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Biogas entsteht - anaerob und geregelt

Von der Gärtemperatur über die hydraulische Verweilzeit bis zur Raumbelastung: Für eine höchstmögliche Gasausbeute müssen alle Faktoren stimmen.

Rote Biogasfermenter
countrypixel / Fotolia.com

Faktoren, die großen Einfluss auf die Entstehung von Biogas haben, müssen als Kennzahlen für den Abbauprozess ins Visier genommen werden. Dies ist wichtig, um gute Voraussetzungen für die Methanbildung in Biogasanlagen zu schaffen und die Gasbildung zu optimieren.

Gärtemperatur beeinflusst Geschwindigkeit des Abbaus

In der Landwirtschaft werden Biogasanlagen meist im mittleren Temperaturbereich zwischen 30 und 44 °C betrieben. Dies bringt eine große Betriebssicherheit mit relativ hohen Umsatzraten. Eine Prozessführung mit Temperaturen über 45° C (thermophil) ist dagegen störanfälliger. Höhere Temperaturen sind besonders vorteilhaft, wenn ein sehr hoher Stoffdurchsatz erreicht werden soll. Eine thermophile Prozessführung lässt sich auch als Verfahren der Hygienisierung nutzen. Die erforderlichen Mindesttemperaturen liegen dann bei 50° C. Die Anforderungen der Mikroorganismen sind je nach Prozessphase unterschiedlich. Zweiphasige Verfahren mit vorgeschalteter Hydrolysestufe und höheren Temperaturen versuchen dem gerecht zu werden.

Hydraulische Verweilzeit

Die hydraulische Verweilzeit zeigt an, wie viele Tage das Substrat durchschnittlich im Fermenter oder den Gärbehältern bleibt. Sie berechnet sich aus dem Verhältnis von nutzbarem Gärbehältervolumen zu täglich zugeführter Inputmasse. Je nach Temperatur und Verdaulichkeit der zugeführten Stoffe schwankt diese Verweilzeit; mit steigendem Trockensubstanzanteil nimmt sie zu. Um das Restgaspotenzial in den Gärresten klein zu halten, müssen Verweilzeit und Raumbelastung (siehe unten) aufeinander abgestimmt werden. Für neue Anlagen ist in der Regel eine Mindestverweilzeit von 150 Tagen im gasdichten System vorgeschrieben. Nachgärer und gasdichte Gärrestlager werden daher heute dem Fermenter nachgeschaltet, um Methanemissionen zu verhindern und eine möglichst hohe Gasausbeute (siehe unten) zu erreichen.

Raumbelastung

Eine dritte wichtige Größe ist die Raumbelastung. Sie gibt an, welche Menge organischer Substanz gefüttert werden kann, ohne dass der Prozess zum Erliegen kommt. Werden den Bakterien leicht verdauliche Stoffe vorgesetzt, können allgemein größere Mengen gefüttert und höhere Raumbelastungen gefahren werden. Auch Verfahren und Betriebsweise spielen eine Rolle.

Gasleistung und Gasausbeute

Die Biogasproduktion wird meist als Produktivität oder Gasleistung gemessen. Die Produktivität einer Biogasanlage berechnet sich aus dem täglich erzeugten Gasvolumen bezogen auf das Fermentervolumen. Im Unterschied dazu wird bei der Gasausbeute die erzeugte Menge Biogas auf die eingesetzte Substratmasse bezogen und bewertet die Effizienz des Umbaus.

Autorin: Christiane Aumüller-Gruber, Bonn |

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Fragen und Antworten

Wie viel Biogas entsteht aus den Ausgangsstoffen?

Die Gasausbeute hängt insgesamt von vielen Faktoren ab. Sie verändert sich mit der Zusammensetzung des zugeführten Substrats, der Gärtemperatur und der Verweilzeit im System. Fritierfette haben einen Energieertrag von 562 m3 Methan je Tonne Frischmasse, Mais als Ganzpflanze kommt auf 106 m3 je Tonne Frischmasse und Rindergülle auf 17 m3je Tonne Gärsubstrat.

Welche Besonderheiten weisen reine Gülleanlagen auf?

Ausschließlich mit Gülle betriebene Biogasanlagen müssen mit einem geringen Trockensubstanzgehalt und einer geringen Energiedichte der Inputstoffe zurecht kommen. Bei geringen Verweilzeiten bedeutet dies auch eine nur geringe Gasausbeute bezogen auf die eingesetzte Frischmasse. Um höhere Gasausbeuten zu erzielen, hat sich der Einsatz von Energiepflanzen als Koferment bewährt.

Wie beeinflusst die Zusammensetzung der Inputstoffe die Verweilzeit?

Grundsätzlich gilt, je größer die Verdaulichkeit des Substrats, desto höher die Abbauraten und umso kürzer die Verweilzeit. Mit steigendem Gehalt an Trockensubstanz nimmt auch die Verweilzeit zu. Ein steigender Gülleanteil in der Ration bedeutet einen geringen Gehalt an Trockensubstanz und im Ergebnis kürzere Verweilzeiten – bei hohen Güllegehalten von über 90 % also nur 30 bis 40 Tage. Sogenannte reine Gülleanlagen sind deshalb auch nach der EEG-Novelle 2012 von der Verweilzeitregel ausgenommen. Für alle anderen neuen Biogasanlagen ist allerdings seit 2012 eine Verweilzeit von mindestens 150 Tagen vorgeschrieben.