erneuerbare Energie, Solarenergie und Photovoltaik

Erneuerbare Energie mit Photovoltaik

Herstellung

Die Angaben zur Nutzung von Biogas in Deutschland sind nicht ganz einheitlich wegen der nicht einheitlichen Zuordnung und Problemen der Datenerfassung. Manchmal wird Klärgas separat geführt, manchmal nicht; die Einordnung von Holzgas bleibt unklar. Nach dem unten aufgeführten Weblink (BMU) gibt es 2005 in Deutschland inzwischen ca. 2700 Biogasanlagen mit einer installierten elektrischen Leistung von 665 MW. Im Jahr 2005 wurden 2.500 GWh Strom erzeugt. Das entspricht 0,42 % des Gesamtstromverbrauchs von ca. 600.000 GWh in Deutschland. Die Quelle gibt diese Zahlen für Stromerzeugung aus gasförmigen Energieträgern an und enthält somit auch einen nicht aufgeschlüsselten Anteil von Strom aus Holzvergaseranlagen. Damit wird jährlich die Emission von 2,5 Millionen Tonnen Kohlenstoffdioxid vermieden.

In Jameln im Wendland wurde im Juni 2006 die erste öffentliche Biogastankstelle in Deutschland eröffnet.

In der Schweiz wird häufig von Kompogas gesprochen, wenn Biogas gemeint ist. An vielen Schweizer Gastankstellen wird unter der Bezeichnung „Naturgas“ ein Gemisch von Kompogas und Erdgas verkauft. Im Mai 2007 betrug der Anteil von Kompogas im Raum Zürich ungefähr 40 %, hingegen im Welschland 0 %. Schweizweit soll der Anteil vom Biogas am „Naturgas“ mindestens 10 % betragen.

Da zur Zeit schweizweit noch keine gesetzlich vorgeschriebenen Förderbeiträge (Einspeisevergütung für aus Biogas erzeugten Strom) bezahlt werden, wird das Potenzial der Biogasgewinnung in der Schweiz insbesondere in der Landwirtschaft noch relativ wenig ausgeschöpft.

Analog zur Verwendung von Holz in Biomasseheizkraftwerken werden vermehrt Pflanzen gezielt zur Verfaulung in Biogasanlagen, d. h. zur Produktion von Biogas angebaut. Dies können im Prinzip alle ackerbaulich genutzten Früchte oder Gras sein. Aktuell (2004) ist die Nutzung von Mais, Getreide (Acker) und Gras (Wiese) am weitesten verbreitet. Es gibt Anstrengungen mehrjährige Wildpflanzen als Energiepflanzen zu nutzen.

Zur groben Abschätzung der Nutzung für die Leistungserzeugung bei durchschnittlichem Wirkungsgrad:

Die Biogaserzeugung findet in einer Biogasanlage statt. In dem gesteuerten Prozess der Biogasbildung sind verschiedene Arten von anaeroben Mikroorganismen beteiligt, deren Mengenverhältnis zueinander durch Ausgangsstoffe, pH-Wert, Temperatur- und Faulungsverlauf beeinflusst wird. Aufgrund der Anpassungsfähigkeit dieser Mikroorganismen an die Prozessbedingungen können nahezu alle organischen Stoffe durch Verfaulen abgebaut werden. Lediglich höhere Holzanteile können durch das mikrobiologisch schwer zersetzbare Lignin schlecht verwertet werden. Voraussetzung für eine erfolgreiche Methanbildung ist ein Wasseranteil im Ausgangssubstrat von mindestens 50 %.

Man unterscheidet nach dem heutigen Erkenntnisstand vier parallel bzw. nacheinander ablaufende und ineinandergreifende biochemische Einzelprozesse, die den anaeroben Abbau biogener Stoffe ermöglichen:

  1. Während der Hydrolyse werden die Biopolymere in monomere Grundbausteine oder andere lösliche Abbauprodukte zerlegt. Fette werden in Fettsäuren, Kohlenhydrate, wie z. B. Polysaccharide, in Mono- oder Oligosaccharide und Proteine, in Peptide bzw. Aminosäuren zerlegt. Diese Reaktionen werden durch fakultativ anaerobe Mikroorganismen katalysiert, wobei diese die Edukte mittels ausgeschiedener Exoenzyme hydrolysieren. Dieser Reaktionsschritt ist aufgrund der Komplexität des Ausgangsmaterials geschwindigkeitsbestimmend.
  2. Im Rahmen der Acidogenese (allgemeinsprachlich auch als Fermentation bezeichnet) – die zeitgleich zur Hydrolyse stattfindet – werden die monomeren Interdukte einerseits in niedere Fett-/Carbonsäuren, wie z. B. Butter-, Propion- und Essigsäure, andererseits in niedere Alkohole, wie z. B. Ethanol, umgesetzt. Bei diesem Umsetzungsschritt gewinnen die fakultativ anaeroben Mikroorganismen erstmals Energie. Bei dieser Umsetzung werden bereits bis zu 20 % des Gesamtanteils an Essigsäure gebildet.
  3. Während der Acetogenese werden die niederen Fett- und Karbonsäuren sowie die niederen Alkohole durch acetogene Mikroorganismen zu Essigsäure (Anion Acetat) umgesetzt.
  4. In der letzten, obligat anaerob ablaufenden Phase – der Methanogenese – wird die Essigsäure durch entsprechend acetoklastische Methanbildner nach Gleichung 1 in Methan umgewandelt. Etwa 30 % des Methans entstehen nach Gleichung 2 aus Wasserstoff und CO2.

Zurück bleibt ein Gemisch aus schwer abbaubarem organischem Material, beispielsweise Lignin und anorganischen Stoffen wie zum Beispiel Sand oder anderen mineralischen Stoffen, der sogenannte Gärrest. Er kann als Dünger verwendet werden, da er noch alle Spurenelemente und zusätzlich noch fast den gesamten Stickstoff des Substrates in bioverfügbarer Form (NH4+ bei neutralem pH) enthält.

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