Die Biogasanlage und ihre Nutzung in der Landwirtschaft

Biogasanlagen spielen in der nachhaltigen Landwirtschaft und beim Klimaschutz in Deutschland eine immer größere Rolle. In diesem Artikel geht es um die Biogasanlage im Allgemeinen, ihre Funktionsweise und warum sie sowohl für Bauern als auch für die Umwelt so wertvoll ist.

Die Vergärung von Gülle zu Biogas vermeidet Treibhausgas-Emissionen. In Deutschland gab es im Jahr 2023 9.900 Biogasanlagen mit einer Gesamtleistung von 6.000 Megawatt (MW). Mit den insgesamt erzeugten 33,6 Terrawattstunden (TWh) Strom konnten 9,6 Millionen Haushalte versorgt werden. Das entspricht 6 Prozent des deutschen Verbrauchs. Zusätzlich wurden 22,9 TWh nutzbare Wäre erzeugt. Damit konnten 1,95 Mio. Haushalte versorgt, 2,3 Mrd. l Heizöl ersetzt und 7,6 Mio. t CO₂ vermieden werden. Mehr Daten kannst du auf der Seite vom Fachverband Biogas einsehen.

Wie funktioniert eine Biogasanlage?

Eine Biogasanlage ist eine Einrichtung, die organische Materialien wie Pflanzenreste, Gülle, Mist, Lebensmittel- oder andere Abfälle in Biogas umwandelt. Dieser Prozess heißt anaerobe Vergärung  oder Fermentation. Dabei wird das Material in einem geschlossenen, luftdichten Behälter, dem Fermenter, von Mikroorganismen abgebaut. Die Resultate dieses Prozesses sind zum einen Biogas, eine Mischung aus Methan und Kohlendioxid, sowie zum anderen Gärreste, die als wertvoller Dünger auf den Feldern genutzt werden können.

Wie wird Biogas in Strom umgewandelt?

Nachdem das Biogas produziert wurde, kann es zur Energiegewinnung genutzt werden. In den meisten Biogasanlagen wird das Gas in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) verbrannt. Ein BHKW besteht aus einem Verbrennungsmotor, der durch die Verbrennung von Biogas angetrieben wird. Der Motor treibt wiederum einen Generator an, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, wodurch Strom erzeugt wird. Dieser kann dann ins Stromnetz eingespeist oder vor Ort genutzt werden.

Die dabei entstehende Wärme wird nicht verschwendet, sondern kann beispielsweise zum Heizen von Gebäuden, zur Bereitstellung von Warmwasser oder zur Trocknung von Substraten verwendet werden. Diese kombinierte Nutzung von Strom und Wärme macht Biogasanlagen zu einem guten Beispiel für die effiziente Nutzung von Ressourcen.

Die verschiedenen Anlagentypen: Biogasanlage, Biomethananlage und Biogasaufbereitungsanlagen

Neben den klassischen Biogasanlagen, die hauptsächlich Strom und Wärme erzeugen, gibt es auch Biomethananlagen, die noch einen Schritt weitergehen. In diesen Anlagen wird das produzierte Biogas so weit gereinigt und aufbereitet, dass es die Qualität von Erdgas erreicht. Dieser Prozess umfasst die Entfernung von Kohlendioxid, Wasser, Schwefelwasserstoff und anderen Verunreinigungen. Das resultierende Biomethan kann dann ins öffentliche Gasnetz eingespeist werden und als erneuerbare Alternative zu fossilem Erdgas genutzt werden.

Biogasaufbereitungsanlagen hingegen produzieren selbst kein Biogas. Sie werden oft als Teil eines größeren Systems verwendet und bereiten das zuvor produzierte Rohbiogas zu Biomethan auf, sodass dieses ins Gasnetz eingespeist werden kann.

Gülle und Mist als Rohstoff für Biogasanlagen

Ein besonders interessanter Aspekt von Biogasanlagen ist die Nutzung von Gülle und Mist als Rohstoff. Gülle und Mist sind Nebenprodukte der Viehhaltung, beispielsweise von Kühen oder Schweinen. Sie sind reich an organischen Materialien und daher als Ausgangsstoff für die Biogaserzeugung ideal. Gülle und Mist enthalten eine Mischung aus tierischen Exkrementen, Wasser, Futterresten und Einstreumaterialien, die bei der Vergärung zu wertvollem Biogas umgewandelt werden können.

Ist Gülle in Biogasanlagen Abfall?

Ganz im Gegenteil! Obwohl Gülle außerhalb der Landwirtschaft oft als Abfallprodukt angesehen wird, ist sie in der Biogasproduktion eine besonders wertvolle Ressource. Durch die Vergärung der Gülle in Biogasanlagen werden mehrere positive Effekte erzielt:

1. Energieerzeugung: Das in der Biogasanalage produzierte Gas kann zur Strom- und Wärmeerzeugung genutzt werden. So kann mit der Gülle von drei Kühen ein Haushalt ein Jahr lang mit Strom versorgt werden.
2. Reduzierung von Treibhausgasemissionen: Bei der Lagerung oder direkten Ausbringung von Gülle auf Feldern werden Methan (CH₄) und Lachgas (N₂O) freigesetzt, beide sind in dieser Form sogenannte Treibhausgase. Die Vergärung in Biogasanlagen erfolgt unter Luftabschluss. Das reduziert diese Emissionen erheblich, da das Methan zur Energiegewinnung genutzt wird und nicht unkontrolliert in die Atmosphäre entweicht. Ein Milchviehbetrieb mit 100 Kühen vermeidet jährlich rund 100 Tonnen Treibhausgas, wenn er die Gülle innerhalb weniger Tage vom Stall in die Biogasanlage einbringt.
3. Produktion von hochwertigem Dünger: Nach der Vergärung bleibt ein Gärrest übrig, der als wertvoller Dünger verwendet werden kann. Dieser Gärrest weist eine höhere Trockenmasse sowie einen höheren Nährstoffgehalt und eine bessere Pflanzenverfügbarkeit als unbehandelte Gülle auf. Das führt zu einer effizienteren Düngung und ermöglicht die Reduzierung oder sogar den Verzicht des Einsatzes mineralischer Düngemittel. Außerdem reduziert sich durch den Wasserentzug das Transportvolumen im Verhältnis zur sonst auszubringenden Gülle deutlich. Das wiederum reduziert die nötigen Transportfahrten zum Feld und damit den Maschineneinsatz und Kraftstoffverbrauch.
4. Kreislaufwirtschaft: Die Nutzung von Gülle in Biogasanlagen fördert eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft, indem Abfallprodukte der Viehhaltung in wertvolle Ressourcen umgewandelt werden. Dies trägt zur Ressourcenschonung und zur Verringerung der Umweltauswirkungen der Landwirtschaft bei.

Zusammengefasst ist Gülle in Biogasanlagen weit mehr als nur Abfall

Sie ist eine Schlüsselressource für die Erzeugung erneuerbarer Energie und bietet gleichzeitig ökologische Vorteile durch die Reduktion von Treibhausgasemissionen, die Produktion von hochwertigem Dünger und die Reduzierung des Gülletransports vom Stall zum Feld.

Wie viel Gülle braucht eine Biogasanlage?

Die Menge an Gülle, die eine Biogasanlage benötigt, hängt von ihrer Größe und dem angestrebten Energieoutput ab. Im Durchschnitt kann man sagen, dass eine kleine Anlage täglich etwa 20 bis 30 Kubikmeter Gülle verarbeiten kann. Große Anlagen können hunderte Kubikmeter pro Tag verarbeiten. Der exakte Bedarf variiert je nach Anlagentyp und den eingesetzten Substraten.

Kritischer Blick: Was sind die Nachteile von Biogas?

Wie bei jeder Technologie gibt es auch bei Biogasanlagen nicht nur Vorteile. Hier ein Blick auf einige der Herausforderungen:

Ist Biogas wirklich umweltfreundlich?

Biogas kann eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Brennstoffen sein, besonders wenn es zur Produktion von Strom und Wärme genutzt wird. Seine Umweltfreundlichkeit hängt jedoch stark davon ab, wie die Biogasanlage betrieben wird. Während in früheren Jahren der größte Anteil des eingesetzten Substrats aus hierfür angebautem Mais bestand, wird heute in immer mehr Anlagen der Maisanteil zu Gunsten eines erheblich höheren Anteils an Gülle reduziert. Diese fällt im landwirtschaftlichen Betrieb ohnehin an. Dies führt auch zu einer deutlich besseren CO₂-Bilanz des jeweiligen Betriebes.

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Was passiert mit dem Abfall aus Biogasanlagen?

Die Gärreste aus Biogasanlagen sind keineswegs Abfall. Sie sind ein nährstoffreicher Dünger, der auf den Feldern ausgebracht werden kann, um den Boden zu verbessern und das Pflanzenwachstum zu fördern. Dennoch muss sorgfältig darauf geachtet werden, dass bei der Lagerung und Ausbringung der Gärreste keine Umweltverschmutzung entsteht. Besonders wichtig ist die fachgerechte Ausbringung des Gärrestes. Dazu gehört vor allem die gleichmäßige Verteilung der Gärreste entsprechend des Bedarfs auf dem jeweiligen Acker.

Wirtschaftliche Aspekte von Biogasanlagen

Wann lohnt sich eine Biogasanlage?

Die Wirtschaftlichkeit einer Biogasanlage hängt von vielen Faktoren ab. Zu betrachten sind die Kosten für den Bau und Betrieb, die Verfügbarkeit von Substraten und die erzielbaren Einnahmen durch die produzierte Energie und die Einsparmöglichkeiten beim Düngemitteleinsatz. Generell sind Biogasanlagen aufgrund der stabilen Energieerzeugung und der Möglichkeit, verschiedene Substrate zu nutzen, eine attraktive Investition für viele landwirtschaftliche Betriebe.

1. Kosten und Einnahmen: Die Investitionskosten für den Bau einer Biogasanlage können hoch sein. So hat das Landwirtschaftliche Fachzentrum Baden-Württemberg das Investitionsvolumen für eine 75 kW-Anlage 2017 mit rund 530.000 Euro angegeben. Dazu gehören Ausgaben für die Planung, die Anschaffung von Technik und Geräten sowie die Kosten für den Bau der eigentlichen Anlage. Allerdings können diese Kosten manchmal durch staatliche Förderprogramme und Zuschüsse reduziert werden. Die laufenden Betriebskosten beinhalten Wartung, Personal und den Einkauf zusätzlicher Substrate, falls der Betrieb selbst nicht über genügend Substratmengen verfügen kann. Auf der Einnahmenseite stehen die Erlöse aus der Produktion und dem Verkauf von Strom und Wärme sowie mögliche Einspeisevergütungen.
2. Verfügbarkeit von Substraten: Ein entscheidender Faktor für die Rentabilität einer Biogasanlage ist die kontinuierliche Verfügbarkeit von Substraten. Landwirtschaftliche Betriebe, die über große Mengen an Gülle, Pflanzenresten oder anderen organischen Abfällen verfügen, haben hier einen klaren Vorteil. Landwirtschaftliche Betriebe, die als Substrat beispielsweise Silomais von anderen Betrieben teuer zukaufen müssen, sind dagegen aus wirtschaftlicher Sicht im Nachteil.
3. Betriebsgröße: Die Größe des landwirtschaftlichen Betriebs spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Kleinere Betriebe mit wenigen Tieren und geringem organischen Abfallaufkommen könnten Schwierigkeiten haben, eine Biogasanlage wirtschaftlich zu betreiben. Generell lohnt sich der Bau einer Biogasanlage ab etwa 80 bis 100 Milchkühe oder eine vergleichbare Menge anderer Nutztiere. Biogasanlagen, deren Substratversorgung ausschließlich auf Felderzeugnisse wie Silomais basieren soll, werden heute normalerweise nicht mehr geplant und gebaut.

Die Zukunft der Biogasanlage und ihre Rolle in der Landwirtschaft

Die Zukunft für Biogasanlagen sieht grundsätzlich vielversprechend aus. Biogasanlagen bieten eine nachhaltige Möglichkeit, Abfallprodukte zu verwerten und gleichzeitig Energie und Dünger zu erzeugen. Zudem spielen sie eine wichtige Rolle im Klimaschutz, da sie helfen, Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Dies betont auch Frank Cordes, der 2023 mit der Milchhof Reeßum KG den Klimasonderpreis des Milchlandpreises erhalten hat. Mit fortschreitender Technologie und steigendem Bewusstsein für Umwelt und Nachhaltigkeit werden Biogasanlagen womöglich künftig eine noch wichtigere Rolle in der landwirtschaftlichen und energetischen Branche spielen. Derzeit sind die politischen Rahmenbedingungen für den Weiterbetrieb älterer Biogasanlagen jedoch unsicher.

Für viele Biogasanlagen fehlen die Perspektiven nach dem Ende der EEG-Vergütung, die für die jeweilige Biogasanlage auf 20 Jahre begrenzt ist. Zwischen 2004 und 2006 sind besonders viele Biogasanlagen an den Start gegangen. Der Landesverband Erneuerbare Energien Niedersachsen e.V. (LEE) rechnet damit, dass allein in Niedersachsen zwei Drittel der Biogasanlagen dadurch in den nächsten Jahren vor dem Aus stehen (Quelle: agrarheute).