Biogas repowered

Im Zuge der Energiewende sieht sich Biogas ungeachtet seiner Vielzahl positiver Eigenschaften – Ende 2015 erzeugten allein ungefähr 8.000 Anlagen Strom und Wärme aus regenerativen Quellen – vielen Herausforderungen gegenüber: So ergeben sich neue Anforderungen durch die notwendige flexible Energiebereitstellung, die alte Bestandsanlagen (20 % sind älter als 10 Jahre) ohne technische Nachrüstung nicht leisten können. Heute steht ein breites Angebot an neuen Technologien (z. B. Gaseinspeisung) bereit, um die Effizienz der einzelnen Biogasanlage signifikant zu erhöhen. Darüber hinaus wissen die Betreiber heute besser, was im Biogasprozess vor sich geht und können die Prozessbiologie positiv beeinflussen.

„Unsere Analysen bestätigen, dass es große Unterschiede in der technischen Ausgestaltung und Prozessführung der Biogasanlagen gibt und teilweise signifikante Verbesserungen und Ertragssteigerungen realisiert werden könnten“, erklärt Joachim Krassowski vom Fraunhofer Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT. Zusammen mit den Partnern der Bioreact GmbH, der gewitra mbH und der bonalytic GmbH wurde im Projekt „Repowering“ (03KB071) eine Strategie und Maßnahmen zur effizienteren Biogasgewinnung entwickelt. Ziel ist es, dass Bestandsanlagen zur Stromerzeugung auf Grundlage neuester Erkenntnisse und Technologien optimiert werden.

Als Repowering-Maßnahmen wurden technische Optionen zur Weiterentwicklung des Biogasanlagenbestands identifiziert. Dazu gehören verfahrenstechnische und biologische Optimierungen, der Anlagenneubau, der Zusammenschluss einzelner Biogasanlagen sowie die Erweiterung bestehender Anlagen. Ebenso wurden verschiedene Gasverwertungskonzepte, wie die Vorortverstromung, die Gaseinspeisung und die direkte Nutzung von Biogas als Fahrzeugkraftstoff, betrachtet.

Insgesamt wurden die Daten von 1809 Biogasanlagen ausgewertet. Grundsätzlich zeigte sich, dass ein großes Potenzial für das Repowering und damit auch für eine bessere Integration in ein regeneratives Energiesystem besteht. Unter Berücksichtigung des aktuellen regulatorischen Rahmens sind insbesondere die Vermeidung von Methanverlusten und eine Optimierung der Gärbiologie die am ehesten wirtschaftlichen Maßnahmen.

Die wichtigsten Maßnahmen im Überblick.
Technische Maßnahmen
„Leckagen können nicht zwangsläufig über den Geruchssinn wahrgenommen werden Regelmäßige
Wartung durch Leckage- und Dichtheitsuntersuchungen verringert die Methan-Emissionen der Anlagen.
Denn Gas, das nutzlos aus der Anlage entweicht, liefert keinen Strom und schadet dem Klima“, fasst
Projektleiter Joachim Krassowski die erste und einfache Maßnahme im Repowering-Paket zusammen.

Prozessrelevante Maßnahmen
Die Forscher entwickelten ein Konzept zur enzymatischen Vorhydrolyse als mögliche Alternative zu kostenintensiven technisch-physikalischen Aufschlussverfahren für faserhaltige Substrate mit geringerem Energiebedarf. In der Praxis kann dieses Konzept in verfahrenstechnischer Hinsicht auf alle bestehenden, anaeroben Vergärungsverfahren aufgesetzt werden.

Ferner untersuchten die Forscher auch die Flexibilisierung der Biogasbeschickung. Mit dem Einsatz einer Hydrolysestufe kann ein Umstieg von einer überwiegend auf Maissilage basierenden Substratmischung zu vorwiegend Reststoffen ermöglicht werden.

Flexibilisierungsmaßnahmen und Anlagenkonzept
Den höheren Kosten durch Nachrüstung an der Biogasanalage (z. B. durch zusätzliche Gasspeicher und BHKWs, Gaseinspeisung) stehen deutliche Vorteile bei der Anlagenflexibilität, der Energieeffizienz und beim Treibhausgasminderungspotenzial gegenüber.

Flexibilität ist vor allem im Hinblick auf Wärmenutzungskonzepte das Gebot der Stunde. Mögliche Konzepte betreffen Nahwärmenetze, Satelliten-BHKWs aber auch ein Mikrogassystem, in dem das Biogas zum potenziellen Nutzer mittels Gasleitung transportiert wird. Flexibilisierung vor Ort ist immer dann vorteilhaft, wenn ein ausreichende Gasspeicherkapazitäten, und eine sinnvolle Wärmenutzung gewährleistet werden. In Planbeispielen zeigten die Forscher, dass ein Verbund von verschiedenen Biogasanlagen und einer gemeinsamen Gaseinspeisung sinnvoll sein kann, um eine höhere Flexibilität und bessere Wärmekonzepte realisieren zu können.

Resümee
Die Erkenntnisse des Repowering-Projektes wurden anschaulich in übersichtlichen Factsheets zusammengefasst und in einer Datenbank zugänglich gemacht, die einzelne Repowering-Optionen und
ggf. vorhandene Umsetzungshemmnisse enthält.

Das Förderprogramm
Im Juni 2008 startete das Förderprogramm „Energetische Biomassenutzung“. Das Programm wird vom
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und war bisher mit rund 48 Millionen Euro ausgestattet. Nach fast siebenjähriger Laufzeit umfasst das Programm 99 Verbundprojekte bzw. 247 Einzelprojekte, die zum Thema Biomasse als Energieträger forschen. Im Fokus stehen insbesondere Forschungs- und Entwicklungsprojekte zur praxistauglichen Weiterentwicklung wettbewerbsfähiger Technologien, insbesondere in den Bereichen Verbrennung, Vergasung und Vergärung von Biomasse. Weitere Forschungsschwerpunkte sind systemflexible Anlagenkonzepte und Produkte für eine nachhaltige und effiziente Erzeugung von Strom und Wärme aus Biomasse, hier vor allem aus biogenen Rest- und Abfallstoffen. Fördermittelempfänger sind klassische Forschungseinrichtungen, aber vor allem auch klein- und mittelständische Unternehmen, die die Markteinführung bestimmter Technologien anstreben. Insgesamt sind seit 2009 über 170 Institutionen im Programm beteiligt, davon über 70 KMUs. Das DBFZ ist für die wissenschaftliche Begleitung und Öffentlichkeitsarbeit des Förderprogramms zuständig. Mit der fachlichen und administrativen Koordination desselben wurde der Projektträger Jülich (PtJ) beauftragt. Der letzte Stichtag für die Einreichung von Projektskizzen ist der 30. September 2016.

Weitere Informationen zum Förderprogramm „Energetische Biomassenutzung“ www.energetische-biomassenutzung.de