Gasförmige Biomasse

Gasförmige Biomasse: Definition

Unter der Bezeichnung „gasförmige Biomasse“ werden verschiedene Stoffe zusammengefasst. Es handelt sich dabei um gasförmige Produkte, die durch Pyrolyse oder Fermentation aus festen oder flüssigen Biomassen zu Gasen werden. Dazu zählen Grubengase, Klärgase, Deponiegase, Pyrolysegase und Biogase. Am weitaus häufigsten wird die Bezeichnung „gasförmige Biomasse“ jedoch für das sogenannte Biogas verwendet. Im Folgenden soll auf die Herstellung und Nutzungsbedingungen von Biogasen eingegangen werden.

Biogas

Als Gasgemisch besteht Biogas zu einem Drittel aus Kohlendioxyd und zu zwei Dritteln aus Methan, Wasserdampf und Spurengasen. In der Natur entsteht Biogas durch die Einwirkung von mikrobiellen Prozessen auf Biomasse organischen Ursprungs. Diese Prozesse finden zum Beispiel unter der Erde statt, in Mooren oder Seen, aber auch in Tiermägen. Biogas weist durch den hohen Anteil an Methan hervorragende Brenneigenschaften auf.

Anwendbarkeit / Marktrelevanz

Das Methan im Biogas kann und wird bereits als Kraftstoff für Fahrzeuge verwendet, die auf Erdgasbetrieb ausgelegt sind. Biogas hat jedoch Nachteile gegenüber flüssigen Kraftstoffen: Das Gas benötigt viel Speicherplatz, da die Energiedichte von Biogas gering ist. Ein weiterer Biogas-Nachteil ist es, dass das Gas mit einem Druck von 200 bar gespeichert werden muss. Bisher werden in Deutschland erst ca. 55 000 Kraftfahrzeuge mit Erdgas betrieben. Diese Fahrzeuge können auch Biogas tanken. Jedoch gibt es bisher erst sehr vereinzelt Möglichkeiten, an Tankstellen Biogas zu tanken.
Das Gas kann zudem zum Energielieferant für die Erzeugung von Elektrizität werden. Außerdem kann Biogas direkt in das Gasversorgungsnetz eingespeist werden. Dabei ist vor allem die Höhe des Methananteils im Biogas für die Nutzung entscheidend.
Ein Vergleich der BtL-Kraftstoffe und Biomethan mit anderen Biomassen zeigt besonders bei der Verwertbarkeit die klaren Vorteile der BtL-Kraftstoffe und Biomethan gegenüber anderen Biomassen. Ein Auto, das mit Biomethan getankt wird, welches aus Biomassen von einem Hektar Anbaufläche hergestellt wurde, hat eine Reichweite von insgesamt 67 600 Kilometern. Bei den BtL-Kraftstoffen beträgt die Reichweite desselben Fahrzeugs immerhin noch 64 000 Kilometer. Dies bedeutet einen Unterschied von 5 Prozent.

Biogas-Herstellung – Biogasanlagen und ihre Funktion

Biogasanlage

Die Ausgangsprodukte für die Herstellung von Biogas in einer Biogasanlage stammen aus der Landwirtschaft, aus Gewerbe und Industrie. Darüber hinaus können Abfallprodukte aus den Kommunen zur Biogas-Herstellung verwendet werden.

In verschiedenen Schritten des mikrobiellen Abbaus der Produkte zersetzen kleinste Organismen die organischen Stoffe wie Gülle, Mist und Bioabfälle. Außerdem werden auch Erzeugnisse nachhaltiger Landwirtschaft, sogenannte Energiepflanzen, zur Biogas-Herstellung verwendet. Zu den Energiepflanzen, die für die Biogasanlagen Funktion infrage kommen, zählen beispielsweise Getreide, Sonnenblumen, Mais und verschiedene Gräser.

Zur Biogas-Herstellung werden verschiedene Prozessbehälter verwendet, die in Biogasanlagen die Funktion haben, die chemisch-biologischen Umwandlungen des organischen Materials in Gase voranzubringen. Dabei können zur Herstellung von Biogas verschiedene Prozesse gleichzeitig ablaufen. Dies ermöglicht die effizientere Produktion, da die einzelnen Schritte zur Biogas-Herstellung jeweils Zeit benötigen.

Die wichtigste Biogasanlagen-Funktion ist die Gewinnung von Methan als Energieträgerstoff. Bis zur Gewinnung dieses Endprodukts laufen in der Biogasanlage verschiedene Schritte ab. Unterschiedliche Stoffwechsel-Mikroorganismen sind für die einzelnen Schritte verantwortlich. Die Prozesse laufen stets unter Ausschluss von Sauerstoff ab, damit die Gärprozesse in Gang kommen können.

Biogasanlagen-Funktion: Energiegewinnung

Wer Biogas produziert, hat Nachteile, wenn das Biogas einen zu geringen Methangehalt aufweist, da der Energiegehalt des Biogases mit der Höhe des Methananteils im Gas korreliert. Um ca. zehn Kilowattstunden zu erhalten, muss ein Kubikmeter Methan erzeugt werden. Beträgt der Methangehalt im Gas 60%, so können daraus etwa sechs Kilowattstunden erzeugt werden. Ein Heizwert von 0,6 Liter Heizöl kann somit aus einem Kubikmeter Biogas gewonnen werden.

Mini Biogasanlagen und kleine Biogasanlagen

Neben großen Biogasanlagen mit mehreren Prozessbehältern gibt es für private Anwender oder kleine Unternehmen Mini-Biogasanlagen oder kleine Biogasanlagen. Kleine Biogasanlagen und Mini-Biogasanlagen sind mit einem Fassungsvermögen von 2,5 bis 10 m³ erhältlich. Die Vorteile der Minibiogasanlagen und der kleinen Biogasanlage sind neben einem leichten und unkomplizierten Selbstaufbau und dem einfachen Transport vor allem das große Spektrum der nutzbaren Produkte zur Fermentierung. Genutzt werden können vor allem Fäkalien, Laub, Speisereste und Grasschnitt.

Vier Phasen der Produktion von gasförmiger Biomasse (Biogas)

+Phase 1
Verflüssigungsphase: Zerlegung komplexer Verbindungen in einfache Verbindungen
+Phase 2
Versäuerungsphase: Die Produkte aus Phase 1 werden in Säuren umgewandelt. Außerdem entstehen Wasserstoff und Kohlendioxid
+Phase 3
Essigsäurephase: Essigsäure, Kohlendioxid und Wasser entsteht aus den vorhandenen Säuren und Alkoholen
+Phase 4
Methanbildungsphase: Erneute Umwandlung zu Methan, Kohlendioxid und Wasser

 

Energiepflanzen zur Biogas-Herstellung

Immer mehr Energie wird in Deutschland jedes Jahr durch sogenannte Energiepflanzen gewonnen. Diese Energiepflanzen werden zur Biogas-Herstellung produziert und sind somit Energielieferanten, die aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Strom, Wärme und Kraftstoffe können aus Energiepflanzen und Biogas, welches aus diesen entsteht, erzeugt werden. Die Biogas-Nachteile sind verschwindend, wenn man bedenkt, dass durch die Energiepflanzen-Nutzung die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert werden kann. Auch die Abhängigkeit von Energieimporten wird durch Energiepflanzen und Biogas aus Energiepflanzen vermindert.

Biogas-Nutzung in Blockheizkraftwerken (BHKW)

Biogas-Blockheizkraftwerke, kurz Biogas-BHKW, sind für ein breites Nutzspektrum geeignet. Vom kleinen Biogas-BHKW, welches für die Wärmeerzeugung von Einfamilienhäusern verantwortlich ist, bis hin zur großen Anlage, die beispielsweise für die Wärmeproduktion einer größeren Industrieanlage verantwortlich ist, sind viele Einsatzorte für Biogas-Blockheizkraftwerke (Biogas-BHKW) möglich. Abgesehen von der Erzeugung von Wärme im Prozess, beispielsweise über Heißluft, Thermoöl oder Wasserdampf, kann ein Biogas-BHKW auch für die Kälteerzeugung genutzt werden.

 

Bild: Philipp Pohlmann / pixelio.de