Wie entsteht Biogas?
Biogas ist ein zentraler Baustein der Energiewende. Es wird aus organischen Stoffen gewonnen, die ohnehin in der Landwirtschaft, in der Lebensmittelproduktion oder im kommunalen Abfallmanagement entstehen. Doch wie funktioniert das genau? Wie entsteht Biogas, und welche Faktoren beeinflussen die Qualität und Menge des entstehenden Gases?
Mit unserer langjährigen Expertise in der Gasmotorenbranche erklären wir Ihnen, wie die Biogas-Entstehung im Detail abläuft, woraus Biogas besteht, welche Phasen dabei eine Rolle spielen und warum dieses Verfahren ein wichtiger Bestandteil einer nachhaltigen Energiezukunft ist. Viel Spass damit!
Was ist Biogas eigentlich?
Biogas ist ein brennbares Gasgemisch, das überwiegend aus Methan (CH₄) und Kohlendioxid (CO₂) besteht. Es entsteht, wenn organisches Material, wie zum Beispiel Gülle, Pflanzenreste oder Bioabfälle, unter Ausschluss von Sauerstoff von Mikroorganismen zersetzt wird.
Der wichtigste Unterschied zu fossilem Erdgas liegt in der Entstehung: Während Erdgas über Millionen von Jahren aus abgestorbenem Material entstanden ist, lässt sich Biogas in wenigen Wochen oder Monaten erzeugen. Das macht es zu einer klimafreundlicheren und erneuerbaren Alternative zu herkömmlichen Brennstoffen.
Grundlagen der Biogas-Entstehung
Die Biogas-Entstehung basiert auf einem natürlichen Prozess. Diesen nennt man anaerobe Vergärung. Dabei zersetzen Mikroorganismen organisches Material in einer sauerstofffreien Umgebung. Der Prozess läuft in einem geschlossenen Fermenter ab, der ein wichtiger Teil einer jeden Biogasanlage ist.
Als Ausgangsstoffe, auch Substrate genannt, kommen vor allem Gülle, Mist, Energiepflanzen, aber auch organische Abfälle aus Haushalten und der Industrie zum Einsatz.
Damit der Prozess effizient verläuft, müssen dafür bestimmte Bedingungen erfüllt sein: Die Temperatur im Fermenter liegt meist bei rund 35 bis 40 Grad Celsius, da sich die Mikroorganismen besonders wohlfühlen. Man bezeichnet diesen Temperaturbereich in der Mikrobiologie auch als “mesophil”, also besonders gut geeignet für Mikroorganismen, die gemäßigte Bedingungen bevorzugen. Auch der pH-Wert muss dabei stabil bleiben und das Substrat muss ausreichend lange im System verweilen.
Die vier Phasen der Biogas-Entstehung
Die Biogasproduktion verläuft in vier biologischen Teilprozessen, die ineinandergreifen:
1. Hydrolyse: In der ersten Phase werden komplexe organische Moleküle wie Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße durch Enzyme in kleinere Bestandteile zerlegt – beispielsweise Zucker, Fettsäuren und Aminosäuren.
2. Acidogenese: Diese Verbindungen werden dann von Bakterien zu organischen Säuren, Alkoholen, Wasserstoff und CO₂ umgewandelt.
3. Acetogenese: Aus den zuvor entstandenen Stoffen entstehen Essigsäure, Wasserstoff und weitere Mengen CO₂. Diese sind die unmittelbaren Vorstufen für die Methanbildung.
4. Methanogenese: In der letzten Phase wandeln sogenannte methanogene Archaeen Essigsäure und Wasserstoff in Methan und CO₂ um. Das entstehende Biogas wird im Gasspeicher gesammelt und später energetisch genutzt.
Die zwei Hauptprodukte des Prozesses
Das Endprodukt des Prozesses ist logischerweise Biogas, das je nach Substrat und Prozessführung rund 50–70 % Methan enthält. Dieses Gas kann direkt in Blockheizkraftwerken (BHKW) zur Strom- und Wärmeerzeugung eingesetzt oder in aufbereiteter Form als Biomethan ins Erdgasnetz eingespeist werden.
Als zweites Produkt fällt der sogenannte Gärrest an. Hierbei handelt es sich um einen nährstoffreichen Rückstand, der als organischer Dünger in der Landwirtschaft verwendet werden kann. Er enthält wertvolle Pflanzennährstoffe wie Stickstoff, Phosphor und Kalium.
Einflussfaktoren, die bei der Biogas-Entstehung eine Rolle spielen
Die Menge und Qualität des produzierten Biogases hängen von mehreren Faktoren ab:
- Die Art und Zusammensetzung des Substrats ist entscheidend. Energiepflanzen haben beispielsweise einen höheren Gasertrag als Stroh oder Mist.
- Die Temperatur beeinflusst die Aktivität der Mikroorganismen. Höhere Temperaturen beschleunigen den Prozess, erfordern aber auch eine stabilere Steuerung.
- Eine ausreichende Verweilzeit im Fermenter sorgt dafür, dass der Abbauprozess vollständig abläuft.
- Technische Details wie Rührtechnik und Gasabzugssysteme müssen optimal aufeinander abgestimmt sein.
- Hemmstoffe wie Ammoniak oder Schwermetalle können den mikrobiellen Prozess stören und müssen überwacht werden.
Praxisbeispiel: Biogas Entstehung auf einem landwirtschaftlichen Betrieb
Ein typischer Ablauf beginnt mit der Anlieferung von Gülle und Mais- oder Grassilage. Diese werden in einem Substratlager vermischt und in den Fermenter eingetragen. Dort laufen die oben beschriebenen Prozesse unter kontrollierten Bedingungen ab.
Das entstehende Biogas wird im Gasspeicher gesammelt und anschließend im BHKW in Strom und Wärme umgewandelt. Der Gärrest wird zwischengelagert und später auf den Feldern ausgebracht.
Durch die Kombination aus Energieproduktion und Nährstoffrückführung entsteht ein geschlossener, nachhaltiger Kreislauf.
Ist Biogas der Wegbereiter für nachhaltige Energieproduktion?
Biogas ist nicht die alleinige Energieressource der Zukunft, aber ein wichtiger Teil davon. In einem zukunftsfähigen, nachhaltigen Energiemix spielt Biogas eine zentrale Rolle, insbesondere dort, wo organische Reststoffe ohnehin anfallen und wo Versorgungssicherheit, lokale Energieerzeugung und Kreislaufwirtschaft gefragt sind.
Allerdings wird Biogas voraussichtlich nicht zum dominanten Energieträger werden. Dafür ist die verfügbare Menge an organischen Reststoffen begrenzt, und die Effizienz hängt stark von Technologie, Substrat und Standort ab.
Obwohl Biogas viele Vorteile bietet, ist es demnach kein Allheilmittel, aber ein unverzichtbarer Baustein in einer nachhaltigen Energiezukunft. Das gilt besonders für den ländlichen Raum, für die Landwirtschaft, für Industrieprozesse mit organischen Nebenprodukten und überall dort, wo dezentrale Versorgung und Kreislaufdenken gefragt sind.
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