Gärreste energetisch nutzen

Die Autoren: Dr. Lothar Günther Geschäftsführer, Heike Ernst Projektleiterin, Peter Bloß Projektleiter, DGE Ute Mikow Projektleiterin, Institut für Nichtklassische Chemie e.V.

Ein Grundproblem der Biogasverwertung ist die Wärmenutzung bei der dezentralen Verstromung. In letzter Zeit wurde zum Beispiel auch die Gärresttrocknung als Beitrag zur Wärmenutzung realisiert. Das gewonnene Produkt kann als Einstreu bei der Tierhaltung verwertet oder kompostiert werden. Doch die Wasserentfernung aus dem Gärsubstrat ist sehr energieintensiv. Das entspricht zwar dem neuen Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) 2012, das als Voraussetzung für die Vergütung von Strom aus Biogas eine Mindestnutzung der dabei entstehenden Abwärme in Höhe von 60 % ab dem zweiten Betriebsjahr verlangt. Es könnte aber dazu führen, dass es in erster Linie nur darum geht, möglichst viel Abwärme zu verbrauchen. Energieeffizienz spielt dann keine Rolle. Im Folgenden wird gezeigt, dass durchaus mehr Alternativen bestehen. Die Energie kann stattdessen zur Erhöhung des Biogaspotenzials aus Gärresten genutzt werden.

In einigen Fällen wird das bestehende Potenzial der Methanausbeute in Biogasanlagen nicht richtig genutzt. Nachfolgend wird dies an einem Beispiel einer Biogasanlage mit einer Leistung von 500 kW verdeutlicht. Für die Produktion von Biogas werden pro Tag beispielsweise 35 t Rindergülle, 9 t Stalldung, 14 t Maissilage und 1,5 t Getreideschrot eingesetzt. Bei 8600 Betriebsstunden pro Jahr und einem elektrischen Wirkungsgrad eines Blockheizkraftwerks (BHKW) von 38 % ergibt sich eine realisierbare Stromerzeugung zwischen 468 bis 536 kW. Das erzielte Betriebsergebnis beträgt im Schnitt 517 kW und liegt im oberen Drittel des vorausberechneten Bereichs. Um Gärrestpotenziale aufzuzeigen, wurde im ersten Schritt das aus der Biogasanlage anfallende Gärsubstrat untersucht und in einem zweiten Schritt die Nachvergärung testweise mit zwei unterschiedlichen Methoden realisiert.

Die Methode 1 ist die konventionelle Methode einer mesophilen (Temperatur 37 bis 41 °C) Nachvergärung bei Ammoniumgehalten von über 2 g/l. Die Methode 2 ist eine mesophile Nachvergärung mit vorgeschalteter BCM-Amino-Stufe, in der zunächst Ammonium abgetrennt wird und ein thermischer Aufschluss bei 140 °C erfolgt. Die erhaltenen Ergebnisse der Biogas-/Biomethanausbeute sind eindeutig und reproduzierbar. Während sich die Methanausbeute bei der konventionellen Nachvergärung nach Methode 1 über einen Zeitraum von 2000 h auf einen Wert von 80 Nm³ CH4/t oTS einstellt, liegt bei der Methode 2 bereits nach 2000 h eine Ausbeute von über 160 Nm³ CH4/ t oTS vor.

Der Gärrest liefert nach Methode 2 einen möglichen Mehrertrag von etwa 25 Nm³/h Methan, was einer Leistungssteigerung der Stromer-zeugung um 95 kW entspricht, also insgesamt 18,5 % mehr Energie. Die dafür erforderliche Wärmeleistung zur Durchführung des Prozesses liegt bei unter 100 kW, die aus den vorhandenen BHKW mit 250 kWh als Hochtemperaturwärme mit 180 °C und 300 kWh als Niedertemperaturwärme mit 90 °C zur Verfügung steht. Mit dem abgeschiedenen Ammoniak wird der Anteil an Ammonium im Gärrest halbiert und damit die Düngeverfügbarkeit gesteigert. Die Lachgasemissionen der Gärrestdüngung werden ebenfalls halbiert. Das bezeichnete Beispiel zeigt die gesteigerte Biogasausbeute bei einer Verweilzeit in den Fermentern von etwa 90 Tagen. Bei vielen Biogasanlagen ist die Verweilzeit deutlich geringer, was dann zu einer deutlich höheren Leistungssteigerung der Biogasausbeute führt.

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