohnräume erwärmt 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 Fällen sind jedoch verschiedene Vorbereitungs- und Veredelungsprozesse erforderlich, bis das Biogas in das Erdgasnetz eingespeist werden kann.
Die Mini-Biogasanlage für den privaten Gebrauch
Seit einigen Jahren gibt es sogar Mini-Biogasanlagen für private Haushalte. Mit einer Mini-Biogasanlage können Einzelpersonen in ihren Gärten Biogas für den Familiengebrauch produzieren. Diese Technologie stammt von einem israelischen Start-up-Unternehmen, das Systeme für den privaten Gebrauch in Industrie- und Entwicklungsländern 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 ordnungsgemäß erstellt werden.
Wie funktioniert eine Mini-Biogasanlage?
Mini-Biogasanlagen für private Haushalte verwenden normalerweise Einweganlagen zusammen mit Wasser und entsprechenden organischen Abfällen. Die erforderlichen 650 Liter Wasser und Bakterien zersetzen den hinzugefügten Abfall. Diese Zersetzung erzeugt dann das erforderliche Biogas, ähnlich wie bei einer gewöhnlichen Biogasanlage. Dies dauert jedoch ungefähr drei Wochen. Das so erzeugte Biogas muss dann noch gefiltert werden.
Ein Nebenprodukt der privaten Biogaserzeugung ist hochwertiger Dünger. Ein Kilogramm biologischer Abfall kann laut Hersteller etwa 200 Liter Methan produzieren. Da Abfälle in fast jedem Haushalt anfallen und sozusagen fast kostenlos sind, können private Biogasanlagen Geld sparen.
Wie viel kostet eine Mini-Biogasanlage?
Die Mini-Biogasanlage für 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-Verhältnis relativ niedrig und können relativ schnell amortisiert werden, zumal praktisch keine Betriebskosten anfallen. Die Biogasanlage für 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?
Die Leistung einer Biogasanlage hängt direkt von der Gasproduktion des Substrats ab. Da viele Faktoren die Gasproduktion des Substrats beeinflussen, kann auch die Leistunggsfähigkeit der Biogasanlage stark variieren. Wird die Biogasanlage zum Beispiel nur zur Stromerzeugung oder zur Wärmeerzeugung durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) verwendet?
Beträgt der Wirkungsgrad einer Biogasanlage nur zur Stromerzeugung nur etwa 40 % beträgt, wird der Wirkungsgrad bei Verwendung von Kraft-Wärme-Kopplung auf 85-90 % erhöht. Durch die Bereitstellung erneuerbarer Bioenergien können die Kosten einer großen oder kleinen Biogasanlage jedoch schnell amortisiert werden:
| 📈 Biogasanlage Anlagenleistung | 💰 Vergütung 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 für erneuerbare Energien und Erdgas. Biogasanlagen können jedoch je nach Anlagentyp und verwendeter Biomasse spezifische Vor- und Nachteile haben.
| ✔ Vorteile | ❌ Nachteile |
|---|---|
|
|
Vor- und Nachteile von Biogas
Neben den Biogasanlagen Vor- und Nachteilen hat natürlich auch Biomasse grundsätzlich sowohl Vor- als auch Nachteile. Diese haben wir für Sie in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet.
Biomasse Vor- und Nachteile
Biomasse Vorteile
- Stärkung der örtlichen Wirtschaft durch regionale Strom- und Wärmequelle.
- Reduzierung der Abhängigkeit von Erdöl, Kohle, Uran oder Erdgas.
- Keine Umweltrisiken durch Transport und Lagerung.
- Die Verfügbarkeit der Rohstoffe ist dauerhaft.
- Keine äußere Einflüsse auf Strom- oder Wärmeproduktion.
Biomasse Nachteile
- In Deutschland steht eine begrenzte Ackerfläche zur Verfügung.
- Ackerflächen 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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