Was ist Biogas

Biogas entsteht, wenn organische Materialien unter Luftabschluss (anaerob) vergoren werden – ähnlich wie im Pansen von Wiederkäuern. Im Faulbehälter, dem Kernstück einer Biogasanlage, werden Energiepflanzen, Wirtschaftsdünger oder organische Reststoffe von Mikroorganismen zu einem methanhaltigen Gas umgewandelt. Der Heizwert von Biogas liegt im Mittel bei 5,5 kWh pro Kubikmeter. Es kann als Energieträger in zahlreichen Anwendungsfeldern genutzt werden. Das ausgegorene Substrat ist ein hochwertiger Dünger, der wieder auf den Acker ausgebracht wird.

Wie wird es genutzt

Derzeit wird Biogas weitestgehend in Blockheizkraftwerken zu Strom und Wärme umgewandelt. Der Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist und nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet. Ein Teil der anfallenden Wärme wird für die Temperierung des Gärbehälters benötigt. Der andere Teil kann zur Beheizung von Gebäuden oder als Prozesswärme verwendet werden. Alternative Nutzungsmöglichkeiten zum Einsatz im Blockheizkraftwerk ergeben sich durch die Aufbereitung von Biogas zu Erdgasqualität (Biomethan). Durch diesen Veredelungsschritt kann es z. B. in das Erdgasnetz eingespeist oder direkt als Fahrzeugkraftstoff genutzt werden.

Vorteile der Biogasnutzung

  • Stärkung der Wirtschaft im ländlichen Raum
  • Sicherung und Schaffung von Arbeitplätzen
  • Diversifikation der Einkommensquellen in der Landwirtschaft
  • Verringerung des Verbrauchs fossiler Energieträger
  • Reduzierung treibhauswirksamer Emissionen wie Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O)
  • weniger Geruch der Gülle bei Lagerung und Ausbringung durch Abbau flüchtiger Geruchsstoffe
  • qualitativ hochwertige Gärrückstände (Bessere Pflanzenverfügbarkeit, Belastung des Grundwassers wird verringert, Ätzwirkung der Gülle wird herabgesetzt)
  • Nährstoffkreisläufe werden geschlossen

Wärmenutzung

Auch wenn die Stromerzeugung bei der Biogaserzeugung im Vordergrund steht, spielt die Nutzung der als Koppelprodukt erzeugten Wärme eine wichtige Rolle. Die Bestimmungen des EEG in den Fassungen von 2004 und 2009 haben dazu geführt, dass 88 % aller Anlagen eine Wärmenutzung realisiert haben. Dabei kann die Hälfte der Wärme verwendet werden, die nicht für den Gärprozess benötigt wird. Dies beinhaltet alle Formen der Wärmenutzung, die in den Positivlisten der EEG festgeschrieben sind. Die oftmals praktizierte Trocknung von Holz und Gärrest sichert zwar den KWK-Bonus, stellt aber nur eine zweitrangige Lösung dar. Die Verdrängung von fossilen Brennstoffen durch die Beheizung von Gebäuden oder Produktionsprozessen führt zu einer stärkeren Umweltentlastung und erzielt höhere Erlöse. Im EEG 2012 wurde die Wärmenutzung zur Pflicht erhoben. Die stark verringerte Stromvergütung im EEG 2014 hat die Bedeutung der Wärmeerlöse noch verstärkt.

Auch wenn die erzeugte Strommenge von Biogasanlagen durch das EEG 2014 begrenzt wird, bestehen im Rahmen der individuellen Bedingungen der einzelnen Anlagen Möglichkeiten zur Betriebsoptimierung. Hierzu zählen die Ausschöpfung der Boni und die Umstellung auf flexible Stromerzeugung. Sie erhöht auch die Chancen einer bedarfsgerechten Wärmeerzeugung durch eine höhere installierte Leistung und eine teilweise Verschiebung vom Sommer- zum Winterbetrieb.

Zwischen 2004 und 2011 sind zahlreiche Wärmenetze entstanden, die mittlerweile ihre Betriebsdaten auswerten können. Zur Optimierung der Betriebsweise sind Eingriffe an allen Punkten der Wärmeerzeugung und -verteilung möglich:

  • Die Anschlussdichte durch die Einbindung weiterer Abnehmer erhöhen.
  • Die Übertragungsverluste im Netz verringern.
  • Den Anteil des BHKW an der Wärmeerzeugung erhöhen.
  • Ausreichende Vorlauftemperaturen auch bei entfernten Verbrauchern realisieren.
  • Die Rücklauftemperaturen im Netz und den Pumpenstromverbrauch verringern.
  • Den Lieferumfang durch Installation eines Spitzenlast- und Reservekessels von Grund- auf Vollversorgung erweitern.

Falter Wärmenutzung Biogas 2016 [pdf; 0,3 MB]

Biogaseinspeisung

Wird das Rohbiogas zu Erdgasqualität (Biomethan) aufbereitet und in das allgemeine Erdgasnetz eingespeist, kann es zu einem anderen Ort geleitet werden, an dem z.B. eine vollständige Wärmenutzung möglich ist. Diese Durchleitung erfolgt bilanziell, indem die eingespeisten und entnommenen Mengen über ein Jahr ausgeglichen werden. Nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) gilt Biomethan als Biogas, das zur Vergütung des erzeugten Stroms gemäß EEG berechtigt. Während die Einspeisung von Strom im EEG geregelt ist, besteht für die Einspeisung von Biomethan in das Gasnetz keine Vergütungsregelung. Der vorrangige Zugang zum Erdgasnetz ist in der Gasnetzzugangsverordnung und der Gasnetzentgeltverordnung geregelt.

Zur Aufbereitung des Biogases stehen mehrere Technologien zur Verfügung. Die Abtrennung von CO2 und H2O erfolgt durch Verdichtung (Druckwasserwäsche, Druckwechselabsorption, Membranverfahren) oder Wärmezufuhr (Aminwäsche). Bei der biologischen Methanisierung wird der Methangehalt durch Wasserstoffzugabe in den Fermenter mit Hilfe von spezialisierten Mikroorganismen auf rd. 95 % gesteigert.

Das EEG 2014 hat zum Wegfall des größten wirtschaftlichen Treibers der Biogasaufbereitung und -einspeisung geführt: Durch das Streichen des Technologiebonus haben neue Projekte keine finanzielle Basis mehr. Die Neufassung des Inbetriebnahmebegriffs macht es außerdem unmöglich, bestehende ältere Erdgas-BHKW auf Biomethan umzustellen. Die Biogasaufbereitung konzentriert sich daher voraussichtlich auf Gas aus Abfall- und Reststoffen, das im Verkehrsbereich eingesetzt wird.

Stand und Entwicklung der Biogasnutzung in Niedersachsen

In Niedersachsen waren Ende 2013 1.546 überwiegend landwirtschaftliche Biogasanlagen mit einer installierten elektrischen Leistung von insgesamt 877 MWel in Betrieb. Diese Anlagen erzeugen rund 25 % des erneuerbaren Stroms in Niedersachsen und leisten über Nahwärmenetze einen erheblichen Beitrag zur Bereitstellung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt.

Ermöglicht und gefördert wurde diese Entwicklung durch das seit dem Jahr 2000 geltende Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Bis zu seiner Novellierung 2004 waren in Niedersachsen 280 Biogasanlagen in Betrieb, die vorwiegend Abfälle und Kofermente einsetzten. Durch eine erhöhte Vergütungsregelung für Strom aus nachwachsenden Rohstoffen setzte die EEG-Neufassung in 2004 neue Impulse. Auch das zu dieser Zeit sehr geringe Agrarpreisniveau und die Verpflichtung zur Stilllegung von Ackerflächen zur Marktentlastung unterstützten die Entscheidung landwirtschaftlicher Betriebe für die Biogaserzeugung. So entstanden vermehrt NaWaRo-Anlagen auf der Basis von Energiepflanzen, die zunächst vorwiegend auf Stilllegungsflächen erzeugt wurden.

Die EEG-Neuregelung von 2009 gewährte weiterhin eine gestaffelte Grundvergütung für Biogasanlagen, eine Bonusvergütung für den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen sowie zusätzlich für den Einsatz von Gülle und für die sinnvolle Nutzung der anfallenden Wärme. Hierdurch wurde die Biogasproduktion für viele landwirtschaftliche Betriebe zu einem wirtschaftlich interessanten Betriebszweig. Dieses spiegeln die hohen Zuwachsraten von Anlagen und deren Leistungsentwicklung wieder. Ein regelrechter »Biogasboom« führte in einigen Regionen in kurzer Zeit zu sehr hoher Anlagendichte mit hohem Biomasse- und Flächenbedarf und zunehmender Nutzungskonkurrenz.

Die Politik reagierte mit dem EEG 2012 auf die gesellschaftliche Diskussion über die Biogaserzeugung. Das EEG 2012 hatte einer deutlichen Dämpfung des Anlagenzubaus zur Folge. Die Novellierung des EEG 2014 wird durch den Wegfall aller Boni nur noch geringe Impulse für den weiteren Ausbau der Biogasaufbereitung und -einspeisung setzen. Lediglich kleine Gülleanlagen und abfallvergärende Anlagen dürften unter guten Rahmenbedingungen Realisierungschancen besitzen.

Die Broschüre "Biogas in Niederasachsen - Inventur 2014" finden Sie in der Rubrik "Wissen & Service".

Klimaschutz durch Biogas

Niedersachsens Biogasanlagenbetreiber leisten schon jetzt einen großen Beitrag zur Schonung des Klimas. Sie ersparen der Atmosphäre jährlich ca. 3,3 Millionen Tonnen klimaschädigende CO2-Äquivalente (0,64 kg CO2,Äq/kWhel). Hier bereits berücksichtigt ist eine deutliche Verringerung von Methanemissionen, die bei der konventionellen Lagerung von Gülle entstehen (Methan hat eine 25-fach stärkere Klimawirkung als Kohlendioxid). Weiterführende Informationen zu dem Thema finden Sie in der Studie Ökobilanzielle Bewertung von Biogasanlagen unter Berücksichtigung der niedersächsischen Verhältnisse der Georg-August-Universität Göttingen.

Entwicklung der eingesetzten Substrate

Um die installierte elektrische Gesamtleistung der 1.546 Biogasanlagen zu erzeugen, wurden 2013 ca. 22,2 Mio. t Substrate benötigt. Davon sind rund 13,2 Mio. t pflanzliche Substrate, die etwa 82 % der Energie liefern. Neben der Anbaubiomasse von Acker- und Grünlandflächen sind dieses pflanzliche Nebenprodukte und Futterreste.

Etwa 70 % aller niedersächsischen Biogasanlagen setzen mittlerweile Wirtschaftsdünger ein, wie auch die Studie des Deutschen Biomasseforschungszentrums bestätigt. Ein deutlicher Anstieg des Einsatzes von Gülle, Mist, Hühnertrockenkot und Gärresten ist ab 2005 zu verzeichnen und steht in direktem Zusammenhang mit der Einführung des NaWaRo-Bonus im EEG 2004. Ihre Verwendung ist parallel zum Einsatz von Energiepflanzen angestiegen. Dies zeigt den direkten verfahrenstechnischen Zusammenhang zwischen den Stoffen.

Den größten Schub erhielt die Nutzung der Wirtschaftsdünger in Biogasanlagen durch den Güllebonus des EEG 2009. Durch die Koppelung des Güllebonus an den sogenannten NaWaRo-Bonus ist der Maisanbau insbesondere in den Veredlungsregionen stark ausgedehnt worden.

Der Einsatz von Gülle und Mist in Biogasanlagen reduziert den Anteil an Anbaubiomasse im Substratmix und bietet weitere Synergien für die Betriebe, unter anderem durch die Reduzierung von Emissionen und Geruchsbelastungen bei der Ausbringung, hygienische Vorteile, gezieltere Nährstoffverfügbarkeit und bessere Transportfähigkeit der Gärsubstrate. Werden letztere in Biogasanlagen in Ackerbauregionen eingesetzt, tragen sie zum Nähstoffexport aus der Veredlungsregion und zu einer nachhaltigen Nährstoffnutzung von Phosphor und Stickstoff bei.

Im Wirtschaftsjahr 2013/2014 wurden rund 1,2 Mio. t Gärreste in Biogasanlagen zur Substratergänzung verwendet. Weitere 1,6 Mio. t organische Bioabfälle und tierische Nebenprodukte (ohne Wirtschaftsdünger) werden in den Koferment-Biogasanlagen verwertet. Somit waren 2013 rund 40 % der Inputsubstrate in niedersächsischen Biogasanlagen Nebenprodukte und Reststoffe.

Flächen und genutzte Energiepflanzen

Niedersachsen verfügt über 2,6 Mio. ha landwirtschaftliche Fläche (LF), davon werden etwa 2/3 (rd. 1,9 Mio. ha) als Ackerland (AF) und rd. 0,7 Mio. ha als Grünland bewirtschaftet. Mit der Zunahme der energetischen Biomassenutzung war auch ein wachsender Substratbedarf verbunden. Bundesweit wurden 2013 rund 2,1 Mio. ha Energiepflanzen zur Strom- und Wärmeproduktion oder für die Gewinnung von Kraftstoffen genutzt.

Die Effizienz der Biogasanlagen konnte durch verbesserte Anlagenführung und Substratoptimierung über die Jahre gesteigert werden, wodurch auch der Flächenbedarf pro erzeugter kWh kontinuierlich geringer wurde. Sowohl der zunehmende Einsatz von Wirtschaftsdüngern im Substratmix als auch der Einsatz von Nebenprodukten und Futterresten, der Anbau im Zweikultursystem und die Nutzung von Zwischenfrüchten haben die Flächeninanspruchnahme für die Biogaserzeugung trotz deutlich erhöhter Biogaskapazitäten nahezu konstant gehalten.

Insgesamt wurde 2013 auf 260.000 ha Ackerkulturen für Biogas angebaut. Daran hat der Maisanbau aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit mit 220.000 ha den Hauptanteil (85 %). Andere Energiepflanzen (30.000 ha), wie Getreideganzpflanzen und Zuckerrüben, aber auch Ackergras, Durchwachsene Silphie, Szarvasi-Gras/Riesenweizengras, Mischkulturen, Sonnenblumen, Sida und Zwischenfrüchte gehören in vielen Betrieben zum festen Bestandteil im Substratmix. Insbesondere die Zuckerrübe ist mittlerweile ökonomisch und verarbeitungstechnisch dem Mais gleichwertig.

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