Biogasrohstoff

In Anlehnung an die Mikro- und Zellbiologie wird für den Rohstoff, der in einer Biogasanlage zur Erzeugung von Biogas genutzt wird, die Bezeichnung Substrat verwendet. Gelegentlich wird auch der nicht exakt definierte Begriff Gärsubstrat benutzt.

In Biogasanlagen findet ein anaerober mikrobieller Abbau (Vergärung) des Substrats statt, der als Nährstoff und Energiequelle für die Mikroorganismen dient. Die Hauptbestandteile des Biogases, Methan (CH₄) und Kohlendioxid (CO₂), sind zum einen Stoffwechselabfälle der Mikroorganismen, zum anderen ist das energiereiche Methan das Hauptprodukt einer Biogasanlage.

Insbesondere stark wasserhaltige Biomasse, die nicht direkt thermisch genutzt werden kann, eignet sich als Substrat. Das gasförmige Methan trennt sich vom flüssigen bis festen Substrat und kann beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk zur Erzeugung von Strom und Wärme genutzt werden. Biomasse, die reich an Cellulose (z. B. Stroh) und verholzten Anteilen (Lignocellulose) ist, ist für den mikrobiellen Abbau schlecht zugänglich und daher als Substrat zu Biogaserzeugung nicht geeignet.

Häufig werden neben einem Hauptsubstrat kleinere Anteile eines weiteren Rohstoffs eingesetzt, der als Cosubstrat cofermentiert wird. Insbesondere bei Biogasanlagen, die hauptsächlich mit Gülle betrieben werden, können Cosubstrate wie Fettabscheiderrückstände einen großen Anteil des Methanertrags liefern.

Substrate der Biogaserzeugung

Um die Abrechnung für die Biogas-Rohstoffe zwischen dem anbauenden Landwirt und der abnehmenden Biogasanlage korrekt durchführen zu können, wird bei den Ausgangsmaterialien (hier: Maishäcksel) eine Bestimmung der Trockenmasse durchgeführt

Vergleich von Biogasrohstoffen

Material	Biogasertrag[1] (FM = Frischmasse)	Methangehalt[1]
Maissilage	202 m³/t FM	52 %
Grassilage	172 m³/t FM	54 %
Roggen-GPS	163 m³/t FM	52 %
Futterrübe	111 m³/t FM	51 %
Bioabfall	100 m³/t FM	61 %
Hühnermist	80 m³/t FM	60%
Zuckerrübenschnitzel	67 m³/t FM	72 %
Schweinemist	60 m³/t FM	60 %
Rindermist	45 m³/t FM	60 %
Getreideschlempe	40 m³/t FM	61 %
Schweinegülle	28 m³/t FM	65 %
Rindergülle	25 m³/t FM	60 %

Rückstände der Tierhaltung

Gülle

In den ersten landwirtschaftlichen Biogasanlagen wurde Gülle als Hauptsubstrat eingesetzt. Sie steht in viehhaltenden Betrieben kostenlos zur Verfügung. Obwohl sie bereits vorverdaut ist, bietet sie noch ein gewisses Gaspotential. Weitere Argumente für die Vergärung von Gülle sind die geringeren Geruchsemissionen des Gärrests. Zudem ist sie ein wichtiges Cosubstrat in pflanzenvergärenden Anlagen, da sie durch ihre hohe Pufferkapazität die ablaufenden Prozesse stabilisiert. Zusätzlich liefert sie Stickstoffverbindungen (Ammonium: NH₃) und Spurenelemente, die die Aktivität und das Wachstum der Mikroorganismen optimieren. Zu beachten sind Kontamination der Gülle mit Antibiotika und Desinfektionsmitteln aus der Viehhaltung. In der seit 2009 gültigen Fassung des EEGs wurde die Vergütung für Strom aus kleinen Gülleanlagen erhöht, so dass mit einem Ausbau derartiger Biogasanlagen gerechnet wird.

Mist

Für Mist gilt ähnliches wie für Gülle. Die festere Konsistenz erfordert jedoch eine andere Rührtechnik im Fermenter. Das enthaltene Stroh liefert keinen nennenswerten Beitrag zur Gasausbeute, da es vor allem aus Cellulose besteht, die kaum abgebaut wird.

Organische Reststoffe

Reststoffe der Agrarindustrie

Bei der Verarbeitung landwirtschaftlicher Produkte können Reststoffe anfallen, die sich noch zur Biogaserzeugung eignen. Das sind beispielsweise

• Trester (Pressrückstände),
• Treber (Ausgelaugte Malzrückstände aus der Bierherstellung),
• Schlempen (Destillationsrückstände),
• Pülpe (Rückstände der Stärkegewinnung aus Kartoffeln)

und anderes. Die Gaserträge pro Tonne Frischmasse sind bei den verschiedenen Reststoffen sehr unterschiedliche, korrelieren aber stark mit dem Gehalt an Trockensubstanz.

Abfälle

Verschiedene Arten von Abfall wie

• Speisereste,
• Magen- und Panseninhalt von Schwein und Rind,
• Fettabscheiderrückstände aus Großküchen und Gastronomie,
• Bioabfälle

und anderes sind in Biogasanlagen verwertbar. Häufig fallen sie unregelmäßig an und werden daher als Cosubstrat eingesetzt. Bestimmte Hygienisierungschritte sind notwendig. Bioabfälle werden wegen des hohen Trockensubstanzgehalts meist in Trockenfermentationsanlagen verwertet.

Nachwachsende Rohstoffe

Für Biogasanlagen, die Nachwachsende Rohstoffe vergären, gewährt das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eine zusätzliche Vergütung (Nawaro-Bonus) für den eingespeisten Strom. Dadurch wird der Anbau von Energiepflanzen für die Verwendung als Substrat attraktiv.

Mais

Mais ist der bedeutendste Nachwachsende Rohstoff in der Biogaserzeugung. Gründe sind die hohen Hektarerträge, die durch die Zucht von sogenanntem Energiemais noch weiter verbessert werden soll, die effiziente Ernte mit Feldhäckslern und die gute Lagerbarkeit als Maissilage. Zudem ist er gut in die Biogasanlage einbringbar, gut abbaubar durch einen hohen Stärkegehalt und enthält keine langen Fasern, die die Anlagentechnik stören könnten.

GPS

Ein gelegentlich verwendetes Substrat ist Ganzpflanzensilage (GPS), vor allem aus Getreide. Die Erträge an Trockenmasse pro Hektar sind allerdings rund 20 % geringer als bei Mais. Durch den Anbau einer Folgefrucht, wie beispielsweise Hirse, sollen die Erträge pro Hektar und Jahr noch deutlich erhöht werden.

Zuckerrübe

Mit Zuckerrüben können hohe Hektarerträge erzielt werden. Zudem ist die Abbaubarkeit in Biogasanlagen gut. Problematisch sind Erdanhaftungen an der Rübe, die den Betrieb der Biogasanlage stören können. Eine Lagerung der Zuckerrübe ist nur bis zum Frühjahr möglich, da ein Konservieren durch silieren nicht durchführbar ist.

Grassilage

Häufig wird in Biogasanlagen ein geringer Anteil an Grassilage eingesetzt. Die enthaltenen langen Fasern erfordern eine geeignete Rührtechnik. Neben Gras von landwirtschaftlichen Flächen ist auch Grünschnitt aus der Landschaftspflege verfügbar.

Sonstige Substrate

Viele andere Substrate werden auf ihre Eignung zur Biogaserzeugung untersucht, beispielsweise um Monokulturen zu vermeiden oder um durch bestimmte Fruchtfolgen höhere Erträge zu erzielen. Auch Reststoffe aus der industriellen Verarbeitung von Biomasse, wie beispielsweise aus der Papierindustrie, werden auf ihre Eignung als Substrat untersucht. Beschränkend kann die Technik und die rechtliche Einteilung der Biogasanlage sein. Da die Mikrobiologie einer Biogasanlage längere Zeit benötigt, um sich auf ein neues Substrat einzustellen, sollte dieses längerfristig verfügbar sein.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR): Biogas Basisdaten Deutschland Stand: Januar 2008.

Literatur

• Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR): Handreichung Biogasgewinnung und –nutzung, ISBN 3-00-014333-5. Kostenlose 232-seitige Broschüre der FNR.