Woraus besteht Biogas? Zusammensetzung, chemische Formel und Qualität

Methan, CO₂ und aggressive Spurengase: Biogas ist ein komplexer Cocktail, dessen Qualität über Gewinn oder Schaden entscheidet. In diesem Artikel entschlüsseln wir die chemische Zusammensetzung Ihres Brennstoffs und erklären, warum Gülle anders reagiert als Mais. Erfahren Sie, wie Sie trotz schwankender Gaswerte Ihren Motor schützen.

Christoph Brugger Sales Manager

Vertikale Sicht der Prozesskomponenten, Fermenter und Biogasbehälter der landwirtschaftlichen Biogasanlage.

Wer an die Energiewende in Deutschland denkt, hat oft Windräder und Solarparks vor Augen. Doch in den Tanks der Biogasanlagen findet ein unsichtbarer, faszinierender Prozess statt, der unsere Energieversorgung rund um die Uhr sichert.

Biogas ist ein lebendiger Energieträger und zählt zu den vielseitigsten erneuerbaren Energieträgern. Es ist kein standardisiertes Industrieprodukt aus der Pipeline, sondern das Ergebnis eines biologischen Wunders: der anaeroben Vergärung.

Für den Betreiber eines Blockheizkraftwerks (BHKW) ist das Wissen um die genaue Biogaszusammensetzung bares Geld wert. Denn was im Fermenter aus Gülle, Energiepflanzen oder Bioabfällen entsteht, entscheidet über den Wirkungsgrad des Motors und die Langlebigkeit der Komponenten.

In diesem Beitrag tauchen wir tief in die Chemie ein. Wir klären, woraus das Gasgemisch besteht, warum es keine einfache Summenformel gibt und wie Sie die Qualität Ihres Gases richtig einschätzen.

Die komplexe Anatomie des Biogases

Biogas ist das Endprodukt einer Kette biologischer Abbauprozesse unter Ausschluss von Sauerstoff. In diesem Milieu zersetzen Mikroorganismen organisches Material. Was dabei entsteht, ist ein Cocktail aus verschiedenen Gasen.

Die Effizienz der Biogasproduktion hängt dabei stark von der Stabilität dieses Prozesses ab. Die genaue Zusammensetzung von Biogas schwankt zwar, doch die Hauptkomponenten bleiben stets gleich.

Die Bestandteile im Detail:

Methan (CH₄): Mit einem Anteil von 50 bis 70 Prozent ist Methan der Held dieses Prozesses. Es bestimmt den Heizwert und die elektrische Energie, die am Ende im Blockheizkraftwerk erzeugt wird. Je höher der Methangehalt, desto energiereicher ist das Gas.
Kohlendioxid (CO₂): Dieser Anteil variiert zwischen 30 und 50 Prozent. Kohlenstoffdioxid ist ein unvermeidbares Nebenprodukt der bakteriellen Arbeit. Energetisch gesehen ist es Ballast, der den Brennwert senkt.
Wasserdampf: Da die Vergärung in einer feuchten Umgebung stattfindet, ist das Rohbiogas stets wasserdampfgesättigt.
Spurengase: Hier wird es für die Technik kritisch. Schwefelwasserstoff (H₂S), Ammoniak (NH₃), Stickstoff (N₂) und Wasserstoff kommen zwar nur in geringen Konzentrationen vor, haben aber enorme Auswirkungen. Besonders Schwefelwasserstoff wirkt stark korrosiv und kann Motoren zerstören, wenn er nicht entfernt wird.

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Gibt es eine chemische Formel für Biogas?

In der Schule haben wir gelernt: Wasser ist H₂O. Doch wie lautet die Formel für Biogas? Die Antwort ist: Es gibt keine einzelne chemische Formel. Da Biogas ein Gemisch aus verschiedenen Molekülen ist, lässt sich keine feste Summenformel definieren.

In der Praxis hilft jedoch eine vereinfachte Darstellung, um den Prozess zu verstehen: Biogas ≈ CH₄ + CO₂ + Begleitstoffe

Der Weg dahin ist komplex. In den Phasen der Methanbildung werden langkettige Monomere und Fettsäuren wie Essigsäure aus organischen Stoffen von Bakterien abgebaut. Der pH-Wert und die Temperatur im Faulbehälter entscheiden darüber, ob die Bakterien effizient arbeiten oder ob der Prozess kippt.

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Biogasanlage mit Windräden im Hintergrund

Der Einfluss der Substrate: Warum Gülle kein Mais ist

Nicht jedes Futter liefert das gleiche Ergebnis. Die Substratzusammensetzung bestimmt maßgeblich, wie viel Gas entsteht und wie hoch der Methananteil ist.

Energiepflanzen: Substrate wie Maissilage oder Zuckerrüben haben eine hohe Energiedichte (viel Trockensubstanz) und liefern hohe Biogaserträge mit gutem Methangehalt. Allerdings stehen sie in der Diskussion um Monokulturen und Flächenkonkurrenz.
Wirtschaftsdünger: Gülle und Mist sind nachhaltige Reststoffe. Sie liefern zwar weniger Gas pro Tonne als Mais, sind aber kostengünstig. Zudem wird durch ihre Nutzung verhindert, dass Methan als schädliches Treibhausgas ungenutzt in die Atmosphäre entweicht. Ein wertvolles Nebenprodukt sind hierbei die Gärreste, die als Dünger in den Kreislauf zurückgeführt werden.
Bioabfälle und Speisereste: Die Energiegewinnung aus organischen Abfällen ist hocheffizient, bringt aber oft Störstoffe und schwankende Qualitäten mit sich.

Laut der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) liegt die Kunst der Biogaserzeugung darin, den Mix aus nachwachsenden Rohstoffen und organischen Reststoffen so zu steuern, dass die Biologie im Fermenter stabil bleibt.

Biogas vs. Erdgas: Der Unterschied liegt in der Reinheit

Oft werden Bioenergie und Erdgas verglichen. Chemisch gesehen ist der Hauptakteur bei beiden Methan. Doch während fossiles Erdgas oft zu über 90 Prozent aus reinem Methan besteht, trägt Rohbiogas noch seinen „Rucksack“ aus CO₂ und Begleitstoffen.

Das hat Konsequenzen für die Nutzung. Im direkten Vergleich hat Biogas einen geringeren Brennwert. Für die Einspeisung in das Erdgasnetz muss es daher aufwändig gereinigt werden.

In der Biogasaufbereitung werden Kohlendioxid und Schwefel entfernt, bis das Gas Erdgasqualität erreicht. Erst dann spricht man von Biomethan, das flexibel im Netz gespeichert oder als Kraftstoff genutzt werden kann.

Warum die Zusammensetzung über Ihren Gewinn entscheidet

Für den Betreiber eines BHKW ist die Gasanalyse das wichtigste Instrument im Cockpit.

Schwankender Methangehalt: Fällt der CH₄-Anteil, muss der Motor mehr Gasgemisch ansaugen, um die gleiche Leistung zu bringen. Die Steuerung muss hier präzise regeln.
Schwefelwasserstoff: Dieses aggressive Gas wird bei der Verbrennung zu schwefliger Säure. Diese greift Zylinderköpfe, Laufbuchsen und das Abgassystem an. Ohne effektive Entschwefelung drohen teure Schäden.
Wasserdampf: Kondensierendes Wasser im Gas kann zu Korrosion und Startproblemen führen.

Nur wer seine Werte kennt, kann die Stromerzeugung und Kraft-Wärme-Kopplung effizient steuern und teure Ausfälle vermeiden.

Die Funktionsweise einer Biogasanlage

Wie funktioniert eine Biogasanlage? Von der Anlieferung der Gülle bis zur Biogasproduktion im Fermenter und der Stromerzeugung im BHKW – ein detaillierter Blick auf die Funktionsweise.

PowerUP – Technik, die mit Ihrem Gas klarkommt

Biogas ist ein anspruchsvoller Brennstoff. Die schwankende Qualität und aggressive Begleitstoffe verlangen Ihrem Gasmotor alles ab. Standardlösungen kommen hier oft an ihre Grenzen.

PowerUP bietet Ihnen Ersatzteile und Services, die speziell für diese rauen Bedingungen entwickelt wurden. Sie sind unter anderem passend für Gasmotoren von Jenbacher®, MWM®, MAN®, CAT® oder Liebherr®.

Robuste Komponenten: Unsere Zylinderköpfe und Zündkerzen sind widerstandsfähiger gegen chemische Angriffe durch Schwefel und Säuren als viele Standardbauteile.
Flexibilität: Mit unseren Steuerungs-Upgrades helfen wir Ihrer Anlage, Schwankungen im Methangehalt besser auszugleichen und den Wirkungsgrad hochzuhalten.
Langlebigkeit: Durch zustandsorientierte Wartung reagieren wir auf den tatsächlichen Verschleiß, den Ihr spezifisches Gas verursacht, anstatt Teile blind nach Plan zu tauschen.

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