Zusammenfassung
Eine Biogasanlage dient zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse. Als Nebenprodukt wird Dünger produziert. In vielen Fällen wird das entstandene Gas zur Strom- und Wärmeerzeugung mittels Gasmotoren genutzt, man spricht von Kraft-Wärme-Koppelung (KWK) und Blockheizkraftwerken (BHKW).
Es werden verschiedene Rohstoffe, z. B. Bioabfall, Gülle, Klärschlamm, Fette oder Pflanzen in einen luftdicht verschlossenen Fermenter (Bioreaktor) eingebracht. Dort entsteht durch anaerobe Gär- oder Fäulnisprozesse das Biogas, das je nach Ausgangsstoff aus 40–75 % Methan, 25–55 % Kohlendioxid, bis zu 10 % Wasserdampf sowie darüber hinaus aus geringen Anteilen Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Ammoniak (Harnstoff) und Schwefelwasserstoff \(\mathrm{H_{2}S}\) besteht.
Anschaulich gesprochen ist die Biogasanlage eine technische Verlängerung des Enddarms. Bakterien (Anaeroben), die im Darm die Nahrung zerlegen, werden bei körperspezifischen Temperaturen (30…40 \({}^{\circ}\text{C}\)) so gehalten, dass eine optimale Stoffumsetzung erfolgen kann.
Die Verfahren und Bakterientypen sind auch aus der Abwasseraufbereitung bekannt:
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Notes
- 1.
Carbonsäuren enthalten die funktionelle Gruppe -COOH (Carboxylgruppe).
- 2.
Die Hydrolyse ist die Spaltung einer chemischen Verbindung durch Reaktion mit Wasser. Dabei wird (formal) ein Wasserstoffatom an das eine „Spaltstück“ abgegeben, der verbleibende Hydroxylrest an das andere Spaltstück gebunden. Durch Hydrolyse werden viele Biomoleküle (z. B. Proteine, Disaccharide, Polysaccharide oder Fette) im Stoffwechsel durch Enzyme in ihre Bausteine (Monomere) zerlegt.
- 3.
Als Amine bezeichnet man organische Abkömmlinge (Derivate) des Ammoniaks (NH\({}_{3}\)).
- 4.
Seibt, A. et al.: Lösung und Entlösung von Gasen in Thermalwässern – Konsequenzen für den Anlagenbetrieb, http://bib.gfz-potsdam.de/pub/str9904/9904-6.pdf.
- 5.
VDI-Nachrichten Nr. 40 vom 2. Okt. 2008 S. 15.
- 6.
Forschungs- und Transferzentrum für „Regenerative Energien und Verfahrenseffizienz“ HAW Hamburg; Prof. Dr. SCHERER; www.haw-hamburg.de/ftz-reeve.html.
- 7.
Das Ausmaß der Reduktionskraft eines Systems wird durch ihr Redoxpotential beschrieben; dies ist die Bereitschaft, bei einer chemischen Redoxreaktion Elektronen abzugeben und damit in die oxidierte Form überzugehen oder umgekehrt Elektronen aufzunehmen, um in die reduzierte Form überzugehen. Für biochemische Vorgänge rechnet man mit den auf pH 7 bezogenen Potentialen \(\Updelta E^{\mathrm{o}}\)’.
- 8.
Der pH-Wert ist ein Maß für die Stärke der sauren bzw. basischen Wirkung einer wässrigen Lösung. Als logarithmische Größe ist er durch den mit \(-1\) multiplizierten dekadischen Logarithmus (\(=\) „Zehnerlogarithmus“) der Wasserstoffionenkonzentration definiert. \(\mathrm{pH}<7\) entspricht einer Lösung mit saurer Wirkung; \(\mathrm{pH}=7\) entspricht einer neutralen Lösung; pH \(> \) 7 entspricht einer alkalischen Lösung (basische Wirkung).
- 9.
In der Chemie ist die Pufferkapazität die Menge starker Base (oder Säure), die durch eine Pufferlösung ohne wesentliche Änderung des pH-Wertes aufgenommen werden kann.
Literatur
Dreyhaupt, F.J. (Hrsg.): VDI-Lexikon Umwelttechnik. VDI-Verlag, Düsseldorf (1994)
Eder, Schulz: Biogas Praxis, 4. Aufl. Ökobuch Verlag, Staufen (2007)
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Baehr, H.D.: Thermodynamik, 5. Aufl. Springer, Berlin, Heidelberg, New York (1981). Seite 346 ff bzw. Tab. 10.6 und 10.11
Grote, K.-H., Feldhusen, J. (Hrsg.): Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau, 24. Aufl. Springer, Berlin, Heidelberg, New York (2014)
Urban, W.; Girod, K.; Lohmann, H. (Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik – Fraunhofer UMSICHT): Technologien und Kosten der Biogasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz, BMBF-Studie, Oberhausen (2008)
Theißing, M.: Biogas – Einspeisung und Systemintegration in bestehende Gasnetze, Öster. Ministerium f. Verkehr, Innovation u. Technologie, Berichte aus der Energie- und Umweltforschung 1/2006, Wien; http://www.nachhaltigwirtschaften.at
Institut für Energetik und Umwelt gGmbH; Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft, Fachagentur für nachwachsende Rohstoffe (FNR – Hrsg.): Handreichung Biogasgewinnung und -nutzung (3. Auflage), Gülzow (2006) www.fnr.de
Hölker, U.: Nicht zu heiß vergären. Biogas-Journal 02, 24–27 (2009). Fachverband Biogas e.V.
Wirtschaftsministerium des Landes Baden-Württemberg: Sicherheitsregeln für landwirtschaftliche Biogasanlagen – Planungshilfe für Bauherren, Ingenieure und Fachbehörden, Stuttgart (1998)
FNR (Hrsg.): Biogas – eine natürliche Energiequelle, Gülzow, 2002, www.fnr.de
Weiterführende Literatur
Scherer, Paul A.: Zur Biologie von Vergärung von Biomasse, persönliche Mitteilungen, August 2008
BINE: Betriebserfahrungen mit Biogasanlagen in der Landwirtschaft – Ergebnisse einer Strukturanalyse. BINE Fachinformationsdienst, Bonn/Karlsruhe (1998)
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Watter, H., Watter, H. (2019). Biogas. In: Regenerative Energiesysteme. Springer Vieweg, Wiesbaden. https://doi.org/10.1007/978-3-658-23488-1_8
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