Andreas Euler

Wirtschaftlichkeit einer landwirtschaftlichen
Biogasanlage unter besonderer Berücksichtigung der
Kofermentation von Gras

Masterarbeit im wissenschaftlichen Studiengang Agrarwissenschaften an der Georg-August
Universität Göttingen, Fakultät für Agrarwissenschaften
Prüfungsmodul: Regenerative Energien
Studienrichtung: Agribusiness

  Abgabetermin: 11. Juni 2001
Angefertigt im: Institut für Agrartechnik

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis ... III
Abbildungsverzeichnis ... IV
Tabellenverzeichnis ... V

1 Einleitung und Problemstellung ... 1

2 Rahmenbedingungen ... 3
2.1 Rechtliche Rahmenbedingungen ... 3
2.1.1 Zu Grunde liegendes Prämiensystem ... 4
2.1.2 Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)... 5
2.1.3 Marktanreizprogramm der Bundesregierung ... 7
2.1.4 Düngemittelgesetz / Düngemittelverordnung / Düngeverordnung ... 9
2.1.5 Bioabfallverordnung (BioAbfV) und Biomasseverordnung (BiomasseV) ... 10
2.1.6 Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) ... 14
2.2 Der Betrieb ... 16
2.3 Biologie und Technis von Biogasanlagen ... 19
2.3.1 Der Biogasprozeß ... 20
2.3.2 Verfahrenstechnik Biogas ... 22
2.3.3 Meß- und Betriebsgrößen und Reaktionskinetik ... 29
2.3.4 Integration in den landwirtschaftlichen Betrieb ... 32
2.3.5 Die Verwertung von Biogas ... 33
2.3.6 Mögliche Einsatzstoffe in einer landwirtschaftlichen Biogasanlage und ihre Biogasausbeuten ... 40

3 Material und Methoden ... 44
3.1 Methoden der Nährstoffbilanzierung ... 44
3.2 Ökonomische Methoden ... 49
3.2.1 Investition und Rentabilität ... 49
3.2.2 Liquidität und Finanzplan ... 53
3.2.3 Deckungsbeitrag ... 55
3.2.4 Risiko bei der Planung ... 57
3.2.5 Auswahl von Investitionsalternativen ... 58

4 Ergebnisse am Beispielbetrieb ... 61
4.1 Nährstoffbilanzierung ... 61
4.2 Ökonomische Betrachtung ... 63
4.2.1 Investitionsrechnungen für Variante 1 ... 63
4.2.2 Investitionsrechnung für Alternative 2 ... 67
4.2.3 Liquidität und Finanzplan ... 69
4.2.4 Deckungsbeiträge einzelner Einsatzstoffe ... 69

5 Gesamtbewertung ... 73
5.1 Stoffliche Bewertung ... 73
5.2 Ökonomische Bewertung ... 74
5.2.1 Investitionsrechnung ... 74
5.2.2 Finanzplan und Liquidität ... 76
5.3 Risiko und Ausagesicherheit der Ergebnisse ... 77
5.4 Ausblick für den Betrieb ... 80

6 Zusammenfassung ... 81

7 Literatur ... 83

Anhang ... 90

Abbildungsverzeichnis
Abb.  1: Verfahrensschritte bei der Vergärung ... 21
Abb.  2: Schema verschiedener Anlageverfahren ... 25
Abb.  3: Schema einer Biogasanlage ... 26
Abb.  4: Biogasfermenter zur kontinuierlichen Vergärung von Festmist ... 28
Abb.  5: Grund-, Belastungs- und Bemessungsparameter landwirtschaftlicher Biogasanlagen ... 30
Abb.  6: Allgemeine Beziehung zwischen Verweilzeit, Biogasausbeute und Biogasrate in landwirtschaftlichen Biogasanlagen ... 31
Abb.  7: Nährstoffkreislauf im landwirtschaftlichen Betrieb mit Biogasanlage ... 32
Abb.  8: Komplexität bei der Brenngasaufbereitung ... 38
Abb.  9: Kofermente zur Vergärung in Biogasanlagen ... 41
Abb.  10: Jahresüberschuß im Zeitablauf der Investition 1 ... 76
Abb.  11: Jahresüberschuß im Zeitablauf der Investition 2 ... 77

Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Vergütungssätze für Strom von Biogasanlagen ... 6
Tabelle 2: Umrechnungsfaktoren zur Ermittlung des Teilschulderlasses ... 8
Tabelle 3: BioAbfV und notwendige Kontrollen ... 13
Tabelle 4: Genehmigungen nach BImSchV ... 15
Tabelle 5: allgemeine Betriebsdaten ... 17
Tabelle 6: Merkmale verschiedener Motorentypen ... 34
Tabelle 7: Notwendigkeit der Biogasreinigung in Abhängigkeit vom Verwendungszweck ... 34
Tabelle 8: Merkmale verschiedener Brennstoffzellen-Typen ... 37
Tabelle 9: Methan- und Biogasausbeuten von Wirtschaftsdüngern, Silage und Obsttrester ... 42
Tabelle 10: Gasbildungsrate und Methangehalt ... 43
Tabelle 11: Durchschnittswerte für Biogasertrag und Methangehalt für Futtermittel ... 43
Tabelle 12: Deckungsbeiträge für Grünland und Kleegras bei Einsatz in der Biogasanlage ... 70
Tabelle 13: Deckungsbeitrag für den Mehreinsatz von Obsttrester ... 71
Tabelle 14: Gegenüberstellung der Investitionsrechnungen ... 74
Tabelle 15: Spezifische Kennwerte der beiden Investitionsalternativen ... 75

1 Einleitung und Problemstellung
Am 1. April 2000 trat das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) in Kraft. Mit diesem Gesetz wird die Nutzung sogenannter regenerativer Energien durch eine Festschreibung der Stromeinspeisevergütung auf 20 Pf/kWh unterstützt. Parallel dazu gibt es seit September 1999 das Marktanreizprogramm der Bundesregierung. Neben Unterstützungen für den privaten Haushalt und für Firmen z.B. durch die Nutzung von Sonnenenergie mit Hilfe von Photovoltaik-Modulen zur Stromerzeugung oder von solarthermischen Anlagen wird auf Grundlage des Marktanreizprogramms auch ein speziell für die Landwirtschaft interessanter Bereich unterstützt: der Bau von Biogasanlagen.
Für einen ökologisch bewirtschafteten Betrieb im Main-Kinzig-Kreis in Hessen soll in dieser Arbeit die Möglichkeit des Einsatzes der Biogastechnologie als weiterer Betriebszweig erörtert werden. Eine Erweiterung der bewirtschafteten Ackerfläche ist für den Betrieb nur durch Zupacht möglich. Um aber Ackerland pachten zu können, muß man von den meisten Verpächtern auch Grünlandflächen pachten. Viele Landwirte in der Umgebung geben ihre Höfe auf und wollen ihre gesamte Fläche und nicht nur die Ackerfläche abgeben. Aus dem Gras, das von diesem Grünland gewonnen wird, Strom zu gewinnen, bietet dem Landwirt eine neue Möglichkeit, sowohl seine Grünlandflächen zu nutzen als auch aus dem Verkauf von Strom weiteres Einkommen zu erzielen. Dieser kann im eigenen Betrieb verwertet und durch das Erneuerbare Energien Gesetz auch mit großer Sicherheit zu stabilen Konditionen verkauft werden.
In Biogasanlagen ist es möglich, neben Gülle als Grundsubstrat weitere Stoffe, sogenannte Kofermente, zu vergären oder diese sogar in unterschiedlichen Verfahren ganz ohne Gülle zu vergären. Als Kofermente eignen sich viele organische Substanzen, seien es pflanzliche Produkte oder auch Abfälle aus der Ernährungsindustrie. Gras (bzw. um eine ganzjährige Versorgung mit Gärsubstrat zu gewährleisten Grassilage) eignet sich ebenfalls zur stofflichen Verwertung. Neben dem Einsatz von Gras soll der Einsatz von Obsttrester als Koferment statt der Fütterung an Tiere untersucht werden.
Die wesentlichen Rahmenbedingungen dafür werden in Kapitel 2 behandelt. Gesetzliche Rahmenbedingungen werden unter 2.1 beschrieben. In Kapitel 2.2 wird der Betrieb näher erläutert. Für die Vergärung von Gras als Koferment gibt es unterschiedliche technische Ansätze. Es werden unter 2.3 nach einer Einführung in den Prozeß und die allgemeinen Charakteristika von Biogasanlagen die technischen Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt, die derzeit als Stand der Technik gelten.

In Kapitel 3 werden die notwendigen Methoden erläutert, um die Veränderungen, die sich durch den Bau einer Biogasanlage ergeben, herauszuarbeiten und monetär zu bewerten. Abschnitt 3.1 zeigt Ansätze für eine Betrachtung der Änderungen im Nährstoffkreislauf innerhalb des Betriebes. Es folgt eine Zusammenstellung ökonomischer Methoden zur Entscheidungsfindung, um sehen zu können, ob es rentabel ist, in eine solche Anlage zu investieren. Anschließend werden Investitionsalternativen nach den betrieblichen Vorgaben und den technischen Möglichkeiten ausgewählt.
Die Berechnungen anhand des Beispielbetriebes werden in Kapitel 4 beschrieben. Nach einer Betrachtung der Veränderungen des betrieblichen Nährstoffkreislaufs in den Investitionsalternativen im Vergleich zu der Ist-Situation in Abschnitt 4.1 erfolgt die Beschreibung der Durchführung der Berechnungen für die Investitionsalternativen. Es werden die einzelnen Kosten und Erlöse zusammengestellt. Neben der Rentabilitätsbetrachtung findet auch eine Bewertung der Liquidität mit Hilfe der Aufstellung von Finanzplänen statt.
Es folgt die Darstellung und Bewertung der Ergebnisse und eine Risikoanalyse sowie einige Anmerkungen zur Aussagesicherheit der Ergebnisse. Eine Zusammenfassung der gewonnenen Ergebnisse findet sich in Kapitel 6.

2 Rahmenbedingungen
Für eine Entscheidung zur Verwertung von Gras und anderen Kofermentationsstoffen sind die Rahmenbedingungen für deren Einsatz genauer zu analysieren. Das betrifft sowohl die Rechtslage als auch die betriebliche Situation wie Lage, Bundesland, Flächenausstattung und besonders auch bebaubare Flächen, die für eine Biogasanlage nötig sind.

2.1 Rechtliche Rahmenbedingungen
Ein landwirtschaftlicher Betrieb ist heute sehr stark von Gesetzen und Verordnungen abhängig, die ihn direkt oder auch indirekt betreffen. Darunter gibt es das Prämiensystem, das allgemein für landwirtschaftliche Betriebe gilt. Speziell beim Bau einer Biogasanlage gelten viele weitere Regelungen, die beachtet werden müssen. Dazu zählen das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG), welches die Einspeisevergütung und -regularien für Strom aus regenerativen Energien festlegt und das Marktanreizprogramm der Bundesregierung (Förderung regenerativer Energien). Das Düngemittelrecht greift bei allen Fragen, bei denen es um die Verwendung oder die Veräußerung von Düngemitteln geht. Die Bioabfallverordnung (BioAbfV) regelt den Umgang mit zur Kompostierung geeigneter Abfallstoffe. Wenn Abfälle aus Schlachthöfen verwertet werden sollen, findet das Tierkörperbeseitigungsgesetz (TierKBG) Anwendung. Bei der Errichtung einer größeren Biogasanlage wird das Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) wirksam, bei kleineren Anlagen reicht meist eine Genehmigung nach Baurecht aus. Darüber hinaus sind bei dem Betrieb einer Biogasanlage auf einem biologisch wirtschaftendem Betrieb weitere Regelungen zu beachten. Beim Einsatz von Kofermenten ist es wichtig zu wissen, ob diese auch nach den EU-Verordnungen oder den Verbandsrichtlinien einsetzbar sind. Eine weitere Einschränkung bilden manche länderspezifischen Extensivierungsprogramme. Dabei sind die genauen Bedingungen für den Einsatz von Kofermenten aus pflanzlicher Produktion des eigenen Betriebes zu beachten.

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