Aufgrund knapper werdender Ergdasvorkommen für die Energie- und Wärmeerzeugung wird der Verwendung von Biogas für diese Zwecke wachsende Bedeutung beigemessen. Nach einer Studie der Deutschen Vereinigung des Gas- und Wasserfaches ist es möglich, durch die Verwendung von Biogas CO2-neutral die schwindenden Erdgasmengen zu kompensieren [1]. Doch was ist Biogas überhaupt?
Definition
Biogas entsteht natürlicherweise bei der Vergärung von Biomasse unterschiedlichster Herkunft. Dieser Prozess kann im technischen Maßstab nachgestellt und zur Energiegewinnung genutzt werden. Für Produktion von Biogas können sowohl vorhandene Abfälle, als auch speziell für die Vergärung gezüchtete Pflanzen verwendet werden.
Für die technische Anwendung in der Energieerzeugung ist der Methangehalt im Gas entscheidend, da er maßgeblich die Menge an frei werdender Energie beeinflusst.
Biogas aus der Abfallvergärung
Die Abfallvergärung ist eine Alternative zur ausschließlichen Kompostierung biologisch abbaubarer Abfälle, bei der Biogas und kompostierbarer Gärrest entstehen. Die technische Umsetzung geschieht dabei in vier Schritten [2]:
- Aufbereitung des Bioabfalles
- Vergärung/ Fermentation
- Verarbeitung des Gärrestes
- Verarbeitung des Biogases
Aufbereitung
Die Aufbereitung dient dem Erreichen folgender Ziele: Sortierung mit Abscheidung der unerwünschten Abfallinhaltsstoffe, Optimierung der Startbedingungen für die Vergärung, Verbesserung der Kompostqualität.
Im Rahmen der Aufbereitung kann der Abfall zunächst per Handlese vorsortiert und dann gesiebt werden. Hierfür kann eine Vielzahl verschiedener Siebe (Trommel-, Schwing-, Spannwellensieb und Stangensizer) verwendet werden. Eisenbestandteile werden über Magnetscheider entfernt. In feuchten Substratzusammensetzungen kann zusätzlich eine Sink-Schwimm-Trennung zur Selektion eingesetzt werden, bei der Stoffe aufgrund unterschiedlicher Dichte unter Ausnutzung des Sedimentations- und Auftriebverhaltens getrennt werden können [3].
Vergärung/Fermentation
Vereinfacht dargestellt läuft die Vergärung in drei Schritten ab:
Im ersten Schritt, der Hydrolyse, werden hochmolekulare Verbindungen (Kohlenhydrate, Fette, Proteine) zu Spaltprodukten (Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren) umgesetzt. Durch extrazelluläre Enzyme wird die Umsetzung katalysiert. Durch den vorangegangenen Prozess der Zerkleinerung während der Aufbereitung kann die Hydrolyse optimiert werden.
Der zweite Schritt, die Acidogenese, verläuft simultan mit der Hydrolyse. Während der Acidogenese werden aus den durch Hydrolyse entstandenen Stoffen eine Vielzahl von Säuren gebildet.
Im dritten Schritt, der Aceto- und Methanogenese, werden Acetat und Methan gebildet. Diese zwei sehr unterschiedlichen Stoffe entstehen gemeinsam aufgrund der Lebensbedingungen der beteiligten Mikroorganismen.
Die acetogenen Bakterien setzen die vormals gebildeten Säuren zu Essigsäure, Kohlenstoffdioxid und Wasserstoff um. Hohe Wasserstoffgehalte hemmen hierbei allerdings das Wachstum der Bakterien.
Die methanogenen Bakterien teilen sich in zwei Gruppen: die eine Gruppe (70% Anteil) setzt Essigsäure zu Methan und Kohlenstoffdioxid um. Die andere Gruppe (30% Anteil) verwertet Wasserstoff für die Umsetzung und ermöglicht somit den acetogenen Bakterien das Überleben.
Verarbeitung des Gärrestes
Verarbeitung des Biogases
[1]: http://www.dvgw.de/gas/gase-und-gasbeschaffenheiten/biogas/
[2]: Dr. rer. nat. Ulrike Stadtmüller, TdA II – Biologische Abfallbehandlung, Vorlesung, 2007
[3]: Dr. rer. nat. Ulrike Stadtmüller, Grundlagen der Bioabfallwirtschaft, Lehr- und Handbuch, TK Verlag Karl Thome-Kozmiensky, 2004
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