Wasser-Wissen



Biogas, Klärgas, Sumpfgas, Faulgas

(biogas, digester gas, fermentation gas) Biogas ist das gasförmige Produkt einer Gärung und kann aus nahezu allen organischen Abfällen hergestellt werden. Produktstätten sind Kläranlagen, Deponien und die Landwirtschaft. Biogas entsteht durch anaeroben Abbau organischer Substanzen. Die Möglichkeit, mit Biogas den Anteil erneuerbarer (regenerativer) Energieträger an der Stromerzeugung zu erhöhen und gleichzeitig Entsorgungsprobleme zu lösen, haben Biogas zu einiger Bedeutung verholfen. Klärwerke können durch eine effektive Biogasnutzung ihren  Stormbedarf selbst decken bzw. vermindern.

Stoffeigenschaften

Biogas ist ein Gemisch aus Methan, Kohlendioxid und einer geringen Menge Restgas. Die Zusammensetzung von Biogas ist in der Regel: 

Von der Zusammensetzung hängt die Effektivität der energetischen Verwertung ab.

Die physikalische Eigenschaften von Biogas sind: 

  • Dichte: 1,2 kg/m3
  • Zündtemperatur: 700 °C 
  • Zündkonzentration: Gasgehalt 6-12 % 
  • Geruch: aufgrund des Schwefelwasserstoffs nach faulen Eier

     
Energiegehalt: Heizwert Hu Brennwert Ho
CH4 rein (100%Vol.) 9,94 kWh/m³ 11,07 kWh/m3
Biogas (abhängig vom Methangehalt) 4-7,5 kWh/m³ 6,64 kWh/m3 (für 60% Methan)

Beispielsweise kann das Biogas aus einer Tonne organischer Reststoffe oder drei Tonnen Gülle/Festmist ca. 60 L Heizöl oder 120 kWh Strom ersetzen und den Schadstoffausstoß von Kohlenstoffdioxid um 200 kg vermindert. Eine Kuh produziert pro Tag etwa 10-20 kg Mist. Daraus können 1-2 Kubikmeter Biogas hergestellt werden. Die Biomasse, welche eine Kuh in einem Jahr erzeugt, entspricht der Energie von ca. 300 Liter Heizöl.

Biogasquellen

Wichtige natürliche Biogas-Quellen sind anaerobe Zonen von Gewässern und Böden sowie die Verdauungstrakte bestimmter Tiere (z.B. Methanfreisetzung aus Mägen von Wiederkäuern und Termiten).

Rohstoffe für die energetische Biogasnutzung sind feuchte, biogene Reststoffe von Haushalten (z.B. Biotonne, Altspeiseöl), der Landwirtschaft (z.B. tierische Exkremente), der Ernährungsindustrie und der Landschaftspflege (z.B. Grünschnitt, Laub).

Biogaserzeugung

Bei der Biogaserzeugung entsteht das Gas in Gärbehältern oder gekoppelt an eine anaerobe Abwasseranlage und wird in Kesseln (Dampf) oder Motoren zur Stromerzeugung verbrannt.

Das Funktionsprinzip einer Biogasanlage wir hier an einem Beispiel verdeutlicht: Die Gülle bzw. der Mist gelangt zusammen mit den eventuell zusätzlich eingesetzten Co-Substraten zum Vergären in den Gärbehälter (Fermenter). In einer Abwasseranlage ist es der sogenannte Faulturm. Im Fermenter verweilt das Substrat mehrere Tage, wobei durch die Aktivität der Mikroorganismen Biogas gebildet wird. 

Die Menge gebildeten Gases hängt neben dem Substrat von der Verweilzeit und der Betriebstemperatur ab. Die meisten Anlagen werden im mesophilen Temperaturbereich gefahren, d.h. bei etwa 35-40°C. Das vergorene Substrat gelangt im Anschluss in ein Endlager (Schlammbehälter), in dem - falls es geschlossen ist - weiteres Biogas gewonnen werden kann. Die Verweildauer im Gärbehälter (z.B. Faulturm) wird derart festgelegt, dass bei höchstem Durchsatz das meiste Biogas gewonnen werden kann.

Biogasnutzung

Biogas lässt sich grundsätzlich in allen bekannten Gasgeräten und Maschinen verwenden. Eine sehr effiziente Nutzung der Energiequelle Biogas stellt der Betrieb einer Kraft-Wärme-Kopplung in einem Blockheizkraftwerk dar.

Die aus der Vergärung übriggebliebene Biomasse eignet sich u.U. als biologischer Dünger.

Biogas und Abwasserreinigung

In der Abwasserbehandlung wird Biogas bei der anaeroben Stabilisierung des Klärschlamms in Faultürmen gebildet. Das bei der Klärschlammvergärung i.d.R. energetisch genutzte Biogas (sog. Klärgas) liefert bis zu 2,5 kWh Strom und 3,3 kWh Wärme, welches in Biogasanlagen energetisch umgesetzt wird. Eine weitere Quelle von Biogas bilden Mülldeponien. Im Gegensatz. zu Kläranlagen wird das von Deponiekörpern freigesetzte Gas jedoch in weit geringerem Umfang energetisch verwertet und häufig ungenutzt abgefackelt.

Der Einsatz von Biogas befindet sich in anderen Bereichen im Teststadium. Erstmalige wurde der Einsatz von Klärgas als Brennstoff in einer Brennstoffzellenanlage auf dem Gelände des Klärwerkes Köln-Rodenkirchen errichtet.

Links zum Thema

hw