Biogas

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 Arbeitsplätzen
• 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 aktuelle EEG 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]

Wärmenutzung an Biogasanlagen 2018 [pdf; 0,9 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

2021 waren in Niedersachsen 1.676 überwiegend landwirtschaftliche Biogasanlagen mit einer Bemessungsleistung von insgesamt 890 MW_el in Betrieb. Diese Anlagen erzeugen rund 13,5 % 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 2014 führte durch den Wegfall aller einsatzstoffbezogenen Boni zu einem starken Einbruch im Anlagenzubau. Außerdem wurde die Erweiterung von Bestandsanlagen begrenzt. Durch den Wegfall des Technologiebonus wurden auch keine Impulse für den weiteren Ausbau der Biogasaufbereitung gesetzt. Lediglich kleine Gülleanlagen besaßen unter guten Rahmenbedingungen Realisierungschancen, so dass hier eine langsame Erschließung dieses Potenzials zu verzeichnen war.

Das EEG 2021 bietet – wie bisher das EEG 2017 – Bestands- und Neuanlagen Entwicklungsmöglichkeiten. Die Vergütungsrechte werden in einem gemeinsamen Ausschreibungsverfahren vergeben, bei dem Biomasseanlagen (Biogas und Festbrennstoffe) jährlich an zwei Terminen am Verfahren teilnehmen können. Auch über die ersten Ausschreibungsrunden hinaus, nimmt die Branche das Verfahren nur zurückhaltend an, so dass die bezuschlagten Gebote deutlich unterhalb des Ausschreibungsvolumens zurückblieben. Bis zur achten Runde im September 2021 haben insgesamt 340 Anlagen einen Zuschlag
bekommen, darunter befinden sich 48 niedersächsische Biogasanlagen.

Bereits 2021 fielen nach 20-jähriger Festvergütung Biogasanlagen aus der EEG-Förderung und mussten sich neu orientieren. In Niedersachsen konnten aufgrund der Teilnahme am Ausschreibungsverfahren
bisher 14 Anlagen mit einer Bemessungsleistung von 7,2 MWel ihren Betrieb über die EEG-Laufzeit fortführen.

Die Broschüre "Biogas in Niedersachsen – Inventur 2021" finden Sie in der Rubrik Wissen & Service.

Überbauung zur flexiblen Bereitstellung von Strom und Wärme

Bioenergieanlagen sind im Gegensatz zu Solar- und Windkraftanlagen in der Lage, die Stromerzeugung am fluktuierenden Bedarf zu orientieren. Diese Eigenschaft spielt eine wichtige Rolle bei der mittelfristigen Umstellung der Energiewirtschaft auf 100 % erneuerbare Energien.

Klimaschutz durch Biogas

Niedersachsens Biogasanlagenbetreiber leisten schon jetzt einen großen Beitrag zur Schonung des Klimas. Sie ersparen der Atmosphäre jährlich ca. 3,5 Millionen Tonnen klimaschädigende CO₂-Äquivalente (0,5 kg CO_2,Äq/kWh_el). 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 sowie im Treibhausgasbericht der Landwirtschaft in Niedersachsen, der durch die Landwirtschaftskammer Niedersachsen erstellt wurde.

Entwicklung der eingesetzten Substrate

Um die Bemessungsleistung der 1.676 Biogasanlagen zu erzeugen, wurden 2021 ca. 22,9 Mio. t Substrate benötigt. Davon sind rund 13,1 Mio. t pflanzliche Substrate, die etwa 82 % der Energie liefern. Neben der Anbaubiomasse von Acker- und Grünlandflächen sind dieses pflanzliche Nebenprodukte und Futterreste.

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 Jahr 2021 wurden rund 8,7 Mio. t Wirtschaftsdünger in Biogasanlagen zur Substratergänzung verwendet. Weitere 1,1 Mio. t organische Bioabfälle und tierische Nebenprodukte (ohne Wirtschaftsdünger) werden in den Koferment-Biogasanlagen verwertet. Somit waren 2021 rund 43 % 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 2021 rund 2,34 Mio. ha Energiepflanzen zur Strom- und Wärmeproduktion oder für die Gewinnung von Kraftstoffen genutzt (www.fnr.de).

Insgesamt wurde 2021 auf 283.000 ha Ackerkulturen für Biogas angebaut. Daran hat der Maisanbau aufgrund seiner hohen Leistungsfähigkeit mit 223.000 ha den Hauptanteil (83,5 %). Andere Energiepflanzen
(44.000 ha), vorrangig Getreideganzpflanzen/GPS und Zuckerrüben, aber auch Ackergras, Blühpflanzen, Durchwachsene Silphie, Szarvasi (Riesenweizengras), Mischkulturen, Sonnenblumen, Sida und der Einsatz von Getreidekorn gehören in vielen Betrieben zum festen Bestandteil im Substratmix. Die Zuckerrübe ist mittlerweile ökonomisch und verarbeitungstechnisch dem Mais gleichwertig und ist als hochwertiger Energieträger etabliert.

Weiterführende Informationen auf unseren Seiten:

• Praxisbeispiele realisierter Biogasanlagen in Niedersachsen