Biogas entsteht beim mikrobiellen Abbau organischer Substanzen unter anaeroben Bedingungen, in mehreren Stufen. Die optimalen Bedingungen der einzelnen Stufen unterscheiden sich in der Temperatur und vor allem in den pH-Werten.
Bei der Vergärung von biogenen Substanzen in einem einstufigen Prozess laufen alle Biogasbildungsstufen parallel nebeneinander ab, wobei die Bedingungen aller Vergärstufen im Gleichgewicht gehalten werden müssen und für die einzelnen Stufen als suboptimal zu beurteilen sind.
Eine Vergärung in einem einstufigen Verfahren ist dadurch meist zeitintensiv und birgt Gefahren in der Prozessstabilität, da der Vergärungsprozess zu Gunsten eines zu sauren Milieus zu kippen droht.
Durch die Hemmungen der einzelnen Abbaustufen kann zudem das eingesetzte Substrat nicht optimal ausgegoren werden und es entstehen zum Teil Verluste beim Biogasbildungspotential, zugunsten vermehrter Gärreste.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher, das bestehende Wissen über die mehrstufige Biogastechnologie zu untersuchen und daraus Potentiale für einen optimalen, prozesssicheren und wirtschaftlichen Biogasprozess herauszustellen.
Ein besonderer Schwerpunkt der Arbeit liegt dabei auf der Vergärung organischer Abfallsubstrate, welche in der Biogaserzeugung bisher nur eine geringe Rolle zukam.
Die Recherche hat gezeigt, dass im Bereich der energetischen Verwertung organischer Abfälle noch große Potentiale ruhen.
Der überwiegende Teil organischer Abfälle, die heute zum großen Teil kostenintensiv entsorgt werden, könnten sich somit in ein neues System zur nachhaltigen Energiegewinnung integrieren lassen.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Problemstellung
- Zielstellung
- Aktueller Stand der Technik von Biogasanlagen
- Der Biogasprozess
- Grundlagen der Anaerobvergärung
- Die vier Stufen der anaeroben Vergärung
- Chemisch-physikalische Eigenschaften von Biogas
- Die Zusammensetzung von Biogas
- Das Dichteverhältnis Biogas zu Luft
- Optimale Milieubedingungen der anaeroben biologischen Abbauvorgänge
- Chemisch-physikalische Einflussgrößen
- Hemmstoffe
- Zwischenfazit
- Substrate und ihre Biogas-, Methan-, und Energiepotentiale
- Bestimmung des Energiepotentials mit Vergleichswerten
- Bestimmung des Energiepotentials über den CSB
- Bestimmung des Energiepotentials über den Anteil an Fett, Eiweiß und Kohlenhydraten
- Zusammenfassung der Möglichkeiten zur Bestimmung des Energiepotentials von Substraten
- Wirtschaftliche Rahmenbedingungen
- Vergütungsmöglichkeiten nach dem EEG
- Biogasaufbereitung und Gaseinspeisung
- Rechtliche Regelungen für Abfallbiogasanlagen
- Marktanalyse
- Der Energiemarkt in Deutschland
- Abfallvergärungspotentiale in Deutschland
- Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
- Erlöse
- Inputerlöse für zu verwertende Abfälle
- Outputerlöse für produzierte elektrische Energie
- Outputerlöse für produzierte thermische Energie
- Outputerlöse für produzierte Nebenprodukte
- Outputerlöse für eingespeistes Bio-Erdgas ins Erdgasnetz
- Outputerlöse durch ein Satelliten-BHKW
- Outputerlöse über eine Bio-Erdgas-Tankstelle
- Outputerlöse für die Verwertung von Gärresten
- Kosten
- Fixe und variable Kosten
- Kostenfunktionen der Investitionskosten
- Wirtschaftliche Einflussfaktoren auf Gewinn und Rentabilität
- Der Einfluss der Prozessgeschwindigkeit
- Das EEG und der Einfluss der Inflation
- Erlöse
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der wirtschaftlichen und verfahrenstechnischen Betrachtung mehrstufiger Biogasanlagen unter besonderer Berücksichtigung von Abfallsubstraten. Ziel ist es, die Potenziale und Herausforderungen der Biogasproduktion aus Abfallmaterialien aufzuzeigen und die wirtschaftliche Rentabilität dieser Anlagen zu analysieren. Die Arbeit konzentriert sich dabei auf die relevanten Aspekte der Biogastechnologie, einschließlich der Prozessstufen, Substrate und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen.
- Analyse des Biogasprozesses und seiner Einflussfaktoren
- Bewertung der Eignung verschiedener Abfallsubstrate für die Biogasproduktion
- Wirtschaftliche Analyse von Biogasanlagen, einschließlich der Kosten und Erlöse
- Bewertung der Auswirkungen des EEG und anderer rechtlicher Regelungen auf die Biogasproduktion
- Identifizierung von Potenzialen und Herausforderungen für die zukünftige Entwicklung von Biogasanlagen
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung führt in die Thematik der Biogasproduktion aus Abfallsubstraten ein und stellt die Problemstellung sowie die Zielsetzung der Arbeit dar. Kapitel 2 gibt einen Überblick über den aktuellen Stand der Technik von Biogasanlagen, einschließlich der verschiedenen Verfahrensstufen, der Einsatzmöglichkeiten von Biogas und der wichtigsten Einflussfaktoren auf den Biogasprozess. Kapitel 3 befasst sich mit den Grundlagen der anaeroben Vergärung und den chemisch-physikalischen Eigenschaften von Biogas. Kapitel 4 analysiert verschiedene Substrate und deren Biogas-, Methan- und Energiepotentiale. Kapitel 5 beleuchtet die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen der Biogasproduktion, einschließlich der Vergütungsmöglichkeiten nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) und der rechtlichen Regelungen für Abfallbiogasanlagen. Kapitel 6 widmet sich der Marktanalyse des Energiemarktes in Deutschland sowie der Abfallvergärungspotentiale. Kapitel 7 befasst sich mit der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Biogasanlagen, einschließlich der Erlöse und Kosten.
Schlüsselwörter
Biogas, Abfallsubstrate, Anaerobe Vergärung, Biogasanlage, Wirtschaftlichkeit, Erneuerbare Energien, EEG, Prozessstufen, Energiepotenzial, Marktanalyse, Wirtschaftlichkeitsberechnung.
- Arbeit zitieren
- Alexander Weise (Autor:in), 2010, Biogasanlagen. Verwertung organischer und biologischer Abfälle zur nachhaltigen Energieerzeugung., München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/166001
