Energiewende Analyse von 1.800 Biogasanlagen

Die technische Entwicklung schreitet voran. Ein Repowering der Bestandsbiogasanlagen für die Energiewende ist notwendig. Das vom BMWi geförderte Projekt „Repowering – Maßnahmen zur Effizienzsteigerung für den vorhandenen Anlagenbestand“ hat auf Basis einer umfassenden Datenanalyse von über 1.800 Biogasanlagen die Möglichkeiten zur Optimierung und die Kosten eines Repowerings zusammengetragen. 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 Prozent sind älter als zehn Jahre) ohne technische Nachrüstung nicht leisten können. Heute steht ein breites Angebot an neuen Technologien (zum Beispiel 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 Unternehmen Bioreact, Gewitra und Bonalytic wurde im Projekt „Repowering“ eine Strategie und Maßnahmen zur effizienteren Biogasgewinnung entwickelt. Ziel ist, dass Bestandsanlagen zur Stromerzeugung auf Grundlage neuester Erkenntnisse und Technologien optimiert werden.

Als Repowering-Maßnahmen wurden technische Optionen zur Weiterentwicklung des Biogasanlagen-Bestands 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 1.809 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.

„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. 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.

Den höheren Kosten durch Nachrüstung an der Biogasanalage (zum Beispiel durch zusätzliche Gasspeicher und BHKW, 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-BHKW 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.