Analyse der Energieflüsse von Biogasanlagen und Entwicklung von Effizienzparametern für die Energiepflanzenvergärung

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Elmar Fischer

Der Ausbau der landwirtschaftlichen Biogaserzeugung in Deutschland seit dem Jahr 2000 wurde wesentlich durch den Einsatz nachwachsender Rohstoffe ermöglicht. Mit der Erwartungshaltung, dass Biogas eine Rolle im Energiesystem der Zukunft einnimmt, wurden Anlagen zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung, zur Einspeisung ins Erdgasnetz und zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen errichtet. Der Betrieb dieser Anlagen wird bis heute den Anforderungen, welche an einen Kraftwerksprozess gestellt werden, nicht gerecht. So fehlen einheitliche Bewertungsmaßstäbe und daraus abgeleitete Richtlinien, welche die Biogasanlage auch als Kraftwerk im engeren Sinne analysieren und Optimierungsansätze bieten. Insbesondere im Bereich der anlagenbezogenen Energiebilanzen besteht ein Wissensdefizit.

Mit der vorliegenden Arbeit soll diese Lücke geschlossen werden, indem eine Analyse der Energieflüsse von Biogasanlagen vorgenommen wird und Methoden der Energie- und Kraftwerkstechnik auf den Biogassektor übertragen werden. Da anaerobe Abbauprozesse in Abhängigkeit von der chemischen Beschaffenheit der Inputstoffe nur einen Teil der Organik umsetzen können, wird ein Korrekturfaktor für das anaerob nutzbare Energiepotenzial vorgeschlagen. Dieser dient der besseren Vergleichbarkeit von Biogasanlagen mit verschiedenen Substratkonzepten. Für Betreiber von Biogasanlagen wird damit eine Bewertung des Anlagenbetriebs ermöglicht, die leicht in die Betriebsdatenauswertung und auch in das Prozessleitsystem der Anlage integriert werden kann.

Die Analyse der Energieflüsse zeigte, dass selbst bei gut funktionierenden Anlagen etwa 25 % der mit dem Substrat zugeführten Energie ungenutzt im Gärrest verbleiben. Dieser Anteil stellt zusammen mit der oftmals ungenutzten Abwärme das vorrangige Ziel für Anlagenoptimierungen dar. Lediglich 20 % des Energiepotenzials können in elektrische Energie überführt werden. In Bezug auf die zugeführte Substratenergie spielen thermische Energieflüsse und der Eigenstrombedarf eine untergeordnete Rolle.

Der mittlere Brennstoffausnutzungsgrad einer Biogasanlage wurde mit maximal 40,5 % berechnet. Im Vergleich mit Biogasanlagen der Biogasmessprogramme I & II kann ein mittlerer Brennstoffausnutzungsgrad von 20,0 %, für Anlagen die keine oder nur geringe Wärmenutzungsgrade aufweisen, als Richtwert angenommen werden. Bei optimaler Ausschöpfung des Substratpotenzials und vollständiger Wärmenutzung ist ein theoretischer mittlerer Brennstoffausnutzungsgrad von 50 % denkbar.

Förderzeitraum:
01.01.2006 - 31.12.2008

Institut:
Deutsches BiomasseForschungsZentrum gGmbH
(DBFZ)

Betreuer:

E-Mail: E-Mail schreiben

Optimierung von Biogasanlagen
Optimierung von Biogasanlagen