Biogaserzeugung in der Landwirtschaft

Landwirtschaftliche Biogasanlagen erzeugen regeneratives Biogas, aus dem Strom, Wärme und Biomethan (Erdgas-Substitut) produziert wird. Als Rohstoffe kommen Biomasse wie Energiepflanzen, Wirtschaftsdünger und Reststoffe zum Einsatz. In einem Gärprozess wird daraus Biogas erzeugt. Die dabei anfallenden Gärreste werden dem Kreislaufgedanken folgend als organische Düngemittel verwendet.

Ein Vorteil von Biogas ist, dass es sich speichern und bedarfsgerecht zur Energieproduktion nutzen lässt. Biogasanlagen sorgen für stabile Versorgungsnetze und nehmen damit eine wichtige Rolle im Energiesystem ein. Dabei sind die technischen und betrieblichen Voraussetzungen für eine optimale Vergärung, maximale Gasausbeuten und die intelligente Nutzung der erzeugten Energie zu schaffen.

Weite Verbreitung fanden Biogasanlagen mit Einführung des Stromeinspeisungsgesetzes 1991. Mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) von 2000 erhielt die Biogasbranche einen weiteren Schub. Mit voranschreitendem Alter der bestehenden Anlagen und der nach 20 Betriebsjahren auslaufenden Vergütung des eingespeisten Stroms nach den Regeln des EEG muss die Wirtschaftlichkeit vieler Anlagen geprüft werden. Weitere Herausforderung für die Biogaserzeugung sind aktuell der nachhaltige Anbau von Energiepflanzen, z.B. die Förderung der Biodiversität und die Erschließung weiterer Substrate für die Vergärung, insbesondere von Wirtschaftsdüngern und organischen Reststoffen.


Biomethan als Kraftstoff

Für den Ersatz von fossilem Diesel gibt es auf landwirtschaftlichen Betrieben verschiedene Möglichkeiten. Eine davon ist der Einsatz von Biomethan aus landwirtschaftlichen Biogasanlagen als Kraftstoff in dafür geeigneten Landmaschinen. Damit eröffnet sich für Biogasanlagenbetreiber eine Vermarktungsoption oder auch die Möglichkeit den eigenen Betrieb mit Biokraftstoff zu versorgen.
Die KTBL Schrift "Alternative Antriebssysteme für Landmaschinen" gibt einen Überblick über den Stand der Entwicklung von alternativen Antriebssystemen und unterstützt damit die Entscheidungsfindung, welche Antriebssysteme sinnvoll zum Einsatz kommen könnten. Eine Bewertungsmatrix bietet dem Leser eine zusammenfassende und systematische Einordnung der Energieträger und Antriebssysteme. Ein Auszug aus der KTBL-Schrift 519 zeigt, wie Klimaschutz und Kraftstoffnutzung in Beziehung zueinander stehen und welche rechtlichen Rahmenbedingungen bestehen: Auszug aus der KTBL-Schrift (PDF, 351 kB)

 Alternative Antriebssysteme für Landmaschinen


Anpassung Biogas

Neue Anforderungen aus dem EEG, steigende Substrat- und Pachtpreise sowie die Novellierungen im Wasser- und Düngerecht führen bei vielen Biogasanlagen zu Handlungsbedarf. Die Informationen im folgenden KTBL-Heft helfen den Betreibern von Bestandsanlagen ihren Handlungsspielraum zu erkennen und die richtigen Entscheidungen für die Zukunft zu treffen.

 Anpassungsstrategien für Biogasanlagen


Emissionen Biogasproduktion

Methanverluste auf Biogasanlagen mindern nicht nur die Erlöse, sondern gefährden auch die Umwelt und das Klima. Das KTBL-Heft zeigt die wichtigsten Emissionsquellen, auch für weitere Schadstoffe wie z.B. Ammoniak oder Stickoxide, auf und benennt Möglichkeiten zur Emissionsminimierung entlang der Biogasprozesskette. Die Autoren greifen u.a. dabei auf Ergebnisse des von der FNR geförderten Verbundvorhabens "BetEmBGA – Betriebsbedingte Emissionen an Biogasanlagen" zurück. Ein Auszug aus dem Heft zeigt die Möglichkeiten zur Emissionsvermeidung beim Betrieb von Biogasmotoren: Auszug aus dem KTBL-Heft (PDF, 514 kB)

 Emissionsarmer Betrieb von landwirtschaftlichen Biogasanlagen

Deutschland hat sich international verpflichtet, seinen Treibhausgas- und Ammoniak-Ausstoß zu mindern und regelmäßig Bericht zu erstatten. Zu diesem Zweck gibt es das Emissionsinventar für die Landwirtschaft. Grundlage für die Erstellung von Emissionsinventaren sind internationale Richtlinien. 2015 wurde die Biogaserzeugung einschließlich Energiepflanzen in das landwirtschaftliche Emissionsinventar integriert. Im folgenden Beitrag erläutern die Autoren die Emissionsquellen und Rechenmodelle.

Berücksichtigung der Biogaserzeugung im landwirtschaftlichen Emissionsinventar (PDF, 891 kB)


Biomethaneinspeisung

Biomethan ist ein erneuerbarer Energieträger, der zur Erzeugung von Strom und Wärme sowie als Kraftstoff genutzt werden kann. Die KTBL-Schrift "Biomethaneinspeisung in der Landwirtschaft" erklärt die technischen Grundlagen der Biogasaufbereitung und -einspeisung, erläutert die zum Zeitpunkt der Veröffentlichung geltenden Vorschriften, beschreibt Verfahrenstechniken sowie mögliche Geschäftsmodelle. Die Schrift greift dabei auf Ergebnisse des von der FNR geförderten Verbundvorhabens "MONA – Monitoring des Biomethanproduktionsprozesses" zurück.

 Biomethaneinspeisung in der Landwirtschaft

Wärmenutzung

Um eine möglichst ganzjährige und vollständige Nutzung thermischer Energie aus KWK-Anlagen (Kraft-Wärme-Kopplung) bei der Biogasverstromung zu erreichen, benötigen die Betreiber von landwirtschaftlichen Biogasanlagen detaillierte Angaben über den verfügbaren Wärmeüberschuss im Jahresgang, die Wärmebedarfe der in Frage kommenden Systeme zur Verwertung der Restwärme, wie beispielsweise die Versorgung eines Wohngebiets mit Nahwärme sowie die Möglichkeiten zur Kombination von Wärmenutzungen unter Berücksichtigung des Energiebedarfs der jeweiligen Wärmesenken im Jahresverlauf. Im Rahmen des von der FNR geförderten Forschungsvorhabens NABEL ("Nutzung von Abwärme aus Bio-Energie in der Landwirtschaft") wurde der "Wirtschaftlichkeitsrechner Biogas" um ein umfassendes Wärmenutzungsmodul erweitert.

 Web-Anwendung

Bewertung von Substraten hinsichtlich des Gasertrags

Es gibt viele Untersuchungsverfahren und Berechnungsmethoden, um die Qualität von Substraten und die Effizienz ihrer verfahrenstechnischen Umsetzung in einer Biogasanlage zu bewerten. Dies war Anlass für das Deutsche Biomasseforschungszentrum gGmbH (DBFZ) und KTBL das geförderten Projekt "Bewertung von Substraten hinsichtlich des Gastertrags – vom Labor zur großtechnischen Anlage" (SubEval) durchzuführen und einen Leitfaden zu erstellen.
Der Leitfaden beschreibt die unterschiedlichen Verfahren zur Bestimmung des Methanbildungspotenzials einzelner Substrate hinsichtlich ihrer praxisnahen Anwendung und Aussagekraft. Er liefert Handlungsempfehlungen für eine belastbare Bestimmung der verfahrenstechnischen Effizienz der Gärstrecke unter Berücksichtigung der konkreten Anlagenkonfiguration und Betriebsweise.

 Leitfaden zu Gaserträgen (DBFZ-Report Nr. 35)
 SubEval-Abschlussbericht
 Value of batch tests for biogas potential analysis (IEA Bioenergy Report)


Richtwerte Gasausbeute

Der in den Biogasanlagen erzielbare Methanertrag wird sowohl vom Methanpotenzial als auch durch die Prozesstechnik beeinflusst. Die Abschätzung des Methanertrags erfolgte in der Vergangenheit häufig aufgrund von individuellen Erfahrungswerten, was zu unterschiedlicher Dimensionierung der Anlagen bei sonst gleichen Ausgangsbedingungen führte. Solche Fehler gilt es zu beheben.

Die erstmals 2005 erarbeiteten Richtwerte für die Gasausbeute in landwirtschaftlichen Biogasanlagen finden breite Anwendung in Praxis und Beratung. Seither beschäftigt sich das KTBL mit der Qualitätsverbesserung von Gasertragsversuchen und der Einordnung deren Ergebnisse. 2020 erfolgt in Abstimmung mit der KTBL-Arbeitsgruppe "Gaserträge" die 3. Auflage des gleichnamigen Hefts. Dabei soll auch die Qualitätsverbesserung bei Batchversuchen durch die KTBL/VDLUFA Ringversuche Biogas berücksichtigt werden.

 KTBL-Arbeitsgruppe
 KTBL/VDLUFA Ringversuche Biogas


Gülle- und Gärrestaufbereitung

Die Vorgaben der Düngeverordnung haben zu einer zunehmenden Konkurrenz von unvergorenen Wirtschaftsdüngern und Gärresten um Flächen für die Ausbringung insbesondere in Intensivtierhaltungsregionen geführt. Dadurch ist die Gülle- und Gärrestaufbereitung wieder stärker in den Fokus der Diskussion gerückt. Aufgrund der Volumenreduktion und der gezielten Auftrennung der Nährstoffströme wird in der Gärrestaufbereitung eine Möglichkeit zur Nährstoffentfrachtung von Überschussregionen gesehen. Diesen Vorteilen der Aufbereitung stehen jedoch Kosten, Energieeinsatz und Treibhausgasemissionen aus der Errichtung und dem Betrieb der Aufbereitungsanlagen gegenüber.

Das KTBL hat im Verbundvorhaben GärWert die Kosten und Treibhausgasemissionen verschiedener Aufbereitungsverfahren betrachtet und diese einer Verwertung des unbehandelten Gärrests gegenübergestellt. Dabei wurde der Einfluss der Transportentfernung untersucht, aber auch der Effekt unterschiedlicher Entfrachtungsziele, bei denen nur ein Teil der im Gärrest enthaltenen Nährstoffe überregional verwertet werden mussten.

 GärWert (Abschlussbericht)

Im Projekt GaWiB (Aufbereitung von Gülle mit zielgerichteter und ressourceneffizienter Wertstoffrückgewinnung – wissenschaftliches Begleitprogramm) begleitet das KTBL die Umsetzung eines Gülleaufbereitungskonzepts im Landkreis Borken, für das sich 90 Landwirte zusammengeschlossen haben. Mit verschiedenen Szenarien, die mögliche Entwicklungen in den regionalen und überregionalen Rahmenbedingungen abbilden, werden die Chancen und Risiken der Aufbereitung am konkreten Beispiel abgeschätzt. Ergänzende bzw. alternative Verfahren und Konzepte zur regionalen und überregionalen Verwertung von Wirtschaftsdüngern werden analysiert und damit das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft in Fragen seiner "Wirtschaftsdüngerstrategie" unterstützt.

 KTBL-Arbeitsgruppe
Rahmenbedingungen für die Wirtschaftlichkeit der Gärproduktaufbereitung (PDF, 1 MB)


Phytohygienische Aspekte in der Biogasprozesskette

Pflanzliche Biomasse, die in die Biogasprozesskette gelangt, kann Pathogene und Unkrautsamen enthalten. Was aber passiert mit diesen im Biogasprozess? Wie aktiv sind sie noch im Gärprodukt und wie groß ist somit die Gefahr der Verschleppung bei der Ausbringung von Gärprodukten als Düngemittel?

Phytohygienische Aspekte in der Biogasprozesskette (PDF, 300 KB)


Biogas Progressiv - zukunftsweisende Strategien für landwirtschaftliche Biogasanlagen (ProBiogas)

Im Projekt "ProBiogas" erarbeitet das KTBL zusammen mit der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie der Universität Hohenheim und der Landwirtschaftskammer Niedersachsen praxistaugliche und zukunftsweisende Betriebsmodelle für Biogasanlagen nach Ablauf der garantierten EEG-Vergütungsansprüche (Post-EEG).

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Ringversuch Biogas / Proficiency Test Biogas

Seit 2006 führen KTBL und VDLUFA den Ringversuch Biogas durch, um eine systematische, laborübergreifende Verbesserung der Qualität von Gasertragsversuchen in Biogaslaboren zu erreichen.

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Since 2006 KTBL and VDLUFA have been organizing the proficiency test biogas in order to establish a network for the a systematic, laboratory-wide quality improvement of the biogas laboratories in the determination of the gas yield. This also helps to continuously improve KTBL’s standard biogas yields which are widely used for the planning and layout of biogas plants.

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BioEnergy Farm 2 - Energie aus Gülle und landwirtschaftlichen Reststoffen

Das EU-Projekt "BioEnergy Farm 2" informiert Landwirte unabhängig über die bestehenden Optionen zu Gülle‐Kleinanlagen und unterstützt sie bei ihrer individuellen Planung.

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 Zu BioEnergyFarm

KTBL/FNR-Kongress "Biogas in der Landwirtschaft"

Seit 2009 widmet sich der in zweijährigem Turnus stattfindende Kongress "Biogas in der Landwirtschaft – Stand und Perspektiven" relevanten Aspekten der landwirtschaftlichen Biogaserzeugung und -nutzung.

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Neuerscheinungen