Inhaltsverzeichnis II

Inhaltsverzeichnis   

Inhaltsverzeichnis   II

Abbildungsverzeichnis   IV

Tabellenverzeichnis   V

1  Einleitung  1

2  Investition  3

2.1  Begriff und Arten der Investition  3

2.2  Investitionsentscheidungen  3

2.3  Ziele des Investors  4

2.3.1  Monetäre Ziele  4

2.3.2  Nicht-monetäre Ziele  5

3  Energiegewinnung aus Biogas  6

3.1  Biogas im Kontext der erneuerbaren Energien  6

3.2  Nutzungsmöglichkeiten von Biogas  7

3.3  Entstehung und Eigenschaften von Biogas  8

3.4  Biomasse und Substrate  8

3.5  Funktionsweise einer landwirtschaftlichen Biogasanlage  10

4  Investitionsalternativen und Anlagendimensionierung  12

4.1  Ausgangssituation und Investitionsalternativen  12

4.2  Substrataufkommen  13

4.3  Anlagendimensionierungen  13

5  Ertrags- und Erlösermittlung  16

5.1  Biogas- und Methanausbeuten sowie Bruttoenergiemengen  16

5.2  Stromerträge und Erlöse für die Netzeinspeisung  17

5.3  Wärmeerträge und Kosteneinsparungen durch Wärmenutzung.  19

5.4  Gärresterträge und Düngemittelerlöse  20

6  Kostenermittlung  22

6.1  Investitionskosten  22

6.2  Kapitalkosten  23

6.2.1  Kalkulatorische Abschreibungen  23

6.2.2  Kalkulatorische Zinsen  24

6.3  Betriebsgebundene Kosten  24

6.3.1  Wartung und Instandhaltung  24

6.3.2  Versicherung  25

6.3.3  Prozessenergiebedarf  25

6.3.4  Personalkosten  26

6.3.5  Sonstige Kosten  27

6.4  Verbrauchsgebundene Kosten  28

6.4.1  Substratkosten  28

6.4.2  Zündöl-Kosten  29

Inhaltsverzeichnis III

7  Investitionsrechnungen unter Sicherheit  30

7.1  Statische Investitionsrechnungen  31

7.1.1  Kostenvergleichsrechnung  31

7.1.2  Gewinnvergleichsrechnung  33

7.1.3  Rentabilitätsvergleichsrechnung  33

7.1.4  Statische Amortisationsrechnung  34

7.2  Dynamische Investitionsrechnung  36

7.2.1  Kapitalwertmethode  36

7.2.2  Interne Zinssatz-Methode  39

7.2.3  Annuitätenmethode  41

7.3  Erstes Zwischenfazit  42

8  Nutzwertanalyse  43

8.1  Verfahren  43

8.2  Zielkriterien  45

8.2.1  Monetäre Zielkriterien  45

8.2.2  Nicht-monetäre Zielkriterien  45

8.3  Zweites Zwischenfazit  48

9  Investitionsentscheidung unter Unsicherheit  49

9.1  Korrekturverfahren  49

9.2  Risikoanalyse  50

9.3  Sensitivitätsanalyse  51

9.3.1  Ermittlung unsicherer Inputgrößen  51

9.3.2  Ergebnis der Sensitivitätsanalyse  52

9.4  Drittes Zwischenfazit  53

10  Fazit  54

Anhang   55

Literaturverzeichnis   71

Abbildungsverzeichnis   

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  1: Entwicklung der Anzahl Biogasanlagen (Stand: 06/2011)  

Abbildung  2: Massebezogener Substrateinsatz bei Biogasanlagen  

Abbildung  3: Einteilung der Substrate in Stoffgruppen  

Abbildung  4: Biogas- und Methanausbeuten der Substrate  

Abbildung  5: Funktionsweise Biogasanlage  

Abbildung  6: Einteilung der Investitionsrechenverfahren.  

Abbildung  7: Jährliche Inflationsraten Deutschland  

Abbildung  8: Kapitalwertermittlung 150 kW - Anlage  

Abbildung  9: Kapitalwertermittlung 500 kW - Anlage  

Abbildung  10: Zielsystem der Nutzwertanalyse  

Abbildung  11: Anlagendimensionierung (PlanET Biogastechnik GmbH) 150 kW  

Abbildung  12: Anlagendimensionierung (PlanET Biogastechnik GmbH) - 500 kW  

Abbildung  13: Invest.kostenschätzung (PlanET Biogastechnik GmbH) 150 kW  

Abbildung  14: Invest kostenschätzung (PlanET Biogastechnik GmbH) 500 kW  

Tabellenverzeichnis V   

Tabellenverzeichnis   

Tabelle 1:  Substratmengen  13

Tabelle 2:  Anlagendimensionierung  15

Tabelle 3:  Biogas-, Methan- und Bruttoenergieausbeute  16

Tabelle 4:  Stromerträge  17

Tabelle 5:  Strom-Einspeisevergütung nach EEG 2012  18

Tabelle 6:  Wärmeerträge  19

Tabelle 7:  Wärmekosteneinsparung  20

Tabelle 8:  Ermittlung des Gärrückstands und der Düngemittelerlöse  21

Tabelle 9:  Investitionskosten  22

Tabelle 10:  Kalkulatorische Abschreibung  23

Tabelle 11:  Kalkulatorische Zinsen  24

Tabelle 12:  Jährliche Wartungs- und Instandhaltungskosten  25

Tabelle 13:  Jährliche Versicherungskosten  25

Tabelle 14:  Jährliche Kosten für Eigenstromverbrauch  26

Tabelle 15:  Jährliche Personalkosten  27

Tabelle 16:  Jährliche sonstige Kosten  28

Tabelle 17:  Jährliche Substratkosten  28

Tabelle 18:  Jährliche Zündöl-Kosten  29

Tabelle 19:  Kostenvergleichsrechnung  32

Tabelle 20:  Gewinnvergleichsrechnung  33

Tabelle 21:  Rentabilitätsvergleichsrechnung.  34

Tabelle 22:  Statische Amortisationsrechnung  35

Tabelle 23:  Berechnung des internen Zinssatzes  40

Tabelle 24:  Annuitätenberechnung  42

Tabelle 25:  Nutzwertanalyse - Punktetabelle  48

Tabelle 26:  Umrechnungsschlüssel Großvieheinheiten  55

Tabelle 27:  Laborwerte zu Biogas- und Methanausbeuten  58

Tabelle 28:  Abschreibungsübersicht Anlagenkomponenten  61

Tabelle 29:  Substrat-Anbaukosten pro Hektar  61

Tabelle 30:  Zahlungsreihe 150 kW - Anlage  62

Tabelle 31:  Zahlungsreihe 500 kW - Anlage.  63

Tabelle 32:  Kapitalwertermittlung 150 kW - Anlage (tabellarisch)  67

Tabelle 33:  Kapitalwertermittlung 500 kW - Anlage (tabellarisch)  67

Tabelle 34:  Kapitalwerte und Versuchszinssätze 150 kW - Anlage  68

Tabelle 35:  Kapitalwerte und Versuchszinssätze 500 kW - Anlage  68

Tabelle 36:  Sensitivitätsanalyse (1)  69

Tabelle 37:  Sensitivitätsanalyse (2)  69

Tabelle 38:  Sensitivitätsanalyse (3)  70

Tabelle 39:  Sensitivitätsanalyse (4)  70

1 Einleitung 1

1 Einleitung

Die gesellschaftlichen und politischen Bestrebungen zu einer nachhaltigen Energiever-sorgung wurden in den letzten Jahren immer stärker. Grund dafür sind die nachteiligen Umweltauswirkungen des Klimawandels und die zur Neige gehenden fossilen Rohstoffe. „Erneuerbare Energien“ ist das Schlagwort - sie sollen zukünftig die konventionellen Energieträger ersetzen. Eine besondere Rolle nimmt dabei die Energiegewinnung aus Biomasse ein, die insbesondere durch die Biogasproduktion eine vielversprechende Form der Energiegewinnung darstellt. ¹ Dabei liegen die ökonomischen und ökologischen Vorteile der Biogasproduktion auf der Hand: Für Planer, Produzenten, Errichter und Betreiber von Biogasanlagen bietet sich ein breites Betätigungsfeld. Insbesondere für die Landwirtschaft erschließen sich neue Einkommensquellen als „Energiewirt“ oder als Erzeuger von Energiepflanzen. ² Dabei trägt die Biogasproduktion zur Schonung der Rohstoffressourcen und einer dezentralen Energieversorgung bei. Ziel dieser Fallstudie ist die Vorbereitung einer Investitionsentscheidung zwischen zwei sich gegenseitig ausschließenden Investitionsalternativen hinsichtlich landwirtschaftlicher Biogasanlagen. Der Landwirt als Investor steht dabei vor der Entscheidung, eine kleine 150 kW-Anlage zur ausschließlichen Vergärung von Gülle und Festmist aus der betriebseigenen Milchviehhaltung zu errichten, oder in eine größere 500 kW-Anlage, die zusätzlich den nachwachsenden Rohstoff (NawaRo) „Silomais“ mitvergärt, zu investieren. Die Entscheidung im Sinne einer ökonomischen Bewertung soll mittels ausgewählter monetärer Investitionsrechenverfahren sowie einer nicht monetären Nutzwertanalyse erfolgen.

Dem entsprechend soll im 2. Kapitel der Einstieg in das Thema durch eine allgemeine Erläuterung des Investitionsbegriffes und der Investitionsentscheidung erfolgen. Im 3. Kapitel sollen wichtige Grundkenntnisse über die Biogasentstehung und Funktionsweise einer Biogasanlage vermittelt werden. Darauf aufbauend sollen im 4. Kapitel die konkreten Biogas-Investitionsalternativen, die zur Biogasherstellung benötigten Substratmengen und die Anlagenplanungen auf der Basis von Herstellerangaben aufgezeigt werden. Dem sollen sich im 5. Kapitel Ertrags- und Erlösberechnungen und im 6. Kapi-

¹ Vgl.Kaltschmitt (2001), S.6

² Vgl. Anspach (2010), S.2

1 Einleitung 2

tel Kostenschätzungen für die Errichtung und Betreibung der Biogasanlagen anschließen. Als Kern der Fallstudie sollen im 7. Kapitel statische und dynamische Investitionsrechnungen unter Sicherheit durchgeführt werden. Ergänzt werden diese durch eine Nutzwertanalyse im 8. Kapitel. Abschließend wird im 9. Kapitel eine Investitionsentscheidung unter Unsicherheit, insbesondere eine Sensitivitätsanalyse vorgenommen. Die nachfolgenden Ausführungen basieren zum einen auf der Prämisse einer 100 prozentigen Finanzierung aus Eigenmitteln. Zum anderen bleiben steuerliche Gesichtspunkte bei den Berechnungen außen vor.

Wesentliche Daten dieser Arbeit basieren auf den vom Kuratorium für Technik und Bau in der Landwirtschaft e.V. (KTBL) veröffentlichen Laborwerten und Untersuchungsergebnissen. Diese finden in der Praxis eine starke Beachtung und umfassen chemische, physikalische, technische und betriebswirtschaftliche Angaben. Die Darstellung der Biogasanlagen basiert auf Angaben des Generalunternehmers PlanET Biogastechnik GmbH. Dieser bietet die schlüsselfertige Erstellung der Anlagenalternativen an.

2 Investition 3

2 Investition

2.1 Begriff und Arten der Investition

Unter einer Investition wird die Verwendung von Kapital, d.h. die längerfristige Bindung finanzieller Mittel in Vermögenswerten verstanden. ³ Hiervon betroffen ist insbesondere die Beschaffung von Bilanzaktiva (Anlagevermögen als langfristiges Vermögen in Abgrenzung zum kurzfristigen Umlaufvermögen) mit produktionswirtschaftlicher Nutzungsmöglichkeit. Formal kann die Investition als Zahlungsstrom definiert werden, der zunächst mit einer Ausgabe beginnt und einen künftigen Nutzen bzw. Netto-Einnahmen nach sich zieht. 4

Gemäß der Bilanzgliederung nach § 266 (2) A. HGB lassen sich auch die Investitionsarten in immaterielle Investitionen (Konzessionen, Patente, Lizenzen), Sachinvestitionen (Grundstücke, Gebäude, Maschinen) und Finanzinvestitionen (Beteiligungen, Wertpapiere) gliedern.

2.2 Investitionsentscheidungen

Investitionsentscheidungen besitzen einen maßgeblichen Einfluss auf den Erfolg oder Misserfolg des Unternehmens, weil sie üblicherweise eine hohe und langfristige Kapitalbindung implizieren. ⁵ Auch wegen der damit einhergehenden längerfristigen Folgewirkungen und der regelmäßigen Auswirkungen auf andere Unternehmensbereiche bedarf es einer intensiven Vorbereitung, in der die späteren Konsequenzen der jeweiligen Investitionsalternativen möglichst sorgfältig beurteilt werden. ⁶ Eine Investitionsentscheidung impliziert immer auch eine Beurteilung über die Vorteilhaftigkeit einer Investition. Wird auf ein einzelnes Investitionsprojekt abgestellt, so handelt es um die absolute Vorteilhaftigkeit. Werden mindestens zwei Investitionsalternativen beurteilt, so wird die relative Vorteilhaftigkeit betrachtet. Erweist sich eine Investitionsalternative als relativ vorteilhaft, so kann sie gleichwohl nur dann realisiert werden, wenn auch ihre absolute Vorteilhaftigkeit gegeben ist. ⁷ Hauptentscheidungshilfe bei Investitionsent-

³ Vgl.Becker (2009), S. 37; vgl. Hoffmeister (2008), S.15

⁴ Vgl. Blohm (2006), S.1, vgl. Seicht (2008), S.1, vgl. Walz (2009), S.23

⁵ Vgl. Blohm (2006), S.2

⁶ Vgl. Kruschwitz (2000), S.1

⁷ Vgl. Walz (2009), S.25

2 Investition 4

scheidungen ist die Investitionsrechnung, mit deren Hilfe der Zielerreichungsgrad von Investitionsalternativen analysiert werden soll.

2.3 Ziele des Investors

Die Entscheidung über die Vorteilhaftigkeit einer Investitionsalternative beruht auf einer bestimmten (subjektiven) Zielsetzung des Investors. ⁸ Unter Zielsetzungen werden als erstrebenswert anzusehende zukünftige Zustände verstanden, die als Ergebnis bestimmter Verhaltensweisen eintreten sollen. ⁹ Um herauszufinden, welche von mehreren Investitionsalternativen die optimale ist, müssen die Ziele operationalisiert werden, d.h. es bedarf einer eindeutigen Zieldefinition im Sinne einer klaren, verständlichen und differenzierenden Beschreibung. ¹⁰ Weil zumeist mehrere Ziele verfolgt werden, macht es Sinn, Zielbündel (Zielsysteme) festzulegen, die aus monetären und nicht-monetären Zielen bestehen. Diese sollen nachfolgend genauer beschrieben werden.

2.3.1 Monetäre Ziele

Monetäre Ziele haben gegenüber den nicht-monetären Zielen den Vorteil, dass sie sich stets quantifizieren lassen und mittels statischer und dynamischer Investitionsrechnungen simuliert werden können. 11

Wichtigstes monetäres Ziel ist das langfristige Gewinnstreben. Es kann regelmäßig in Vermögensstreben (Endwertmaximierung) und Einkommensstreben (Entnahmemaximierung) untergliedert werden. Vermögensstreben zielt auf ein maximales Vermögen am Ende eines Handlungszeitraumes, welches anhand des Kapitalwertes errechnet werden kann. Schließlich bringt der Kapitalwert die Erhöhung oder Verminderung des Geldvermögens bei gegebenem Verzinsungsanspruch wertmäßig bezogen auf den Beginn des Planungszeitraumes zum Ausdruck. ¹² Einkommensstreben zielt darauf ab, die Entnahme einer jeden Periode zu maximieren, welche mit der Annuitätenmethode beziffert werden kann. Die Annuität ist eine Gewinnkennzahl, die den periodischen Erfolg angibt. Als weiteres monetäres Ziel kann die Renditemaximierung gesetzt werden. Sie wird anhand der Internen-Zinsfuß-Methode gemessen.

⁸ Vgl. Walz (2009), S.9

⁹ Vgl. Walz (2009), S.9

¹⁰ Vgl. Kruschwitz (2000), S.9

¹¹ Vgl. Kruschwitz (2000), S.10

¹² Vgl. Blohm (2006), S.51

2 Investition 5

Hierauf aufbauend werden für die Fallstudie folgende konkrete Investorenziele definiert:

• Kapitalwert 1.000.000 € bei einem Kalkulationszinssatz von 5 %

• Gewinn (Annuität) von mindestens 100.000 € im Jahr

• Rentabilität von mindestens 10 %

• Interne Verzinsung von mindestens 5 %

2.3.2 Nicht-monetäre Ziele

Die Erreichung der nicht-monetären Ziele wird außerhalb der Investitionsrechenverfahren mittels einer Nutzwertanalyse überprüft. Unter nicht-monetären Zielen werden Nutzenwerte verstanden, die nicht anhand von Ein- und Auszahlungen quantifizierbar sind und nach dem subjektiven Empfinden des Investors bestimmte Anforderungen an die vorzugswürdige Investitionsalternative zum Ausdruck bringen. ¹³ Der Investor verfolgt hier folgende nicht-monetäre Ziele, die rechtlicher, ökologischer und technischer Art sind:

• Garantiezeit für das Blockheizkraftwerk (BHKW) von mindestens vier Jahren

• unbürokratisches Genehmigungsverfahren

• Vorteilhafte Eigenschaften des Gärrestes - Erzielung eines geruchsarmen, homogenen und dünnflüssigen Düngers

• positive Klimabilanz

• Prozeßstabilität

• hoher Automatisierungsgrad

¹³ Vgl. Seicht (2001), S.386, S.389

3 Energiegewinnung aus Biogas 6

3 Energiegewinnung aus Biogas

3.1 Biogas im Kontext der erneuerbaren Energien

Der Klimawandel mit seinen nachteiligen Umweltauswirkungen führte in den letzten Jahren - national wie international - zu immer stärkeren politischen und gesellschaftlichen Bestrebungen nach einer nachhaltigen Energieversorgung. Die Wende in der Energiepolitik hat sich neben dem allgemeinen Klimaschutz insbesondere die Vermeidung der Entstehung von Treibhausgasen und den schonenden Umgang mit den zur Verfügung stehenden natürlichen Ressourcen bzw. fossilen Energieträgern zum Ziel gesetzt. Deshalb sieht das Energiekonzept der Bundesregierung für die Zukunft einen sukzessiven Umstieg von konventionellen Energieträgern auf erneuerbare Energien vor, welche bis zum Jahre 2050 einen Anteil am Bruttoendenergieverbrauch von 50 % und einen Anteil am Bruttostromverbrauch von 80 % haben sollen. ¹⁴ Den größten Beitrag als regenerative Energiequelle leistet in der Bundesrepublik die Biomasse, die das Kriterium der Nachhaltigkeit in besonderem Maße erfüllt, weil sie den Vorteil einer weitgehend CO₂-neutralen Energiegewinnung bietet. ¹⁵ Denn bei der Umwandlung von Biomasse in Energie wird nur so viel CO 2 freigesetzt, wie vorher beim Wachstum der Pflanzen gebunden wurde. Zur Energiegewinnung kann die Biomasse verschiedenen Umwandlungsprozessen unterzogen werden, die thermochemischer (Verkohlung, Vergasung), physikalisch-chemischer (Pressung, Extraktion) oder biochemischer (Vergärung) Art sind. ¹⁶ Eine besondere Bedeutung kommt hierbei der Erzeugung von Biogas durch die Vergärung der Biomasse zu, weil Biogas speicherbar ist und zusätzlich flexible Nutzungsmöglichkeiten bietet (vgl. Kapitel 3.2). Als wichtigstes Klimaschutzinstrument und Motor für die Forcierung erneuerbarer Energien gilt das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). Mit seinem Inkrafttreten im April 2000 ist der Bau von Biogasanlagen kontinuierlich angestiegen, wobei die Novellie-

¹⁴ Vgl.Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU), Das Energiekonzept

der Bundesregierung 2010 und die Energiewende 2011,

http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/energiekonzept_bundesregierung.pdf, Abruf-

datum 07.11.2011

¹⁵ Vgl. Eder (2006), S. 9

¹⁶ Vgl. Kaltschmitt (2001), S. 3

3 Energiegewinnung aus Biogas 7

ren des EEG in den Jahren 2004 und 2009 zu einem deutlichen Ausbau der Biogastechnologie führte. 17

Abbildung 1: Entwicklung der Anzahl Biogasanlagen (Stand: 06/2011)

Quelle: Fachverband Biogas e.V, Branchenzahlen 18

3.2 Nutzungsmöglichkeiten von Biogas

Wie bereits angedeutet, zeichnet sich Biogas besonders durch seine Vielfalt an Nutzungsmöglichkeiten aus. Es dient durch seine Aufbereitung und Einspeisung in Erdgasnetze nicht nur als Kraftstoff und Erdgassubstitut, sondern kann mittels Kraft-Wärmekopplung in Blockheizkraftwerken (BHKW) auch zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden. Die so gewonnene elektrische und thermische Energie kann in Versorgungsnetze eingespeist oder selbst verbraucht werden. Als typische Einsatzbereiche für die aus Biogas gewonnene thermische Energie gelten in landwirtschaftlichen Betrieben die Einspeisung in ein Nahwärmenetz zur Beheizung von Wohn- und Wirtschaftsgebäuden sowie Stallungen und Tieraufzuchtplätzen und die Warmwasserbereitstellung. 19

¹⁷ Vgl. Anspach (2010), S.26

¹⁸ Vgl. http://www.biogas.org/edcom/webfvb.nsf/id/DE_Branchenzahlen/$file/11-05-

30_Biogas%20Branchenzahlen%202010_final.pdf, Abrufdatum 09.11.2011

¹⁹ Vgl. Kaltschmitt (2001), S.51

3 Energiegewinnung aus Biogas 8

3.3 Entstehung und Eigenschaften von Biogas

Biogas ist ein gasförmiger Energieträger und entsteht als Stoffwechselprodukt von Bakterien bei deren anaeroben Abbau von organischen Substanzen. ²⁰ Anaerob bedeutet, dass der Abbau der Substanzen unter Sauerstoffabschluss geschieht. An dem vierstufigen Abbauprozess, auch „Gärprozess“ oder „Vergärung“ genannt, sind unterschiedliche Bakteriengruppen beteiligt, die zunächst zur Hydrolyse, zur Versäuerung, dann zur Essigsäurebildung und schließlich zur Methanbildung beitragen. ²¹ Dieses auf biologischem Wege gebildete Biogas ist demzufolge ein Gasgemisch, das neben Methan als Hauptbe-standteil (50 - 75 %) aus mehreren chemischen Verbindungen besteht. Dazu gehören Kohlendioxid (25 - 45 %), Wasserdampf (2 - 7 %) und geringe Anteile von Sauerstoff, Stickstoff, Ammoniak und Schwefelwasserstoff. 22

Weil ausschließlich das Methan im Biogas Energie liefert, wird die Qualität des Biogases vor allem durch seinen Methangehalt bestimmt. Als Richtwert gilt, dass 1 m³ Methan einen Heizwert von 10 kWh besitzt. Der Methangehalt im Biogas schwankt und ist in erster Linie von den eingesetzten Substraten abhängig.

3.4 Biomasse und Substrate

Als wichtiger Energieträger stellt Biomasse gespeicherte Sonnenenergie dar, die mittels Photosynthese in organische Materie umgewandelt wurde. Der Begriff Biomasse umfasst demzufolge sämtliche Stoffe, die organischer Herkunft sind und ist in § 2 Bio-masseverordnung in der ab 01.01.2012 gültigen Fassung abschließend geregelt. ²³ In der Biogaserzeugung wird die für den anaeroben Vergärungsprozess eingesetzte Biomasse als „Substrat“ bezeichnet. ²⁴ Substrate lassen sich den drei großen Gruppen „Wirtschaftsdünger“ (z.B. Gülle, Mist, Jauche), „nachwachsende Rohstoffe (NawaRo)“ (Energiepflanzen, z.B. Getreide, Mais, Rüben, Gräser) und „Abfälle“ (Bioabfälle, Speisereste, Tierkadaver, Grünschnitt) zuordnen. In landwirtschaftlichen Biogasanlagen werden überwiegend Wirtschaftsdünger und nachwachsende Rohstoffe zur Biogasgewinnung eingesetzt.

²⁰ Vgl. Eder (2006), S.19

²¹ Vgl. Eder (2006), S.19

²² Vgl. Kaltschmitt (2001), S.676

²³ Vgl. Kaltschmitt (2001), S.2

²⁴ Vgl. Weise (2010), S.XII

3 Energiegewinnung aus Biogas 9

Abbildung 2: Massebezogener Substrateinsatz bei Biogasanlagen

Quelle: Koch (2009), S. 47

Bei allen eingesetzten Substraten eignet sich nur ein bestimmter Stoffanteil zur Vergärung. Da der Wasseranteil im Substrat keinen Kohlenstoff enthält, ist er zur Vergärung ungeeignet. Nur die Trockenmasse, speziell der organische Anteil der Trockenmasse, kann von den anaeroben Bakterien abgebaut und in Biogas umgewandelt werden. Die zur Vergärung geeigneten kohlenstoffreichen organischen Verbindungen sind Proteine, Fette und Kohlenhydrate. 25

Abbildung 3: Einteilung der Substrate in Stoffgruppen

Quelle: Eigene Darstellung, in Anlehnung an: Eder (2006), S.33

Den höchsten Methangehalt im Biogas erzielt die Stoffgruppe der Proteine mit 71%; Fette liefern ein Gas mit einem Methangehalt von ca. 68%. Am schlechtesten schneiden Kohlenhydrate ab, die ein Gas mit nur 50% Methananteil liefern. ²⁶ Daraus folgt, dass sich die unterschiedlichen Substrate hinsichtlich ihrer Vergärungseignung, ihrer Gasausbeute, ihrem Energiegehalt und des zu erzielenden Methan-

²⁵ Vgl.Eder (2006), S.8

²⁶ Vgl. Eder (2006), S.34

3 Energiegewinnung aus Biogas 10

Ertrags unterscheiden. ²⁷ Abbildung 4 zeigt beispielhaft die zu erzielenden Gas- und Methanausbeuten (angegeben in Norm-m ³ ) pro Tonne Frischmasse (FM) von typischen, zur Biogasgewinnung eingesetzten Substraten. Abbildung 4: Biogas- und Methanausbeuten der Substrate

Quelle: eigene Darstellung in Anlehnung an KTBL (2010); Heft 88, S. 18

3.5 Funktionsweise einer landwirtschaftlichen Biogasanlage

Eine landwirtschaftliche Biogasanlage dient der Erzeugung von Biogas durch die anaerobe Vergärung (Fermentation) von geeigneten Substraten. Im Wesentlichen besteht eine Biogasanlage aus einer Substratsammelstelle (z.B. Vorgrube für Gülle oder Fahrsilo für NawaRo’s), aus einem oder mehreren Gärbehältern (Fermenter und Nachgärer) mit angelagertem Gasspeicher, einem Gärrestlager und einem Blockheizkraftwerk (BHKW) als Gasverwertungseinheit. 28

Die Inbetriebnahme der Biogasanlage erfolgt, indem anearobe Bakterien in die im Fermenter lagernde Biomasse eingebracht werden; man spricht vom „Impfen“ der Biomasse. ²⁹ Mittels geeigneter Anmisch- und Einbringtechnik (Pumpen, Transport- und Förderschnecken) wird der Fermenter danach kontinuierlich mit frischen Subtraten beschickt. Wichtige Voraussetzungen für einen stabilen Gärprozess sind die kontinuierliche Durchmischung der Substrate im Fermenter sowie dessen Beheizung, damit die Bakte- ²⁷ Vgl.Eder (2006), S.7, vgl. Philipp (2006), S.13

²⁸ Vgl. Philipp (2006), S.15

²⁹ Vgl. König (1985), S.85