14. März 2017
Agrarwirtschaft
Biogas – eine erneuerbare Energiequelle
Weltweit wird über die Existenz und die Auswirkungen des Klimawandels diskutiert, auch wenn seine Folgen bereits deutlich spürbar sind.
Die Nutzung erneuerbarer Energien ist die logischste Lösung zur Bekämpfung des Klimawandels.
Anaerobe Vergärung und Biogasproduktion Beides bietet uns eine Plattform, um zahlreiche Umweltprobleme anzugehen, etwa Abfallwirtschaft, Kohlendioxidemissionen und Energiekrise, und trägt auch dazu bei, die negativen Auswirkungen des Klimawandels zu verringern.
Die anaerobe Vergärung ist ein Phänomen, das uns seit der Antike bekannt ist; ein Beispiel hierfür ist das Bierbrauen.
Obwohl dieser Prozess in der Umwelt auf natürliche Weise vorkommt, muss sein volles Potenzial noch ausgeschöpft werden.
Der italienische Physiker Alessandro Volta entdeckte als Erster, dass in Sumpfgebieten Methan entsteht.
Diese Entdeckung führte zum Beginn der Biogasproduktion und Energieerzeugung auf der ganzen Welt.
Deutschland ist derzeit das führende Land, wenn es darum geht, die Vorteile der Biogaserzeugung und der Biomassegewinnung für die Energieumwandlung zu nutzen.
Die erste erfolgreiche Biogasanlage Indiens wurde jedoch 1859 in einer Leprakolonie im indischen Bombay (heute Mumbai) gebaut.
Allerdings ist die Lage in Indien nicht so rosig wie in Deutschland, da hier eher dezentrale Biogasanlagen im Einsatz sind.
In Indien gibt es etwa fünf Millionen Biogasanlagen für Privathaushalte, die den Bedarf der Haushalte an Kochgas und Warmwasserbereitern decken.
Die Technologie zur Biogaserzeugung hat mittlerweile ein neues Niveau erreicht und Indien muss diese neuen Verfahren übernehmen, um den Sprung in Richtung nachhaltiger Energie zu schaffen.
Die wichtigsten Schritte bei der Biogasproduktion sind:
Substraterzeugung
Die Wahl des Substrats bestimmt die Menge des erzeugten Biogases.
Bei einem hohen Fettgehalt des Substrats können im Schnitt 80 % der Biomasse in Biogas umgewandelt werden, ein hoher Proteingehalt führt zu einer Gasbildung von bis zu 70 %, während ein kohlenhydratreiches Substrat eine Gasproduktion von 60 % ermöglicht.
Für die Biogasproduktion können alle Arten organischer Abfälle genutzt werden, beispielsweise landwirtschaftliche Abfälle, Tiermist, Energiepflanzen, häusliche Abwässer sowie Industrieabfälle mit hohem Anteil organischer Stoffe.
Bevor das Substrat in den anaeroben Fermenter eingebracht wird, muss es zunächst aufbereitet werden, um eine effiziente anaerobe Vergärung zu ermöglichen.
Die üblichen Verarbeitungsschritte sind das mechanische Zerkleinern und die chemische Behandlung mit Säuren und Laugen.
Mikrobielle Verdauung im anaeroben Faulbehälter
Die anaerobe Vergärung kann in anaeroben Lagunen, auf Mülldeponien und in geschlossenen Systemen anaerober Faulbehälter erfolgen.
Der Nachteil offener Systeme wie anaerober Lagunen und Deponien besteht darin, dass ein großer Teil des erzeugten Biogases an die Umwelt verloren geht.
Das Herzstück eines effizienten anaeroben Vergärungsprozesses ist der anaerobe Fermenter, der eine bessere Kontrolle des Prozesses und der Biogasausbeute ermöglicht.
Die verschiedenen Arten von anaeroben Faulbehältern, die häufig für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden, sind:
- Rührkessel-Bioreaktoren – Landwirtschaftliche Abfälle und Tiermist
- Aufwärtsstrom-Anaerobe Schlammdeckenreaktoren und Reaktoren mit erweiterter körniger Schlammdeckenbildung – Abwässer mit einem Trockensubstanzgehalt von weniger als 2 %
- Strömungsreaktoren – Tierische und landwirtschaftliche Abfälle und ein Trockenmassegehalt von 30–60 %
- Garagensystem – Hausmüll mit Trockenmasse über 70 %
Die für den anaeroben Vergärungsprozess erforderliche Maschinerie wird durch eine Batterie von Mikroorganismen bereitgestellt.
Da die Endprozesse der Acetogenese und Methanogenese empfindlich auf einen sauren pH-Wert reagieren, ist es äußerst wichtig, den pH-Wert während des gesamten Prozesses durch die Verwendung geeigneter Puffersysteme aufrechtzuerhalten.
Weitere Betriebsparameter, die den reibungslosen Betrieb des anaeroben Faulbehälters beeinflussen, sind die organische Belastungsrate, die Temperatur und Spurenmineralsalze.
Biogas- und Biomethanerzeugung
Die Endprodukte der anaeroben Vergärung sind Biogas und Gärreste.
Die allgemeine Zusammensetzung von Biogas ist wie folgt:
| Compounds | Formel | In Prozent |
|---|---|---|
| Methan | CH 4 | 50-75 |
| Kohlendioxid | CO 2 | 25-50 |
| Stickstoff | N 2 | 0-10 |
| Wasserstoff | H 2 | 0-1 |
Der gewonnene Gärrest hat einen hohen Nährwert und kann als organischer Dünger für landwirtschaftliche Zwecke verwendet werden.
Rohbiogas enthält Spuren von Schwefelwasserstoff, der die Versorgungsleitungen und Blockheizkraftwerke (BHKW) korrosiv angreifen kann.
Daher wird Biogas durch bestimmte Verbesserungen im vorhandenen Fermenter weiter zu Biomethan gereinigt.
Biomethan enthält 97 % Methan und hat im Vergleich zu Biogas eine höhere Brennstoffeffizienz.
Biomethan kann einem Blockheizkraftwerk zugeführt werden, das sowohl Strom als auch Warmwasser für den Hausgebrauch erzeugen kann.
Ein Blockheizkraftwerk arbeitet nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung.
Die durch die Verbrennung von Biomethan erzeugte Energie kann zum Antrieb der Turbinen eines Generators zur Stromerzeugung genutzt werden, und das Wärmeaustauschsystem liefert uns eine Warmwasserquelle für private und industrielle Anwendungen.
Obwohl erneuerbare Energien ein allgemein bekanntes Thema sind, ist ihre Relevanz der breiten Masse noch nicht bewusst geworden.
Bei der Erzeugung erneuerbarer Energien sind Solarenergie und Windenergie die Spitzenreiter, die Biogaserzeugung holt jedoch auf.
Der Hauptvorteil der Biogaserzeugung liegt in der Nutzung als gespeicherte Energie, die die Zeit überbrücken kann, in der weder Solar- noch Windenergie zur Verfügung steht.
Das Potenzial der Stromerzeugung aus Biogas kann den Bedarf ländlicher Regionen Indiens decken, die bisher nur schlecht an das Stromnetz angeschlossen sind.
Die neue Regierungspolitik und das weitverbreitete Bewusstsein dafür geben die Gewissheit, dass die Biogaserzeugung in Indien in den kommenden Jahren einen erheblichen Aufschwung erleben wird.
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