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Biogas - Anlagen und Verfahren

Was sich hinter dem Begriff Nassfermentation verbirgt und welche unterschiedlichen Verfahren und Anlagentypen zur Biogasgewinnung es gibt, erfahren Sie hier.

Gelber Bagger mit Substrat für Biogas
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Biogasanlagen lassen sich grundsätzlich den Verfahren nach in Trocken- und Nassfermentation zuordnen. Landwirtschaftliche Biogasanlagen in Deutschland arbeiten fast alle nach dem Prinzip der Nassfermentation. Das heißt es werden flüssige, pumpfähige Ausgangssubstrate mit eher geringem Trockensubstanzgehalt in der Fermenterflüssigkeit vergoren.

Durchflussverfahren

Der überwiegende Teil der Anlagen funktioniert nach dem Durchflussverfahren. Der Gärbehälter wird dabei in mehr oder weniger engen zeitlichen Abständen mit Nährsubstrat beschickt. Die regelmäßige, automatische Beschickung der Fermenter über Feststoffdosierer mit Wiegeeinrichtung schafft Voraussetzungen für eine gleichmäßige mikrobiologische Aktivität und wirkt sich günstig auf die Prozessstabilität und Gasausbeute aus. Bei jeder Zufütterung wird eine gleiche Menge ausgefaulten Substrats verdrängt und fließt entweder durch einen Überlauf in einen Nachgärbehälter (Durchfluss-Speicherverfahren) oder in das Endlager (Durchflussverfahren). Das Durchflussverfahren war in der Vergangenheit das gängige Verfahren der Nassfermentation. Mittlerweile wird es vom Durchfluss-Speicherverfahren stark verdrängt. Hier werden bei höheren Gasausbeuten geringere Methanemissionen erreicht.

Prozessführung: ein- oder zweiphasig

Man unterscheidet zwischen ein- und zweiphasigen Biogasanlagen. Im ersten Fall laufen alle vier Phasen des Umbauprozesses in einem Gärbehälter ab. Die unterschiedlichen Milieuanforderungen der Mikroorganismen müssen hier miteinander vereinbart werden. Bei einem hohen Anteil schnell vergärbarer Stoffe kann dies zu einer gewissen Hemmung des Abbauprozesses führen. Durch Trennung der Phasen auf zwei Fermenter können günstigere Bedingungen für die jeweils beteiligten Bakterienstämme und Mikroorganismen geschaffen werden. Besonders beim Einsatz energiereicher nachwachsender Rohstoffe gab es eine leichte Verschiebung hin zu zweiphasigen Verfahren. Frische und energiereiche Pflanzenmasse kann mit einer separaten Hydrolysestufe effizienter genutzt werden.

Feststoffvergärung

Werden Fermenter dagegen einmalig befüllt, anschließend verschlossen und nach der Ausgasung vollständig entleert, ist dies ein diskontinuierliches Speicherverfahren. Das sogenannte Batchverfahren spielt bei der Trockenfermentation oder Feststoffvergärung eine gewisse Rolle. In der Regel handelt es sich hierbei um Biogasanlagen, die mit Bioabfällen beschickt werden. Die EEG-Novelle 2012 schafft mit der 150-Tage-Verweilzeitregel jedoch ungünstige Voraussetzungen für die Feststoffvergärung. In Zukunft werden auch Durchflussverfahren der Nassfermentation mit tendenziell höheren Trockensubstanzgehalten betrieben.

Autorin: Christiane Aumüller-Gruber, Bonn |

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Fragen und Antworten

Welche Vorteile hat die Nassfermentation?

Für Verfahren der Nassfermentation, die in der Landwirtschaft fast ausschließlich zur Anwendung kommen, liegen langjährige Erfahrungen vor. Zum Verflüssigen des Substratgemischs wird am häufigsten Gülle zugeführt. Es gelangen Mikronährstoffe und Mikroorganismen in den Gärprozess, der dadurch stabilisiert wird. Die Flüssigkeitszugabe erleichtert auch eine gleichmäßige Durchmischung des Fermenterinhalts, wodurch das Biogas schneller austreiben kann und keine toxische Wirkung gegenüber Mikroorganismen entwickelt.

Was ist Trockenfermentation und wo wird sie eingesetzt?

Anlagen der Trockenfermentation arbeiten mit Trockensubstanzgehalten von 30 bis 60 %. Die Anlagen haben keine Rührwerke sondern laufen im Batchverfahren als reine Speicheranlagen. Die Fermenter werden einmalig mit Gärsubstrat befüllt und erst nach der Ausgasung geöffnet und geleert. Das Substrat wird zu Beginn entweder mit Gärresten aus einem vorherigen Prozess vermischt oder mit bakterienhaltiger Flüssigkeit besprüht.

Damit die produzierte Biogasmenge etwa gleich bleibt, müssen mehrere Gärbehälter in unterschiedlichen Ausgasungsphasen parallel betrieben werden. Anlagen zur Trockenfermentation sind vor allem in der Bioabfallvergärung für die energetische Nutzung biogener Reststoffe im Einsatz. Nur selten kommen sie auch als NawaRo-Anlagen für die Vergärung von Energiepflanzen in der Landwirtschaft vor.

Wie hat sich die Prozessführung verändert?

Waren früher hauptsächlich einstufige Anlagen in Betrieb, werden heute überwiegend mehrstufige Systeme betrieben. Für einstufige Anlagenkonzepte wurden meist Verweilzeiten von weniger als 80 Tagen veranschlagt; bei mehrstufigen Anlagen liegen die Verweilzeiten im Durchschnitt deutlich höher. Dies führt insgesamt zu einer höheren Methanausbeute und eignet sich trotz der hierfür nötigen langen Verweilzeiten besonders für eine effiziente Energiepflanzenvergärung.

Nach der EEG-Novelle ist seit Anfang 2012 für neue Anlagen in der Regel eine Mindestverweilzeit von 150 Tagen vorgeschrieben. Diese soll für eine höhere Methanausbeute sorgen und schädliche Methanemissionen verhindern. Häufig eingesetzt sind die Stufen: Fermenter, Nachgärer und gasdicht abgedecktes Gärrestlager. Das Substrat durchläuft die nacheinander geschalteten Gärbehälter, wobei die Ausgasung stetig steigt.


Autorin: Christiane Aumüller-Gruber, Bonn