Einfach erklärt!
Was ist eine Biogasanlage? Aufbau und Funktion einfach erklärt
Eine Biogasanlage macht aus Gülle, Mist, Pflanzenresten und Energiepflanzen Strom und Wärme. In einer Biogasanlage zersetzen Mikroorganismen ohne Sauerstoff Biomasse wie Gülle, Energiepflanzen oder organische Abfälle. Dabei entsteht ein methanreiches Gas, das zur Strom- und Wärmeproduktion genutzt wird. Biogastechnik Süd aus Isny ist auf die Schlüsselkomponenten dieser Anlagen spezialisiert: von der Einbringtechnik über Rührtechnik und Separationstechnik bis zur Gärrestverdampfung.
Auf dieser Seite erfährst du, wie eine Biogasanlage aufgebaut ist, was in ihr passiert, welche Stoffe hineinkommen und was am Ende herauskommt. Dazu gehören auch die Nachteile, denn die gibt es.
Was ist eine Biogasanlage?
Eine Biogasanlage ist eine Anlage, in der organisches Material unter Luftabschluss vergärt. Bakterien bauen dabei Gülle, Mist, Silage oder Bioabfall ab und erzeugen Biogas. Ein Blockheizkraftwerk wandelt das Gas in Strom und Wärme um. Übrig bleibt der Gärrest, ein Dünger für die Felder.
Im Grunde läuft in jeder Biogasanlage derselbe Vorgang ab wie im Magen von Wiederkäuern oder im Moor. Die Anlage macht daraus einen kontrollierten Prozess in geschlossenen Behältern.
Was ist Biogas?
Biogas ist ein erneuerbarer Energieträger, der durch die Vergärung organischer Stoffe ohne Sauerstoff entsteht. Es besteht zum größten Teil aus Methan und Kohlendioxid. Das Methan ist der energiereiche Anteil, derselbe Stoff, aus dem auch Erdgas überwiegend besteht. Der Unterschied: Erdgas ist über Millionen Jahre entstanden, Biogas entsteht laufend aus nachwachsendem Material.
Wird Biogas auf Erdgasqualität aufbereitet, heißt es Biomethan und kann ins Erdgasnetz eingespeist werden. Wie sich Biogas genau zusammensetzt, erklärt unser Beitrag „Was ist Biogas? Definition, Entstehung und Zusammensetzung“.
Aufbau einer Biogasanlage: die wichtigsten Komponenten
Jede Biogasanlage besteht aus denselben Grundbausteinen, ob kleine Hofanlage oder große Gemeinschaftsanlage. Die Bauteile unterscheiden sich in Größe und Ausführung, nicht im Prinzip. Hier sind sie in der Reihenfolge, in der das Substrat sie durchläuft. Mehr Details findest du im Beitrag „Aufbau einer Biogasanlage“.
Substratlager und Einbringtechnik
Am Anfang steht die Lagerung: Fahrsilos für Silage, Vorgruben für Gülle, Bunker für Bioabfall. Von dort gelangt das Substrat in den Fermenter, feste Stoffe über einen Feststoffdosierer, pumpfähige über Pumpen. Wie gleichmäßig gefüttert wird, entscheidet über die Stabilität des ganzen Prozesses. Für das Einbringen gibt es zum Beispiel unseren Easyfeeder, der das Substrat dosiert in den Fermenter fördert.
Fermenter mit Rührwerk und Heizung
Der Fermenter ist das Herzstück: ein gasdicht abgedeckter Behälter, in dem die Vergärung stattfindet. Das Substrat bleibt dort ohne Sauerstoff, bis die Bakterien es abgebaut haben. Je nach Substrat und Inhalt wird der Fermenter beheizt. Bei der passenden Wärme fühlen sich die Bakterien wohl und zersetzen die Masse. Dabei entsteht laufend ein energiereiches Gasgemisch: Biogas.
Ein Rührwerk durchmischt den Inhalt, damit die Bakterien überall Nahrung finden und sich keine Schwimm- oder Sinkschichten bilden. Das Paddelrührwerk Varibull arbeitet dafür mit schräg gestellten Paddeln und niedriger Drehzahl. Für die Prozesswärme sorgen Heizungen in der Behälterwand oder Wärmetauscher für Biogasanlagen.
Gasspeicher
Das Biogas sammelt sich unter einer dichten Folie, die über den Fermenter gespannt ist. Durch die Ausbreitung des Gases wölbt sich die Haube auf dem Fermenter. Der Gasspeicher puffert die Schwankungen zwischen Gasproduktion und Verbrauch. Eine Über- und Unterdrucksicherung wie BioSecure schützt ihn vor Schäden.
Blockheizkraftwerk (BHKW)
Über eine Gasleitung gelangt das Biogas in ein Blockheizkraftwerk. In einem Verbrennungsmotor wird das Gas verbrannt. Der Motor treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Ein Teil des Stroms wird für die Biogasanlage selbst verwendet, der andere Teil kann direkt im Haus genutzt oder ins Netz eingespeist werden.
Die Abwärme des Motors heizt den Fermenter sowie Wohn- und Betriebsgebäude. Zusätzlich kann die Abwärme des BHKW für die Gärrestverdampfung Vapogant genutzt werden. Der Rest der Wärme kann in ein Nah- oder Fernwärmenetz eingespeist werden und so zusätzliche Einnahmen bringen.
Gärrestlager und Gärrestaufbereitung
Die vergorene Biomasse kommt ins Gärrestlager. Der Gärrest ist ein wertvoller natürlicher Dünger für die Landwirtschaft. Er wird gelagert, bis er ausgebracht werden darf, denn die Sperrfristen dafür sind gesetzlich geregelt. Wer wenig Lagerraum hat, kann den Gärrest mit einem Pressschneckenseparator wie dem Sepogant in feste und flüssige Bestandteile trennen. Alles zum Gärrest findest du im Beitrag „Gärrest“.
Du kannst den Gärrest außerdem mit unserer Gärrestverdampfung Vapogant veredeln. Dabei entsteht ein nutzbarer, konzentrierter Dünger mit weniger Wasser. Am Ende stehen Konzentrat, Ammoniumsulfatlösung (ASL) und Destillat. Ist die Wärme aus dem BHKW schon verplant, arbeitet der Vapogant BV mit Brüdenverdichter überwiegend mit Strom.
Wie funktioniert eine Biogasanlage? Die Vergärung in vier Stufen
Im Fermenter arbeiten viele verschiedene Mikroorganismen zusammen. Die Vergärung läuft in vier Stufen ab, die gleichzeitig nebeneinander stattfinden:
- Hydrolyse: Große Moleküle wie Kohlenhydrate, Eiweiß und Fette werden in kleinere Bausteine zerlegt.
- Versäuerung: Aus diesen Bausteinen entstehen organische Säuren, Alkohole und Wasserstoff.
- Essigsäurebildung: Die Zwischenprodukte werden zu Essigsäure, Wasserstoff und Kohlendioxid umgebaut.
- Methanbildung: Spezialisierte Mikroorganismen erzeugen daraus das Methan.
Jede Stufe hängt an anderen Mikroorganismen, und alle müssen im Gleichgewicht bleiben. Kippt eine Stufe, etwa durch Überfütterung oder einen Temperatureinbruch, reagiert die ganze Kette. Gleichmäßige Fütterung, konstante Temperatur und zuverlässiges Rühren entscheiden deshalb darüber, wie viel Gas eine Anlage liefert. Den Ablauf Schritt für Schritt findest du im Beitrag „Biogasanlage Funktion: wie eine Anlage arbeitet“.
Welche Substrate in eine Biogasanlage kommen
Grundsätzlich eignet sich organisches Material, das nicht verholzt ist. In der Praxis sind das vor allem:
- Gülle und Mist: wenig Gas pro Tonne, aber auf dem Hof vorhanden und gut für einen stabilen Prozess
- Maissilage: viel Gas pro Tonne, braucht dafür Anbaufläche
- Gras- und Ganzpflanzensilage: Alternative im Fruchtwechsel
- Mehrjährige Energiepflanzen wie die Silphie: müssen nicht jedes Jahr neu gesät werden
- Bioabfall und Speisereste: höhere Anforderungen an Hygienisierung und Störstoffabscheidung
- Reststoffe aus der Lebensmittelindustrie: je nach Region sehr unterschiedlich verfügbar
Der Substratmix bestimmt die Gasausbeute und die Technik. Wer Bioabfall vergärt, braucht eine andere Einbringung als ein Betrieb mit Gülle und Mais. Welche Mischung passt, hängt davon ab, was auf dem Betrieb anfällt und welche Flächen zur Verfügung stehen. Mehr dazu im Beitrag „Was ist Biomasse?“.
Welche Arten von Biogasanlagen gibt es?
Biogasanlagen lassen sich nach dem Substrat und nach dem Verfahren unterscheiden. Die häufigsten Formen:
- Landwirtschaftliche Biogasanlagen: vergären Gülle, Mist und Silage direkt auf dem Betrieb und liefern Wärme für Hof und Nachbarschaft
- Gülle-Kleinanlagen: kleine Hofanlagen, die überwiegend Gülle und Mist einsetzen
- Abfallvergärungsanlagen: verarbeiten Bioabfall aus der Biotonne und Speisereste und brauchen dafür eine Hygienisierung
- Anlagen mit Gasaufbereitung: bereiten das Biogas zu Biomethan auf und speisen es ins Erdgasnetz ein
Beim Verfahren unterscheidet man die Nassfermentation mit pumpfähigem Substrat und die Trockenfermentation für stapelbare Stoffe wie Mist oder Grünschnitt. Viele Anlagen haben neben dem Fermenter einen Nachgärer, in dem das Substrat weiter Gas abgibt, bevor es ins Gärrestlager kommt.
Was aus einer Biogasanlage herauskommt
- Strom: wird ins Netz eingespeist und nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz oder über die Direktvermarktung vergütet
- Wärme: heizt Fermenter, Gebäude, Trocknungen oder ein Nahwärmenetz. Je mehr davon genutzt wird, desto besser rechnet sich die Anlage
- Gärrest: ein Dünger mit pflanzenverfügbarem Stickstoff, der sich durch Separation oder Verdampfung weiter aufwerten lässt
Biogas lässt sich speichern und dann verstromen, wenn Strom gebraucht wird. Das unterscheidet eine Biogasanlage von Wind- und Solaranlagen, die vom Wetter abhängen.
Biogasanlagen in der Energiewende
Mit immer mehr Strom aus Wind und Sonne werden Energiequellen wichtiger, die sich regeln lassen. Viele Biogasanlagen werden deshalb flexibel betrieben: Das Biogas wird zwischengespeichert, und das BHKW läuft vor allem dann, wenn viel Strom gebraucht wird und wenig aus Wind und Sonne kommt. Für diese bedarfsgerechte Erzeugung gibt es im Erneuerbare-Energien-Gesetz einen Flexibilitätszuschlag.
Aufbereitet zu Biomethan kann das Gas außerdem als Kraftstoff oder als erneuerbares Gas in der Industrie genutzt werden. In ländlichen Regionen bleibt die Wertschöpfung vor Ort, und Landwirte bekommen ein zusätzliches Standbein.
Vor- und Nachteile von Biogasanlagen
Vorteile
- Strom und Wärme nach Bedarf, unabhängig von Wind und Sonne
- Verwertet Gülle, Mist und Reststoffe, die ohnehin anfallen
- Methan aus der Gülle wird genutzt, statt aus dem offenen Lager zu entweichen
- Gärrest ersetzt einen Teil des Mineraldüngers
- Die Wertschöpfung bleibt in der Region, beim Landwirt und im Handwerk
Nachteile
- Energiepflanzen brauchen Fläche, die auch für Futter und Lebensmittel gebraucht wird
- Anlieferung und Ausbringung bedeuten Verkehr, im Umfeld kann es riechen
- Undichte Stellen lassen Methan entweichen, ein starkes Treibhausgas
- Bau, Genehmigung und Netzanschluss brauchen Zeit und Kapital
- Gärrest fällt das ganze Jahr an und braucht Lagerraum
Viele dieser Nachteile lassen sich technisch klein halten: mit dichten Behältern, einem hohen Anteil an Gülle und Reststoffen und einer Gärrestaufbereitung, die Lagerraum spart. Genau dort setzt Biogastechnik Süd mit seinen Komponenten an. Wie umweltfreundlich Biogas wirklich ist, liest du im Beitrag „Ist Biogas umweltfreundlich?“.
Häufige Fragen zur Biogasanlage
Wie funktioniert eine Biogasanlage genau?
Bakterien vergären im Fermenter organisches Material ohne Sauerstoff. Das entstehende Biogas sammelt sich im Gasspeicher und wird im BHKW zu Strom und Wärme. Der Gärrest geht als Dünger zurück aufs Feld, so schließt sich der Kreislauf.
Was kostet eine Biogasanlage?
Das hängt stark von Größe und Ausstattung ab. Dazu kommen laufende Kosten für Wartung, Substrate und Personal.
Ist eine Biogasanlage gefährlich?
Biogas ist brennbar und kann mit Luft explosive Gemische bilden. Deshalb gelten für Biogasanlagen strenge Sicherheitsvorschriften, etwa Gaswarngeräte, Explosionsschutz und regelmäßige Wartung. Bei fachgerechtem Betrieb sind Biogasanlagen sicher.
Kann jeder Landwirt eine Biogasanlage bauen?
Grundsätzlich ja, wenn die Voraussetzungen stimmen: genug Substrat, Platz für die Anlage, eine Baugenehmigung und Fachwissen. Außerdem muss sich die Anlage rechnen. Viele Betreiber arbeiten deshalb mit Planungsbüros und Anlagenbauern zusammen.
Warum ist Biogas umstritten?
Kritik gibt es vor allem am Anbau von Energiepflanzen, weil er Fläche braucht, und an Methanverlusten aus undichten Anlagen. Anlagen, die überwiegend Gülle und Reststoffe vergären und dicht gebaut sind, schneiden in der Klimabilanz besser ab.
Was passiert mit Biogasanlagen nach 20 Jahren?
Nach 20 Jahren endet die feste Vergütung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz. Viele Betreiber bewerben sich dann in Ausschreibungen um eine Anschlussvergütung, stellen auf flexible Stromerzeugung um oder bereiten das Gas zu Biomethan auf. Oft ist das auch der Zeitpunkt, die Technik zu modernisieren.
Wie lange bleibt das Substrat im Fermenter?
Das hängt vom Substrat und von der Temperatur ab. Leicht abbaubare Stoffe wie Speisereste sind schneller vergoren als faserreiche Silage oder Mist.
Warum muss eine Biogasanlage gerührt werden?
Ohne Durchmischung bilden sich oben Schwimmschichten und unten Sinkschichten. Die Bakterien kommen dann nicht mehr an das Substrat, die Gasausbeute sinkt. Gleichzeitig verteilt das Rühren die Wärme im Behälter.
Weiterführende Informationen: Verbände rund um Biogas
Fachverband Biogas
Der Fachverband Biogas e. V. vereint bundesweit Betreiber, Hersteller und Planer von Biogasanlagen, Vertreter aus Wissenschaft und Forschung sowie Interessierte. Er setzt sich auf Bundes- und Länderebene für die verstärkte Nutzung der Biogastechnologie ein.
Agentur für
Erneuerbare Energien e.V.
Die Agentur für Erneuerbare Energien e. V. (AEE) informiert über die Energiewende und wirbt in der Gesellschaft für mehr Akzeptanz erneuerbarer Energien.
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