In der Projektarbeit „Dezentrale, regenerative Energiequelle – Biogasanlage“ werden die Entwicklungen in der Biogastechnologie, die Wirtschaftlichkeit und die Bedarfsaussichten erörtert, da der Einsatz regenerativer Energiequellen durch die Einführung der Ökosteuer und die damit verbundene Erhöhung der Heizöl-, Gas- und Benzinpreise neuen Aufwind erfährt. Nachwachsende Rohstoffe leisten zusätzlich einen wichtigen Beitrag zum Klima- und Umweltschutz, zur Schonung endlicher Ressourcen, zur Sicherung landwirtschaftlicher Einkommen und zur Erhaltung der Kulturlandschaft. Allein in Deutschland werden inzwischen auf mehr als 400.000 Hektar nachwachsende Rohstoffe für chemisch-technische Verwendungen und als Energieträger angebaut. Dies entspricht etwa 3% der bundesdeutschen Ackerfläche (Stand 1995).
Da der weltweite „Raubbau“ an fossilen Energieträgern nicht unendlich fortzuführen ist, ist die Entwicklung bzw. Förderung Erneuerbarer Energieträger erforderlich. Neben verstärkten Bemühungen zur Energieeinsparung und rationellen Energienutzung können der Verbrauch der fossilen Energieträgern und die damit verbundenen CO2-Emissionen durch den Einsatz erneuerbarer Energieträger vermindert oder gar vermieden werden.
Alternative Energiequellen sind in diesem Fall seit bestehen der Erde Wind, Sonne und Biomasse. Da unsere Breitengrade aufgrund der klimatischen Bedingungen in den Bereichen Wind- und Sonnenenergie etwas benachteiligt sind, die organischen Abfälle aber kontinuierlich und in großen Mengen anfallen, ist es sinnvoll die darin enthaltene gespeicherte Energie zu nutzen.
Die energetische Nutzung der Biomasse ist annährend CO2 neutral, da die bei der Verbrennung von Biogas frei werdende CO2-Menge beim Anbau der Biomasse über Photosynthese eingebunden wurde. Dieser natürliche Kreislauf wird am schnellsten geschlossen, in dem die organischen Abfälle dem natürlichen Prozess der Verrottung, Fermentation, zugeführt werden. Die dabei entstehende Energie in Form von methanhaltigem Gas, Biogas, wird zur Energieerzeugung genutzt.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Theorie
2.1 Entstehung von Biogas
2.2 Biogaszusammensetzung
2.3 Biogaseigenschaften
3 Verfahren zur Biogasgewinnung
3.1 Anlagentypen
3.1.1 Das Batch-Verfahren
3.1.2 Das Wechselbehälter-Verfahren
3.1.3 Das Durchfluss-Verfahren
3.1.4 Das Speicher-Verfahren
3.1.5 Kombinierte Durchfluss-Speicher-Anlagen
3.2 Verfahrensvarianten
3.3 Fermenterbauarten
3.3.1 Horizontale Bauart
3.3.2 Vertikale Bauart
3.3.3 Gängige Fermenterbauarten
3.4 Aufbau einer Biogasanlage
4 Anlagenplanung
4.1 Anlagendimensionierung
4.1.1 Berechnung des Fermenters
4.1.2 Ermittlung des Trockensubstanz- und des organischen TS-Gehalts
4.1.3 Berechnung der täglichen Gasproduktion
4.1.4 Lagervolumen
4.1.5 Gasspeichervolumen
4.1.6 Bestimmung der BHKW-Leistung
5 Wirtschaftlichkeit
5.1 Kosten der Biogasnutzung
5.2 Investitionskosten
5.3 Abschreibung und jährliche Kosten
5.4 Nutzen
5.5 Möglichkeiten zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit
5.6 Fördermöglichkeiten
5.6.1 Bundesprogramm zur Förderung erneuerbarer Energien
5.6.2 Förderprogramm der Kreditanstalt für Wiederaufbau
5.6.3 Deutsche Ausgleichsbank – Umweltprogramm
5.6.4 Förderprogramm des Landes Niedersachsen
5.6.5 Förderleitlinie Biomasse der Energiestiftung Schleswig-Holstein
5.7 Beispielrechnungen
6 Derzeitige Biogasanlagen
7 Bedarfsaussichten
8 Aktuelle Entwicklungen
9 Probleme
Zielsetzung & Themen
Die Projektarbeit untersucht die technischen Entwicklungen, die Wirtschaftlichkeit und die Zukunftsperspektiven von Biogasanlagen als dezentrale, regenerative Energiequelle. Dabei wird analysiert, wie landwirtschaftliche Betriebe durch den Einsatz dieser Technologie einen Beitrag zur Energieversorgung und zum Umweltschutz leisten können.
- Grundlagen der Biogasentstehung und -eigenschaften
- Vergleich verschiedener Verfahren zur Biogasgewinnung
- Dimensionierung und Planung von Biogasanlagen
- Wirtschaftlichkeitsfaktoren und staatliche Fördermöglichkeiten
- Analyse aktueller technischer Entwicklungen und Marktbedarfe
Auszug aus dem Buch
2.1 Entstehung von Biogas
Biogas wird in einem mehrstufigen Prozess durch die Aktivität von anaeroben Mikroorganismen beim Abbau organischer Substanz unter Luft- bzw. Sauerstoffabschluss erzeugt. An der Biogasbildung sind mehrere verschiedene Bakterienstämme beteiligt, deren Zusammensetzung sich jeweils aus den spezifischen Prozessbedingungen ergibt (z.B. Ausgangsstoff der Vergärung, Temperaturniveau, pH- Wert,...). Da sich die Mikroorganismen an die verschiedenen Ausgangsstoffe anpassen können, ist fast jede organische Substanz durch Vergärung abbaubar.
Die in der Regel hochmolekulare organische Substanz wird in mehreren Stufen zu niedermolekularen Verbindungen abgebaut bis hin zum Methan. Neben dem Biogas entsteht bei der Prozesskette als Gärrückstand ein Gemisch aus Wasser, nicht abgebauter organischer Substanz (meist zellulosereiche oder holzartige Substanz) sowie nicht organischer Substanz (meist Sand und andere Bodenteilchen, Salz und andere Minerale). Die Vergärung findet im feuchten Milieu statt, die Mikroorganismen benötigen mindestens ca. 50 % Wasser im Ausgangssubstrat. Der Abbau der Biomasse wird in 4 Stufen betrachtet:
Die 1. Stufe der Vergärung ist die Hydrolyse. In dieser Phase werden hochmolekulare organische Verbindungen von Bakterien zu kleineren Einheiten aufgespalten. Die meisten der organischen Moleküle treten als verkettete, sich wiederholende Einheiten auf. Bakterien können diese Ketten nicht nutzen, sie scheiden zur Aufspaltung der organischen Verbindungen Enzyme aus. Aufgabe dieser Enzyme ist es, die großen Moleküle der Grundstoffgruppen, Eiweißstoffe, Kohlenhydrate und Fette soweit aufzuspalten, dass sie, in Wasser gelöst, durch die Zellmembranen der Bakterien diffundieren und durch Endoenzyme dem weiteren Stoffwechsel der Zelle verfügbar gemacht werden können.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Arbeit erläutert die Bedeutung von Biogas als regenerative Energiequelle angesichts ökologischer und ökonomischer Anforderungen an die Landwirtschaft.
2 Theorie: Dieses Kapitel beschreibt den biochemischen Prozess der Biogasentstehung durch anaerobe Vergärung in vier Stufen.
3 Verfahren zur Biogasgewinnung: Es werden verschiedene Anlagentypen und Fermenterbauarten vorgestellt und deren Eignung für unterschiedliche Substrate bewertet.
4 Anlagenplanung: Das Kapitel bietet eine Anleitung zur prozesstechnischen Dimensionierung von Biogasanlagen sowie zur Auslegung des Blockheizkraftwerks.
5 Wirtschaftlichkeit: Hier werden die Investitions- und Betriebskosten analysiert sowie verschiedene staatliche Förderprogramme für Biogasvorhaben detailliert aufgeführt.
6 Derzeitige Biogasanlagen: Der Status Quo der Verbreitung von Biogasanlagen in Deutschland Ende der 90er Jahre wird dargestellt.
7 Bedarfsaussichten: Dieses Kapitel analysiert das theoretische Biogaspotenzial durch tierische Exkremente in der deutschen Landwirtschaft.
8 Aktuelle Entwicklungen: Es werden neue Ansätze wie die Beschleunigung der Hydrolyse oder die Nutzung von Biogas in Brennstoffzellen diskutiert.
9 Probleme: Zusammenfassung der ökonomischen Herausforderungen und der notwendigen infrastrukturellen Anpassungen für die Zukunft.
Schlüsselwörter
Biogas, Biomasse, Regenerative Energien, Vergärung, Anaerob, Fermenter, BHKW, Wirtschaftlichkeit, Förderung, Ökosteuer, Landwirtschaft, Methan, Energiepotenzial, Gülle, Prozessdimensionierung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Projektarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die technologischen Grundlagen, die Wirtschaftlichkeit und das Zukunftspotenzial der Biogasnutzung in der deutschen Landwirtschaft.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Zu den Schwerpunkten zählen die biochemische Biogasbildung, verschiedene Anlagentechniken, die ökonomische Kalkulation und die staatliche Förderung erneuerbarer Energien.
Welches ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, den Status Quo und die Bedingungen aufzuzeigen, unter denen eine energetische Nutzung von Biomasse ökologisch und wirtschaftlich sinnvoll realisiert werden kann.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer fundierten Auswertung technischer Literatur, Prozessbeschreibungen sowie beispielhaften Wirtschaftlichkeitsberechnungen für verschiedene Anlagentypen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische Einführung in die Biogasentstehung, die Beschreibung technischer Verfahren zur Gewinnung, die methodische Anlagenplanung und eine umfassende wirtschaftliche Analyse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Die Arbeit wird primär durch Begriffe wie Biogas, regenerative Energien, Fermenterbau, Wirtschaftlichkeit und öffentliche Förderprogramme geprägt.
Warum spielt die Eigenleistung bei Biogasanlagen eine so große Rolle für die Rentabilität?
Da reine Firmenanlagen oft hohe Investitionskosten verursachen, verbessert ein hoher Eigenleistungsanteil beim Bau die Kapitalrendite entscheidend und führt die Anlage näher an die Wirtschaftlichkeitsschwelle.
Welche Bedeutung hat das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) für die untersuchten Anlagen?
Das EEG bietet Investoren und Anlagenbetreibern durch garantierte Vergütungssätze für Strom aus Biomasse eine sichere und langfristige Planungsgrundlage.
- Quote paper
- Lars Melde (Author), 2000, Die Biogasanlage. Dezentrale, regenerative Energiequelle, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/52233
