Um Energie in Form von Strom und Wärme herzustellen, gibt es viele Möglichkeiten. Manche setzen auf konventionelle, aber nicht unbedingt zukunftsfähige Energieträger wie Kohle- oder Atomkraft. Andere nutzen erneuerbare Energien wie Wind-, Wasser- oder Solarenergie. Und wieder andere bauen auf ein sehr zukunftsfähiges Konzept der umweltfreundlichen und klimaschonenden Energiegewinnung: die Biogasanlage. Aufbau und Funktion derselben sorgen nämlich dafür, dass CO2-neutrale Energie entsteht, die gleich mit einer ganzen Reihe von Vorteilen überzeugt.

Erfahren Sie in diesem Beitrag alles über Aufbau, Funktion, Arbeitsweise und die besten Einsatzmöglichkeiten einer Biogasanlage.

Das macht eine Biogasanlage – Aufbau und Arbeitsweise

Ganz allgemein gesagt, dient eine Biogasanlage der Erzeugung von Biogas, das sich zu Energie in Form von Strom, Wärme oder Treibstoff umwandeln lässt. Dabei ist Biogas das Endprodukt einer natürlichen Zersetzung von organischen Stoffen, also von Biomasse. Das können zum Beispiel Gülle, Klärschlamm oder Bioabfälle sein, tierische Abfälle oder Zwischenfrüchte und Energiepflanzen. Verschiedene Mikroorganismen zersetzen diese Ausgangsstoffe in einem sogenannten anaeroben Prozess. Heißt: unter Ausschluss von Luft. So entsteht das Biogas in der Biogasanlage. Der Aufbau letzterer spielt dabei eine wichtige Rolle für den optimalen Output.

Abhängig davon, welche Ausgangsstoffe zur Biogasgewinnung im Einsatz waren, kann der Methangehalt des Endprodukts zwischen 50 Prozent und 75 Prozent betragen. Somit besteht Biogas zum Großteil aus brennbarem Methan (CH4). Weitere Bestandteile von Biogas sind Stickstoff, Wasser, Sauerstoff, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff. Das zeigt: Hier sind explosive Stoffe im Einsatz. Für die Biogasanlange und ihren Aufbau ist das ein wichtiger Punkt, denn eine Anlage kann nur dann optimal und sicher funktionieren, wenn sie fach- und sachgerecht konzipiert ist.

Die Biogasanlage und ihr Aufbau – das sind die wichtigsten Komponenten

Funktionsabläufe und Aufbau einer Biogasanlage lassen sich am besten anhand der vier Phasen erklären, die das Ausgangsmaterial auf seinem Weg von der Biomasse zum fertigen Biogas durchläuft. Je nach Phase unterscheiden sich die Bauteile und Komponenten der Anlage. Das ist extrem wichtig, um genau so viel Biogas erhalten zu können, dass die Herstellung wirtschaftlich ist.

Welche vier Phasen es bei der Herstellung von Biogas gibt und was das für die Biogasanlage und ihren Aufbau bedeutet, zeigt die folgende Übersicht:

· Phase 1: Substratmanagement

Der erste Schritt auf dem Weg von der Biomasse zum Biogas ist das Substratmanagement. Hier kommen die ersten wichtigen Bestandteile für eine Biogasanlage und ihren Aufbau ins Spiel: Das Lager, auch als Vorgrube bezeichnet, und die zur Aufbereitung, Reinigung und Sortierung des Substrats notwendigen Komponenten. In der Vorgrube bekommt das Ausgangssubstrat durch Schreddern, Mühlen, Quetschen oder Wellen genau die zerkleinerte oder aufgebrochene Konsistenz, die die Mikroorganismen benötigen, um optimal arbeiten und das Substrat zersetzen zu können. Ein essenzieller Schritt der Biogasproduktion und damit auch entscheidender Faktor für die Biogasanlage und deren Aufbau.

Je nachdem, ob das Substrat dann nass oder trocken fermentiert wird, gestaltet sich dessen Vorbereitung in der Vorgrube. Bei einer Trockenfermentation bleibt das Substrat eher trocken und faserig, bei der Nassfermentation vergären die Ausgangsstoffe als nasse oder feuchte Biomasse unter stetigem Durchmischen. Auch das ist wichtig beim Aufbau der Biogasanlage, denn darauf basierend sollte auch der Fermenter gestaltet sein.

· Phase 2: Biogasgewinnung

Apropos Fermenter: An ihm führt beim Planen des Aufbaus Ihrer Biogasanlage kein Weg vorbei. Denn dieser ist eines der wichtigsten Bauteile einer jeden Biogasanlage. Hier findet die Fermentation, also die anaerobe Vergärung der Biomasse statt – ein zentraler Schritt auf dem Weg zum Biogas.

Damit Arbeitsprozesse und Aufbau der Biogasanlage optimal aufeinander abgestimmt sind, sollte der Weg des Substrats von der Vorgrube in den Fermenter gut geplant sein. Deswegen empfiehlt es sich, das angemischte Substrat über entsprechende Pumpen in spezielle Fermenterboxen einzubringen. Diese gibt es sowohl in stehender als auch in liegender Ausführung. Bei einer durchschnittlichen Temperatur von etwa 40 °C beginnen die Mikroorganismen im Fermenter mit der anaeroben Vergärung des Substrats. An diesem Punkt ist es im Hinblick auf den Aufbau der Biogasanlage absolut wichtig, dass die Anlage über ein Heizsystem verfügt, um so ein konstantes Temperaturniveau zu gewährleisten. Eine effektive Wärmedämmung sollte hier für zusätzlichen Schutz sorgen. Für eine konstante Durchmischung des Substrats ist zudem ein verlässlich funktionierendes Rührwerk ein Muss.

Zudem ist es von Vorteil, wenn die Anlage über einen separaten Behälter verfügt, der es ermöglicht, eine vorgeschaltete Hydrolyse (also einen speziellen Hygienisierungsprozess) abzutrennen und bereits vor der Vergärung im Fermenter durchzuführen. Das macht es einfacher, den unterschiedlichen Anforderungen der versäuernden Bakterien sowie der Essigsäure- und Methanbilder gerecht zu werden.

· Phase 3: Gärrestemanagement

Nach der Fermentation geht es für das Biogas in den Gasspeicher zu einer kurzen oder mittelfristigen Speicherung. Bei der Aufbauplanung der Biogasanlage sind neben dem Gasspeicher auch die Gasreinigungssysteme zur Entschwefelung und Entwässerung sowie die Pumpleitungen für Gärreste und Biogas ein wichtiger Faktor. Natürlich inklusive aller notwendigen Sicherheitsventile und Drucksicherungen. Denn gerade Sicherheit spielt hier eine extrem wichtige Rolle, da der Umgang mit Biogas wegen seines hohen Methangehalts nicht ungefährlich ist.

Aber: Je mehr Methan sich im Biogas befindet – also je „reiner“ das Biogas letztendlich ist – desto effektiver lässt es sich zur Herstellung von Energie in Form von Wärme, Strom oder Treibstoff nutzen. Aus diesem Grund ist eine Gasreinigung zur Entschwefelung und Entwässerung absolut empfehlenswert. Diese sollte zwingend vor der vierten Phase der Biogasherstellung, also vor der Nutzung des Gases, stattfinden.

Wo Biogas entsteht, fallen auch Restabfälle als Gärprodukt an, die in verschiedenen Bereichen als hochwertiges und an humusbildenden Nährstoffen reiches Düngemittel zum Einsatz kommen. Auch das spielt eine wichtige Rolle im Zusammenhang von Biogasanlage und Aufbau. Denn die Gärreste kommen aus dem Fermenter immer in ein Zwischenlager oder in einen Nachfermenter. Dieser muss in jedem Fall über eine Sinkschichtaustragung verfügen, um einen Rückfluss der Gärreste in den Hauptfermenter zu verhindern. Das würde zu einer Verunreinigung des Gases führen und seine Nutzbarkeit deutlich einschränken – von der Wirtschaftlichkeit ganz zu schweigen.

· Phase 4: Nutzung des Biogases

Ist das Biogas fertig, so gelangt es von einem kurzen oder mittelfristigen Gasspeicher direkt in das Blockheizkraftwerk der Biogasanlage. Aufbau und Funktion derselben sind hier sehr eng miteinander verknüpft. Denn im BHKW dient das Biogas der gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Wärme. Zudem ist es an dieser Stelle eine Option, das Biogas direkt ins Gasnetz einzubringen. Auch ist es möglich, das Biogas dem Erdgasnetz oder einer Erdgastankstelle zuzuführen. Dafür muss das Biogas jedoch erst in einer Biogasaufbereitungsanlage (BGAA) von seinen Nebenprodukten
bereinigt werden, um Erdgasqualität zu erhalten.

Eine schnellere Energiewende dank Biogas?

Der große Vorteil einer Energiegewinnung aus Biogas liegt darin, dass dieses extrem flexibel nutzbar, hoch verfügbar und sehr klimafreundlich ist. Denn anders als erneuerbare Energieträger wie Wind, Sonne oder Wasser, ist Biogas unabhängig von Wetter und Witterung produzierbar. Damit erweist es sich als perfekt geeignet, um eine gewisse Grundlast bereitzustellen, mögliche Netzschwankungen ausgleichen und den Energiebedarf der Menschen auf „grüne“ Art und Weise zu decken. Wer also überlegt, in eine Biogasanlage und ihren optimalen Aufbau zu investieren, investiert gleichzeitig auch in ein sehr zukunftsfähiges Energiekonzept.