biogas.fnr.de GÜLLE-KLEINANLAGEN BIOENERGIE

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1 biogas.fnr.de GÜLLE-KLEINANLAGEN BIOENERGIE

2 IMPRESSUM Herausgeber Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) OT Gülzow, Hofplatz Gülzow-Prüzen Tel.: 03843/ Fax: 03843/ info@fnr.de Gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages Autoren Dr. Walter Stinner und Mathias Stur (Deutsches Biomasseforschungszentrum ggmbh), Nicole Paul und Detlef Riesel (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.) Redaktion Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR), Abteilung Öffentlichkeitsarbeit Bilder Titel: bwe biogas weser-ems GmbH & Co. KG Sofern nicht am Bild vermerkt: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) Gestaltung/Realisierung Rostock Druck Rostock Gedruckt auf 100 % Recyclingpapier mit Farben auf Pflanzenölbasis Bestell-Nr Auflage FNR 2015

3 GÜLLE-KLEINANLAGEN

4 INHALT 1 Einleitung 4 2 Rahmenbedingungen Rechtliche Rahmenbedingungen Erneuerbare-Energien-Gesetz Genehmigung Strukturelle Rahmenbedingungen Technische Rahmenbedingungen der Güllevergärung Prozessverträglichkeit von Gülle Effizienz kleiner Anlagen Wärmebilanz 15 3 Anlagentechnik Rührkesselanlagen Substratzuführung Behälterabdeckung Rührtechnik Besonderheiten Horizontale Fermenter Kompaktanlagen (Turm oder Container) Weitere Kleinanlagenkonzepte 26 4 Wirtschaftlichkeit 28 2

5 Rotaria GmbH 5 Betriebliche Einflussfaktoren Wirtschaftsdüngeranfall Bauliche Einbindung Wärmenutzung Einfluss auf die Betriebs entwicklung Düngewert und weitere Effekte 40 6 Checklisten zur Planung und Angebotsbewertung 42 Checkliste 1 zur Prüfung der benötigten Leistungen 43 Checkliste 2 zur Angebotsbeurteilung Technik 44 Checkliste 3 zur Angebotsbeurteilung Wirtschaftlichkeit 45 7 Praxisbeispiele 46 GbR Terpstra, Grammow (Mecklenburg-Vorpommern) 46 Wiard Smidt, Krummhörn (Niedersachsen) 48 Keller GbR, Gutenzell-Hürbel (Baden-Württemberg) 50 Schweinemastbetrieb in Baden-Württemberg 52 8 Anhang Allgemeiner Hinweis zu Rechtsthemen Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis 55 3

6 1 EINLEITUNG Mit der Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) 2012 wurde erstmals eine Sondervergütung für kleine Biogasanlagen bis 75 kw installierte elektrische Leistung eingeführt, die vornehmlich Gülle und Mist vergären. Ziel der besonders hohen Vergütung für Kleinanlagen zur dezentralen Wirtschaftsdüngervergärung ist die verstärkte Erschließung dieses wertvollen Reststoffpotenzials, von dem bislang in Deutschland ein großer Teil nicht zur Biogasgewinnung genutzt wird. Nicht zuletzt soll damit auch eine Reduzierung der klimarelevanten Methanemissionen erreicht werden, die ansonsten bei der Güllelagerung entstehen. Aus diesen Gründen wurde auch nach der Novellierung des EEG im Jahr 2014 grundsätzlich die Sondervergütung dieser Anlagenklasse beibehalten. Besonderes Interesse von Landwirten und Anlagenbauern erhält diese Anlagenklasse durch den Wegfall der einsatzstoffbezogenen Vergütung im Rahmen der Novellierung zum EEG Aufgrund dessen bestehen Optionen zur wirtschaftlichen Investition in neue Biogasanlagen in Deutschland fast nur noch im Bereich dieser sogenannten Gülle- Kleinanlagen sowie von Anlagen auf Basis kommunaler Bioabfälle. agrikomp GmbH Gülle-Kleinanlage auf einem Milchviehbetrieb 4

7 Gerade im Bereich kleiner landwirtschaftlicher Anlagen besteht ein erhöhter Bedarf an neutraler und übersichtlicher Information. Hintergrund ist, dass Anlagen dieser Art einen Betriebszweig darstellen, der zusätzlich zu einer größeren Tierhaltungsanlage und zum zugehörigen Pflanzenbau errichtet und betrieben werden soll. Die Erträge und der Arbeitszeitbedarf einer solchen Anlage rechtfertigen und ermöglichen nicht den Einsatz einer vollen bzw. eigenen Arbeitskraft zum Betrieb einer solchen Anlage. Vielmehr muss die Anlagenbetreuung mit ein bis zwei Stunden täglicher Arbeit zu bewältigen sein. Praktiker geben für reine Gülleanlagen, d. h. ohne Einbringung von Feststoffen, einen üblichen täglichen Arbeitszeitbedarf von etwa 30 Minuten an. So sollte der Durchschnitt bei solchen Anlagen unter Berücksichtigung von Wartung und Reparatur bei etwa einer Stunde Arbeitszeitbedarf pro Tag liegen. Daher soll diese Infobroschüre einen allgemeinverständlichen Überblick für die Zielgruppe schaffen. Dies setzt natürlich Vereinfachungen sowohl bei den technischen Darstellungen und Bewertungen als auch insbesondere im Bereich der rechtlichen Regelungen voraus. Sollten fehlerhafte Informationen oder Interpretationen in den folgenden Darstellungen vorhanden sein, lässt sich daraus keinerlei Haftungsanspruch ableiten. Im Gegensatz zu Landwirten, die in der Vergangenheit größere Biogasanlagen gebaut und ihren Betrieb entsprechend spezialisiert haben, verfügen Landwirte, die eine Güllevergärungsanlage bauen wollen, über eine viel geringere freie Arbeitskapazität zum Betrieb, aber auch zur Planung und Auswahl der Anlage. Sie sind also in viel höherem Maße auf gute Zuarbeit und Beratung angewiesen. Neben der Bereitstellung von Informationen durch die Anlagenhersteller und -planer besteht durchaus Bedarf an neutraler Sachkenntnis. 5

8 2 RAHMENBEDINGUNGEN 2.1 Rechtliche Rahmenbedingungen Die Darstellung rechtlicher Rahmenbedingungen an dieser Stelle ist lediglich als Hinweis zu Besonderheiten bei kleinen Gülleanlagen zu verstehen. Sie kann und soll die rechtlichen Aspekte also nicht umfänglich darstellen, noch ist sie als verbindliche juristische Darstellung zu verstehen Erneuerbare-Energien-Gesetz Rückblick Der Grundstein für die industrielle Entwicklung des Biogassektors wurde in Deutschland mit gesetzlichen Rahmenbedingungen im Bereich des Energierechts und des Abfallrechts seit Beginn der 1990er-Jahre gelegt. Im energiewirtschaftlichen Bereich basiert die Entwicklung auf dem Stromeinspeisungsgesetz vom 7. Dezember Dieses maßgebliche Instrument zur Förderung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in Deutschland wurde 2000 zum Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) weiterentwickelt. Die drei Säulen sind das Anschlussrecht erneuerbarer Energien-Anlagen an das öffentliche Netz, die vorrangige Abnahmepflicht vor fossilen Energiequellen und eine Mindestvergütung für den erzeugten Strom. Im Grunde sind diese drei Säulen bis heute erhalten geblieben, wenn auch das Gesetz bei jeder Weiterentwicklung komplexer und weniger leicht verständlich wurde. Für die Biogaserzeugung war vor der Einführung des NawaRo-Bonus im Jahr 2004 das Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz von 1994 von ebenso hoher Bedeutung wie das EEG. In Verbindung mit der Bioabfallverordnung besteht seitdem die Verpflichtung, Bioabfälle nicht mehr zu deponieren, sondern energetisch und stofflich zu nutzen. Die Biogastechnologie verbindet die energetische Nutzung mit der Behandlung der organischen Abfälle und ihrer Umwandlung zu effizienten organischen Düngern und konnte sich so in Verbindung mit den Einspeisemöglichkeiten für den erzeugten Strom zu einer Schlüsseltechnologie der Abfall- und Energiewirtschaft entwickeln. Bis zum Jahr 2004 wurden daher vor allem kleinere, güllebetonte Anlagen mit Co-Vergärung mit einer installierten elektrischen Leistung zwischen 20 und 150 kw gebaut, die durch Entsorgungserlöse für Abfälle aus der Lebensmittelindustrie wirtschaftlich betrieben werden konnten. Insbesondere in Norddeutschland basierte ein wesentlicher Teil der Wirtschaftlichkeit auch auf der Eigenverwertung des produzierten Stromes in Verbindung mit einem flexiblen Anlagenbetrieb. Konkret ging es um die Vermeidung hoher Leistungspreise beim Strombezug. Dazu wurde das BHKW häufig nachts und gegen Mittag abgestellt, um es vor dem morgendlichen und abendlichen Melken bei gefülltem Gasspeicher starten zu können und damit vor allem den Leistungsbedarf des eigenen Strombezugs zu senken. 6

9 Dieser historische Rückblick kann vielleicht Anregungen geben, um durch geschickte Optimierungen die Wirtschaftlichkeit kleiner Biogasanlagen zu verbessern. EEG 2014 An dieser Stelle werden nur einige Regelungen des EEG 2014 hervorgehoben, die von besonderer Bedeutung für Gülle-Kleinanlagen sind. Diese Darstellungen können weder vollständig sein, noch im konkreten Fall die eigenständige Beschäftigung mit dem Gesetzestext oder ggf. eine Rechtsberatung ersetzen. Definition: Die Definition der Gülle-Kleinanlagen ergibt sich aus 46. Vergärung von Gülle: Für Strom aus Anlagen, in denen Biogas eingesetzt wird, das durch anaerobe Vergärung von Biomasse im Sinne der Biomasseverordnung gewonnen worden ist, beträgt der anzulegende Wert 23,73 Cent pro Kilowattstunde, wenn 1. der Strom am Standort der Biogaserzeugungsanlage erzeugt wird, 2. die installierte Leistung am Standort der Biogaserzeugungsanlage insgesamt höchstens 75 Kilowatt beträgt und 3. zur Erzeugung des Biogases in dem jeweiligen Kalenderjahr durchschnittlich ein Anteil von Gülle mit Ausnahme von Geflügelmist und Geflügeltrockenkot von mindestens 80 Masseprozent eingesetzt wird. Als Gülle sind hierbei Exkremente und/ oder Urin von Nutztieren, abgesehen von Zuchtfisch, mit oder ohne Einstreu bezeichnet. Diese Definition ergibt sich aus 5 Nr. 19 des EEG, welcher auf die Verordnung (EG) Nr. 1069/2009 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 21. Oktober 2009 verweist. Dort ist Gülle in Artikel 3 (Definitionen), Nr. 20 definiert. Es sei bezüglich des Begriffs Nutztiere an dieser Stelle auf die unterschiedliche Einordnung von Pferden, je nach dem Zweck ihrer Haltung, verwiesen. Im Unterschied zum EEG 2012 findet sich in der im EEG 2014 gültigen Gülle-Definition kein Verweis auf enthaltene Futterreste. Da die im EEG 2014 verwendete Definition allerdings darauf verzichtet, einen maximalen TM-Gehalt von 15 % vorzugeben, umfasst diese Definition auch Festmist. Sie dürfte daher so zu verstehen sein, dass Futterreste als Teil der Einstreu gewertet werden, zumal sie in vielen Stallsystemen zumindest teilweise mit Kot, Harn und Einstreu vermischt werden und die Ziele der speziellen Förderung für Gülle gleichsam für Futterreste gelten. Vorteilhaft wäre es sicherlich, wenn Gülle direkt im EEG definiert würde. Dadurch, dass im EEG 2014 nicht mehr zwischen Gülle und Festmist unterschieden wird, gibt es nun weitgehend einheitliche Regelungen in Bezug auf die Mindestanforderung eines Gülleanteils von 80 % für die Gülle-Kleinanlagen und die Ausnahmeregelung in Bezug auf die gasdichte Abdeckung und Mindestverweilzeit im Rahmen 7

10 der Technischen Vorgaben ( 9, Nr. 5): Danach müssen Betreiber von Anlagen zur Erzeugung von Strom aus Biogas [ ] sicherstellen, dass bei der Erzeugung des Biogases 1. ein neu zu errichtendes Gärrestlager am Standort der Biogaserzeugung technisch gasdicht abgedeckt ist, 2. die hydraulische Verweilzeit in dem gasdichten und an eine Gasverwertung angeschlossenen neuen System nach Nummer 1 mindestens 150 Tage beträgt und 3. zusätzliche Gasverbrauchseinrichtungen zur Vermeidung einer Freisetzung von Biogas verwendet werden, wobei die Pflicht zur gasdichten Abdeckung und zur Mindestverweilzeit nicht gilt, wenn zur Erzeugung des Biogases ausschließlich Gülle eingesetzt wird. Die Definition der hydraulischen Verweilzeit mit Bezug auf das im vorhergehenden Satz 1 genannte Gärrestlager kann sinnvollerweise und unter Berücksichtigung des EEG 2012 nur als vorzuhaltende hydraulische Verweilzeit im gesamten gasdichten System (also Fermenter und Gärrestlager) verstanden werden, da Gärrestlager ihrem Sinn nach entsprechend dem jahreszeitlichen Düngebedarf geleert werden. Für die Praxis bedeutet dies, dass Anlagen, die neben der Mindestmenge von 80 % Gülle auch andere Substrate, z. B. Energiepflanzen einsetzen, ein gasdichtes Gärrestlager und eine mögliche Verweilzeit im gasdichten System über mindestens 150 Tage vorhalten müssen, während Anlagen, die ausschließlich Gülle einsetzen, von dieser Pflicht befreit sind. Allerdings sollte auch hier beim Neubau eines Gärrestlagers aus verschiedenen Gründen (Emissionsminderung, Gasspeicherkapazität, Erschließung des Restgaspotenzials) eine gasdichte Abdeckung vorgenommen werden (Kap ). Die Nachweispflichten nach 47 EEG 2014 müssen beachtet werden. So sind vor der ersten Inanspruchnahme Unterlagen des Herstellers vorzulegen, aus denen die thermische und elektrische Leistung sowie die Stromkennzahl hervorgehen. Außerdem ist durch ein Einsatzstoff-Tagebuch mit Angaben und Belegen über Art, Mengen und Herkunft der eingesetzten Substrate die verwendete Biomasse nachzuweisen. Soweit Zündstrahl-BHKW eingesetzt werden, muss auch der notwendige Zündölanteil daraus hervorgehen. Dieser Zündölanteil muss biobasiert sein (Pflanzenöl oder Biodiesel). Jährlich bis zum 28. Februar sind die o. g. Aspekte jeweils für das vorangegangene Kalenderjahr über die Vorlage einer Kopie des Einsatzstofftagebuchs nachzuweisen. Dabei sind die für den Nachweis nicht erforderlichen personenbezogenen Angaben im Einsatzstoff-Tagebuch von dem Anlagenbetreiber zu schwärzen. Vergütung Der in 46 genannte Betrag in Höhe von 23,73 ct/kwh (Netto-Wert, 23, [3]) bezieht sich auf den generellen Regelfall der Direktvermarktung des EEG 2014 ( 2, Abs. 2 8

11 TAB. 1: FÖRDERUNG NACH DEM EEG 2014 Inbetriebnahme Direktvermarktung (ct/kwh) Einspeisevergütung (ct/kwh) ,73 23,53 Januar bis März ,61 23,41 April bis Juni ,49 23,29 Juli bis September ,38 23,18 Oktober bis Dezember ,26 23,06 Alle Angaben rechtsunverbindlich; Werte für 2016 ohne Berücksichtigung einer möglichen höheren Absenkung ( 28 [3] EEG 2014) EEG 2014). Von dieser generellen Verpflichtung zur Direktvermarktung sind kleine Anlagen, so auch die Gülle-Kleinanlagen, jedoch ausgenommen ( 37, Abs. 2, EEG 2014). Wird auf die Direktvermarktung verzichtet und stattdessen die Einspeisevergütung nach 19 gewählt, muss beachtet werden, dass sich die Vergütung um 0,2 ct/kwh reduziert ( 23 [4] Nr. 4. und 37, Abs. 3, Satz 1 sowie 46). Diese Reduzierung erfolgt vor der regelmäßigen prozentualen Absenkung nach 28, Abs. 2, EEG Diese Absenkung beträgt nach dem 31. Dezember 2015 jeweils 0,5 % je Quartal späterer Inbetriebnahme (Tab. 1). Zusätzlich sieht das EEG 2014 ( 28 [3]) eine erhöhte Absenkung der Förderung vor, sollte im Biomasse-Bereich die neu installierte elektrische Brutto-Leistung von 100 MW pro Jahr überschritten werden. Derzeit wird davon ausgegangen, dass die zusätzliche höhere Absenkung nicht zum Tragen kommt. Der Flexibilitätszuschlag für neue Anlagen nach 53 ist bisher nur für Biogasanlagen mit einer installierten elektrischen Leistung von mehr als 100 kw definiert. Dies schmälert den Anreiz zum flexiblen Betrieb und zur Direktvermarktung bei kleinen Anlagen, auch wenn ein flexibler Betrieb mit längeren BHKW-Laufzeiten im Winter bei geringer PV- Einspeisung gerade bei kleinen Biogasanlagen sinnvoll sein kann (Kap und 2.3.3). Beibehalten wurde seit Beginn des EEG die Förderdauer. Diese ist nach 22 EEG 2014 jeweils für die Dauer von 20 Kalenderjahren zuzüglich des Inbetriebnahmejahres der Anlage zu zahlen. Direkte Veräußerung an Dritte: Nach 20 (3) EEG 2014 können Anlagenbetreiber den Strom vollständig oder anteilig an Dritte veräußern, sofern diese den Strom in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Anlage verbrauchen und der Strom nicht durch ein Netz durchgeleitet wird. Dies beinhaltet sowohl den Verbrauch im zugehörigen landwirtschaftlichen Betrieb als auch den 9

12 Verkauf an benachbarte Verbraucher. Dabei ist jedoch die mögliche Pflicht zur Zahlung der EEG-Umlage für diesen Strom zu berücksichtigen ( 60 und 61 EEG 2014). Bei Eigenverbrauch beträgt diese im Normalfall ab dem 1. Januar % der EEG-Umlage. Ob ein zu beliefernder Nachbar zum Eigenverbraucher wird, indem er Anteile der Anlage erwirbt, sollte ggf. juristisch geklärt werden. Netzausbau: In Einzelfällen kann gerade für landwirtschaftliche Standorte im Außenbereich die Verpflichtung der Netzbetreiber zum Anschluss der Anlage und ggf. zum Netzausbau von Vorteil sein. Dies gilt in Fällen, in denen die vorhandene Stromversorgung bei Erweiterungsmaßnahmen eines landwirtschaftlichen Betriebes an Grenzen stößt. Nach 8 (4) besteht [ ] die Pflicht zum Netzanschluss [ ] auch dann, wenn die Abnahme des Stroms erst durch die Optimierung, die Verstärkung oder den Ausbau des Netzes nach 12 möglich wird, soweit dies dem Netzbetreiber wirtschaftlich zumutbar ist. Unter Umständen hat die Ertüchtigung des Netzes wegen des Anschlusses der EEG-Anlage dann auch Vorteile für den übrigen Betrieb Genehmigung In vielen Fällen unterliegen Biogasanlagen dieser Größe den Regelungen des Baurechts, bedürfen also nur einer einfachen Baugenehmigung. Wenn allerdings die zugehörige Tierhaltungsanlage, das vorhandene oder neu zu bauende Güllelager oder andere Einrichtungen, denen die geplante Biogasanlage zuzurechnen ist, dem Bundes- Baustelle Biogasanlage Immissionsschutzgesetz (BImSchG) unterliegen, fällt die Biogasanlage als verbundene Anlage ebenfalls unter das BImschG. Auf die im Zusammenhang mit dem Genehmigungsrecht bestehenden Regelungen, z. B. der Verordnung über Anforderungen an Anlagen zum Lagern und Abfüllen von Jauche, Gülle, Festmist und Silagesickersäften (JGS- AnlagenVO), deren geplanter Anpassung im Rahmen der Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV), der Regelungen zur Privilegierung im Außenbereich und der länderspezifischen Regelungen des Baurechts kann im Rahmen dieser Broschüre nicht näher eingegangen werden. Es sollten bereits bei der Planung bald zu erwartende Regelungen berücksichtigt werden, um im Genehmigungsverfahren oder nach dem Bau aufwendige Anpassungen zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für die Regelungen der im Gesetzgebungsverfahren befindlichen AwSV. 2.2 Strukturelle Rahmenbedingungen W. Smidt Wirtschaftsdünger, vor allem Gülle, sind wegen des hohen Wassergehaltes sowie der eher geringen spezifischen Gasaus- 10

13 beute und der daraus resultierenden geringen Energiedichte wenig transportwürdig. Bei reiner Güllevergärung entsprechen 100 Großvieheinheiten (GV) in etwa 15 kw elektrischer Biogasleistung (Schwankungsbreite 8 25 kw el /100 GV). Diese ist abhängig von Tierkategorie, Fütterung, Leistung, Weidegang, Einstreu etc. Je höher z. B. die Herdenleistung ist, desto höher ist der Gülleanfall pro Kuh und auch die aus der Gülle erzielbare Gasausbeute. Sehr viele zukunftsfähige Betriebe erweitern im Rahmen des Strukturwandels ihre Viehbestände auf GV. Wenn diese Güllemengen samt Futterresten wirtschaftlich erschlossen werden sollen, müssen Biogasanlagen im kleinen Leistungsbereich niedrige spezifische Investitionen aufweisen und mit wenig Aufwand robust zu betreiben sein. Gleichzeitig erhöht sich mit den steigenden Betriebsgrößen das technisch nutzbare Potenzial für solche Anlagen. Theoretisches Potenzial, welches aufgrund kleiner Betriebsstrukturen technisch nicht nutzbar ist (Differenz zwischen grünen und gelben Balken in Abb. 1), wird durch die fortschreitende Konzentration des Viehs in Wachstumsbetrieben nutzbar. Die in den Abbildungen 1 und 2 dargestellte Nutzung der Wirtschaftsdüngerpotenziale beruht auf der Auswertung vorhandener Studien und eigenen Ergebnissen. TECHNISCHES UND THEORETISCHES POTENZIAL VON WIRTSCHAFTSDÜNGERN Potenzial (in t TS) Hühner Festmist Schweine Festmist Schweine Flüssigmist Rinder Festmist Rinder Flüssigmist Theoretisches Potenzial Technisches Potenzial Quelle: DBFZ FNR 2015 Abb. 1: Verhältnis des technischen zum theoretischen Potenzial bei den verschiedenen Wirtschaftsdüngern 11

14 Die hohe Ausnutzung des Potenzials von Hühnerfestmist beruht vermutlich darauf, dass das Potenzial sich auf die Anfallmengen in Deutschland bezieht, bei der Nutzung jedoch auch Mengen erfasst sind, die aus den Niederlanden importiert werden. Leider sind die Bedingungen des EEG in Bezug auf die kleinen Gülleanlagen (Kap ) unvorteilhaft im Verhältnis zu den landwirtschaftlichen Betriebsstrukturen. In Westdeutschland haben die größten Wachstums- und Zukunftsbetriebe nur selten mehr als 200 GV. Dies entspricht einer möglichen elektrischen Leistung aus Wirtschaftsdünger von ca. 30 kw. Durch Zugabe von Futter- und Silageresten würde sich dieser Wert entsprechend erhöhen. Der zusätzliche Einsatz von Energiepflanzen ist bei flächenknappen Betrieben schwierig und kaum wirtschaftlich. Da die für solche Betriebe sinnvollen kw installierter elektrischer Leistung jedoch spezifisch höhere Investitionen erfordern, unterbleibt bei solchen Betrieben häufig die Investition in eine Biogasanlage (Kap. 4 und 5). Im Vergleich dazu sind die Herdengrößen in Ostdeutschland oft größer als 500 GV. Alleine über den Einsatz des dabei anfal- NUTZUNG DES TECHNISCHEN POTENZIALS DER WIRTSCHAFTSDÜNGER Güllemenge (in t TS) Hühner Festmist Schweine Festmist Schweine Flüssigmist Rinder Festmist Rinder Flüssigmist ungenutzt Energetische Nutzung Quelle: DBFZ FNR 2015 Abb. 2: Nutzung des technischen Potenzials der Wirtschaftsdünger in Deutschland 12

15 2.3 Technische Rahmenbedingungen der Güllevergärung Aspekte wie vorhandene Viehhaltungskapazität bzw. tatsächlich verfügbare Güllemengen (u. a. Berücksichtigung des Weidegangs) müssen bei der Planung beachtet werden (Tab. 2). Von besonderer Bedeutung ist der Umfang möglicher Feststoffe, welche mitvergoren werden sollen. Dies können Festmist vom eigenen Betrieb oder von Nachbarbetrieben, Futterreste und (minderwertige) Silagen sein. Entsprechend des Substratspektrums muss die dafür geeignete Technik gewählt werden (Kap. 3). lenden Wirtschaftsdüngers könnte bereits eine höhere elektrische Leistung als 75 kw realisiert werden. Da größere Anlagen nach den Vergütungssätzen des EEG 2014 kaum wirtschaftlich zu betreiben sind, wird unter den aktuellen Regelungen in diesen Betrieben nur ein Teil des vorhandenen Wirtschaftsdüngerpotenzials genutzt. Besondere Berücksichtigung bedürfen die Raumbelastung und die Verweilzeit. Dabei müssen besonders Containeranlagen oder andere Fertiganlagenkonzepte kritisch hinterfragt werden, ob im konkreten Fall ein effizienter und sicherer Prozess sichergestellt ist (Kap. 3). Die technischen Rahmenbedingungen zum Bau einer güllebetonten TAB. 2: KENNZAHLEN VON WIRTSCHAFTSDÜNGERN FÜR DIE BIOGASPRODUKTION Substrat Anfallmenge [T FM/(TP a)] TM (%) Gehalte (otm) (N) (P 2 O 5 ) (K 2 O) (kg/t FM) Rindergülle 17,2 20,1* 10,0 75 5,8 2,3 7,7 Schweinegülle** 1,6/6,6 7,5/5,0 53/36 6,1/3,9 3,8/2,8 4,0/2,8 Rindermist 9,4 11,3* 25, ,2 4,3 7,2 Geflügelmist*** 2,0 40, ,6 24,0 18,1 Quelle: FNR nach KTBL, Faustzahlen Biogas (2013) * Milchleistung bzw kg ECM; ** Mastschweine/Zuchtsauen; *** je 100 Tierplätze 13

16 TAB. 3: BIOGASERTRAG UND METHANGEHALT VON WIRTSCHAFTSDÜNGERN Substrat TM (% FM) otm (% TM) Biogasertrag (m³/t FM) Methangehalt (%) Rindergülle 8, Schweinegülle Rindermist Geflügelmist Quelle: FNR nach KTBL, Gasausbeute in landwirtschaftlichen Biogasanlagen (2015) Biogasanlage werden wesentlich von den betrieblichen Voraussetzungen geprägt. Dies ist ausführlich in Kapitel 5 dargestellt Prozessverträglichkeit von Gülle Gülle ist technisch recht einfach zu beherrschen. Daher können bei hohen Gülleanteilen auch relativ problemlos hydraulisch herausfordernde Substrate wie Gras oder Festmist integriert werden. Die Mischtechnik sollte dabei für die Anforderungen der Substrate geeignet sein. Bei der Auswahl der Technik ist zu berücksichtigen, dass je nach Haltungsverfahren und Tierart Einstreu und längere Faserkomponenten (z. B. Stroh oder Futterreste) zu Verstopfungen oder Schwimmschichten führen können. Problematisch sind hier ungeeignete Durchmischungstechnik, enge Rohrleitungen bzw. -bögen oder unzugängliche Einbauten. Auch prozesskinetisch ist Gülle ein sehr einfaches Substrat. Es ist sehr gut gepuffert und erlaubt von der Hydrolysegeschwindigkeit her eine gute Abstimmung der verschiedenen Stoffwechselschritte des Prozesses. Reinigungs- und Desinfektionsmittel, besonders auch Klauenbäder, die im Stallbereich eingesetzt werden und zusammen mit der Gülle in den Fermenter gelangen, müssen allerdings auf ihre Prozessverträglichkeit geprüft werden. Es hat sich besonders bei Klauenbädern auf Kupferbasis als vorteilhaft erwiesen, diese so aufzustellen, dass die stark mit dem Tropfwasser des Klauenbades belastete Gülle nicht in den Fermenter, sondern direkt ins Gärrestlager oder ins vorhandene Güllelager geleitet wird. Beim Rein-Raus-Betrieb von Ställen, wie bei Geflügel-, Sauen-, Mast- oder Aufzuchtställen üblich, sollte die Gülle aus dem jeweiligen Stall möglichst vor der Reinigung und Desinfektion der Biogasanlage zugeleitet werden. So kann das Reinigungswasser und ggf. darin enthaltene Desinfektionsmittelreste ebenfalls direkt ins Gärrestlager oder ins vorhandene Güllelager geleitet werden Effizienz kleiner Anlagen Die kleinen Gülleanlagen verwerten Reststoffe, die ansonsten nicht zur Biogaserzeugung genutzt würden. Damit dies unter den 14

17 agrikomp GmbH Rührkesselanlage zur ausschließlichen Güllevergärung gegebenen Rahmenbedingungen möglich ist, müssen folgende Anforderungen erfüllt sein: a) einfache, robuste und sichere Betreibbarkeit; b) geringer Betriebsaufwand in Form von Arbeit, Wartung, Reparaturen und Betriebsmitteln und c) moderater Investitionsaufwand. Die Effizienz der Verwertung der eingesetzten Substrate tritt dadurch teilweise etwas in den Hintergrund, sollte aber durchaus Beachtung finden. Beim Einsatz nachwachsender Rohstoffe, der im Umfang von bis zu 20 % auf Massebasis erlaubt ist, muss aus Sicht der Ressourceneffizienz die geringere Ausbeute an Strom im Vergleich zu deren Einsatz in großen Anlagen beachtet werden. Diese geringere Ausbeute resultiert vor allem aus niedrigeren elektrischen Wirkungsgraden der kleineren BHKW, die maximal 35 % er- reichen; währenddessen große Aggregate im Dauerbetrieb über 44 % realisieren. Die Stromerzeugung aus Energiepflanzen liegt dadurch um ca. 20 % unter der Verwertung der gleichen Substrate in größeren Anlagen. Bei der Beurteilung der Gesamteffizienz muss natürlich auch die Wärmeverwertung berücksichtigt werden. Diese kann bei kleinen Anlagen deutlich besser sein, da die verfügbaren Wärmeleistungen meist besser zu typischen Wärmesenken passen Wärmebilanz Bei reiner Güllevergärung ist unter Umständen die Wärmebilanz der Anlagen im Winter ein kritischer Punkt. Die externe Wärmenutzung ersetzt meist direkt einen teuren Brennstoff zur Beheizung von Ställen und Wohnhäusern und ist damit sehr wichtig für die Wirtschaftlichkeit und Ökobilanz der Anlagen (auch Kap. 4 und 5.3), da sich der Gesamtwirkungsgrad der Anlage erhöht. Beim Heizölpreis (Juni 2015) von ca. 0,65 /l Heizöl und einem Wirkungsgrad 15

18 der Heizungsanlage von η = 90 % hat jede Kilowattstunde ersetzter Wärme aus diesem Brennstoff immerhin einen Wert von 7,2 ct, ohne Berücksichtigung der sonstigen Kosten der Heizungsanlage. Die Kosten der ebenfalls zur Heizung landwirtschaftlicher Einrichtungen, z. B. Schweine- und Geflügelställe oder Gewächshäuser verwendeten Brennstoffe Erd- oder Flüssiggas, sind vergleichbar. Bei hohen Anteilen von Gülle mit niedrigen Trockensubstanzgehalten, also hohen Wassergehalten, muss zur Aufrechterhaltung der Vergärungstemperatur im Fermenter eine relativ große Substratmenge beheizt werden. Andererseits ist der Verkauf von Wärme bei den meisten Anwendungen besonders im tiefen Winter von wirtschaftlicher Bedeutung. Daher sollte die Wärmebilanz für jeden Zeitpunkt des Jahres erstellt werden, damit auch im Winter stets genügend Wärme zur Beheizung des Fermenters und der weiteren Verbraucher zur Verfügung gestellt werden kann. Bei hoher Wärmenutzungsmöglichkeit im Winter sollte bei einer installierten elektrischen Leistung von 75 kw geprüft werden, ob die Anlage im Sommer bei stundenweisem Betrieb des BHKW nur mit Wirtschaftsdünger zu betreiben ist. Im Winter können dann zusätzlich Energiepflanzen gefüttert werden und das BHKW wird 24 Stunden täglich betrieben. Bei ausreichender Robustheit des biologischen Systems (d. h. vor allem hohe Verweilzeiten und niedrige Raumbelastung bei hohen Gülleanteilen) kann es unter Umständen in sehr kalten Winterperioden sinnvoll sein, nur einen kleinen Teil der nicht vorerwärmten Gülle in den Fermenter einzubringen und in dieser Zeit im Wesentlichen die energiereicheren Co-Substrate zu füttern. Die möglichen Vorteile einer solchen Strategie, auch in Bezug auf geplante Betriebserweiterungen, müssen den höheren Investitionen gegenübergestellt werden. Unter Umständen ist eine Isolierung des Fermenterdaches notwendig. Bei Rührkesseln kann dies ein isoliertes Betondach statt eines Gasspeicherdaches erfordern oder aber eine zusätzliche Isoliermembrane, die auf das Netz unterhalb der Gasspeichermembrane aufgelegt wird. Auch für die Fermenterisolierung gibt es Optimierungspotenzial. So ist z. B. unter der Bodenplatte der Einsatz von Glasschaumkies zur Verringerung der Wärmeverluste denkbar, erfordert jedoch eine gute Kosten-Nutzen-Abwägung. BHKW im Technikcontainer agrikomp GmbH 16

19 3 ANLAGENTECHNIK Die nachfolgende Übersicht der angebotenen Technologien erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Sie basiert im Wesentlichen auf dem Kapitel 3.3 des Leitfaden Biogas der FNR (FNR 2013). Diese Darstellung wurde aktualisiert und um Hinweise zu den Auswirkungen bestimmter Bau- und Betriebsweisen ergänzt (z. B. Gasspeicherung oder Wärmenutzungsmöglichkeiten im Winter). Auf Seiten der Anbieter von Biogasanlagen für den deutschen Markt hat seit der Verabschiedung des EEG 2014 eine Marktbereinigung begonnen. So konnten einige Anbieter nur noch für eine Übergangszeit die Fertigstellung von Aufträgen nach dem EEG 2012 abwickeln. Der Neuanlagenbau in Deutschland ist aktuell auf zwei Marktsegmente mit sehr kleinen Stückzahlen im Abfallbereich und im Bereich der Gülle-Kleinanlagen beschränkt. Deshalb spezialisieren sich einige Hersteller und Planer auf den Anlagenbau ausschließlich im Ausland sowie auf Service und Repowering bestehender Anlagen in Deutschland. Andere Hersteller sehen gute Voraussetzungen, das Segment der kleinen Gülleanlagen erfolgreich zu bedienen und knüpfen teilweise an ihre Erfahrungen im Bau güllebetonter kleiner Anlagen aus den ersten Jahren des EEG, vor Einführung des NawaRo-Bonus im EEG 2004, an (Kap ). Einige Hersteller verbinden ihr Angebot an Konzepten güllebasierter Kleinanlagen in Deutschland auch mit der möglichen Erschließung von Exportmärkten. Weltweit gibt es sehr viele Tierhaltungsstandorte in entsprechender Größe. Da es in anderen Ländern oft keine besondere Vergütung für Energiepflanzen gibt, können kosteneffiziente und betriebssichere Anlagen im kleineren Leistungsbereich daher besondere Bedeutung für den wachsenden Export von Biogastechnik aus Deutschland erhalten. Das Angebot von Gülle-Kleinanlagen zeigt eine erhebliche Breite an unterschiedlichen technischen Lösungen. Diese reichen von für den Standort maßgeschneiderten Konzepten unter weitestgehender Nutzung vorhandener Einrichtungen (z. B. Güllelager und -pumpen aus vorhandenen Tierhaltungsanlagen, Altgebäude zum Einbau von BHKW oder die Einbindung des BGA-Baus in ein Stallneubaukonzept) bis zu verschiedenen Spezialkonzepten, deren wesentliche Teile komplett im Werk vorgefertigt werden. Teilweise wurden vorhandene Konzepte speziell für diese Anlagenklasse optimiert und vor allem unter Kostengesichtspunkten vereinfacht. 3.1 Rührkesselanlagen Rührkesselfermenter sind im Bereich der 75 kw-klasse besonders weit verbreitet. Sie werden von vielen Herstellern angeboten. Meist sind es die von den jeweiligen Anlagenbauern und Planern in den vergangenen Jahren für größere Anlagen angebotenen üblichen Anlagenkonzepte in vereinfachter Ausführung. Dabei werden, soweit möglich, 17

20 vorhandene Elemente genutzt. Als Vorgrube dient häufig der Gülle-Sammelschacht des vorhandenen Stalls, auch die dort üblicherweise vorhandene Pumpe wird meist in das Konzept eingebunden. Ebenfalls können vorhandene Güllelager als Gärrestlager verwendet werden. Zu beachten sind dabei die Anforderungen an die Verweilzeit im gasdichten System (Kap ). Unterschiede bei diesen Anlagenkonzepten bestehen vor allem in der Substratzuführung, in der Behälterabdeckung (hier besteht ein enger Zusammenhang zur Gasspeicherung und zur Wärmebilanz) und im Bereich der Rührtechnik. Es kommen alle möglichen Kombinationen der verschiedenen Komponenten in der Praxis vor, die nachfolgend dargestellten Beispiele erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Zur Vereinfachung wurden bei den schematischen Abbildungen die verschiedenen Varianten der Substratzuführung weggelassen Substratzuführung Die Substratzuführung erfolgt bei reinen Gülleanlagen üblicherweise mit einer Pumpe. Soweit nur geringe Anteile an Feststoffen zugeführt werden, erfolgt deren Zugabe häufig über die Vorgrube bzw. den Gülleabwurfschacht, der gleichzeitig als Vorgrube dient. Feststoffe wie Futterreste, Mist und NawaRo in größeren Mengen werden meist mit der Kombination aus Vorlagebehälter und Schnecken oder auch mit Rachentrichterpumpen zugeführt. agrikomp GmbH 18

21 flexibler Gasspeicher Fermenter Gasleitung Überlauf (Gärrestlager) (Vorgrube) Abb. 3: Güllevergärungsanlage, Güllezuführung über Pumpe aus Vorgrube (DBFZ) Im Vergleich zu den Vorjahren wird die Co-Vergärung von Getreidekorn in kleinen Gülleanlagen nur noch auf Nachfrage von verschiedenen Herstellern angeboten. Die Rührtechnik kann bei der Substratkombination Gülle und Getreidekorn recht einfach gestaltet sein. Wegen der geringen Flächenproduktivität von Getreidekorn, noch dazu in Verbindung mit den geringeren elektrischen Wirkungsgraden von kleinen BHKW, ist die Nutzung von Getreide hinsichtlich einer effizienten und nachhaltigen Biomasse- und Flächennutzung jedoch kritisch zu sehen. Ausputzgetreide und problematische Partien, z. B. Lagergetreide mit hohen Aflatoxingehalten, können jedoch bedenkenlos in solchen Anlagen verwertet und so von der Lebensmittelkette ferngehalten werden. Die hohe Prozesssicherheit durch große Gülleanteile ist hier vorteilhaft. Unter dem Gesichtspunkt der Wärmebilanz sollte solches minderwertiges Getreide vorrangig im Winter eingesetzt werden Behälterabdeckung Auch im Segment der Kleinanlagen werden die meisten Behälter gasdicht mit Membranen (Tragluftdächer oder einlagige Gasspeichermembranen) abgedeckt. Im Vergleich zu größeren Anlagen ist in der 75 kw-klasse jedoch der Anteil zweischaliger Dächer (meist Tragluftdächer) geringer. Dafür sind die Anteile einschaliger Gasspeicher und fester Betondächer deutlich höher. Der Einsatz einschaliger Gasspeicherdächer dient vor allem der Kostenreduktion. Technisch ist die Verwendung einschaliger Gasspeicherdächer bei kleinen Anlagen vergleichsweise unproblematisch: Aufgrund der kleineren Behälter ist der Segeleffekt bei Wind und nicht straff gefülltem Gasspeicher weniger ausgeprägt, es kann also seltener zu Schäden kommen. Vorteile von Gasspeicherdächern sind vor allem die Kombination der Funktionen gasdichte Behälterabdeckung und Gasspeicherung bei moderaten Kosten. Ein weiterer Vorteil von Gasspeicherdächern ist, dass sie 19

22 NQ-Anlagentechnik GmbH Fermenter mit Betondach und gasdichtes Gärrestlager in Verbindung mit den zugehörigen Netzen, Gurten, Verschalungen etc. unter der Gasspeichermembran eine große Besiedlungsfläche und eine längere Verweilzeit des Biogases für die biologische Entschwefelung bieten. Dabei sind diese Besiedlungsflächen sehr robust gegenüber dem korrosiven Angriff, der in der Gaswechselzone insbesondere bei biologischer Entschwefelung (durch Lufteinblasung) im Fermenter besteht. Ein Nachteil von Gasspeicherdächern ist der vergleichsweise hohe Wärmeverlust. Dieser ist bei kleinen Anlagen aufgrund des weiteren Oberflächen-Volumen-Verhältnisses problematischer als bei großen Anlagen. Verstärkt wird dieser Punkt durch hohe Gülleanteile, insbesondere bei geringen Trockensubstanzgehalten. In diesem Fall müssen größere Wassermengen aufgeheizt werden, die nicht zur Gasbildung beitragen. Wie schon in Kapitel dargestellt, sollte gerade bei kleinen Anlagen mit hohen Gülleanteilen und hohem Wassergehalt in der Gülle eine Wärmebilanz auch für Extremfälle in der Winterperiode gerechnet werden. Bei Bedarf kann dann eine zusätzliche, wärmeisolierende Membran auf die Balkenspinne bzw. das Netz unterhalb der Membran aufgelegt werden. Wenn das nicht ausreicht, kann ggf. über einen Wärmetauscher die zuzuführende Gülle mit dem bereits vergorenen Substrat vorgewärmt werden. Wenn weder auf dem Fermenter noch auf dem Gärrestlager ein ausreichender Gasspeicher installiert werden kann, muss mit einem externen Gasspeicher gearbeitet werden. Dieser wird dann meist in einem separaten Gebäude oder Behälter untergebracht. Dies gilt nicht nur für Rührkesselanlagen, sondern auch für die übrigen Fermentertypen. 20

23 Betondächer sind auf kleineren Behältern konstruktions- und kostenseitig einfacher zu installieren als auf großen Behältern. Bei letzteren sind zur Abstützung eines Betondaches neben einer geeigneten Mittelstütze ggf. weitere statische Elemente erforderlich. Ein Vorteil von Betondächern ist, die Behälter bei befahrbarer Decke ganz oder am Hang teilversenkt einbauen zu können. Dies ermöglicht bauliche Freiheitsgrade vor allem bei beengten Betriebsstätten. Betondächer dienen teilweise der Einbindung von Axialrührwerken und erschließen damit die Vorteile dieser Rührtechnik gegenüber seit- lichen Rührwerken. Vor allem wird durch Betondächer die Möglichkeit zur Wärmeisolierung der Behälter verbessert, da sie sowohl unterseits als auch oberseits (soweit nicht befahrbar) sehr gut mit hohen Isolierstärken versehen werden können. Die Nachteile fester Dächer werden beim Vergleich zu den Beschreibungen der Gasspeicherdächer deutlich. Es wird ein zusätzlicher Gasspeicher notwendig, die Oberfläche zur biologischen Entschwefelung im warmen Fermenter-Gasraum ist geringer und der korrosive Angriff im Gaswechselbereich muss durch geeignete Betonbeschichtung minimiert werden. EXKURS: ABDECKUNG VON GÄRRESTLAGERN Anlagen mit ausschließlicher Güllevergärung lagern die vergorene Gülle häufig offen. Soweit dazu vorhandene Behälter genutzt werden können, die nur schwierig nachzurüsten sind, ist dies unter Kosten-Nutzen Abwägungen häufig sinnvoll. Bei offener Lagerung von vergorener Gülle müssen unter anderem die höheren Methan- und Ammoniakemissionen beachtet werden. Eine Minderung ist durch eine Abdeckung möglich, z. B. mit schwimmenden Polygonen aus Kunststoff. In gewissem Maße verhindern auch Beschattung und Windschutz (Bäume) ungewünschte Emissionen. Bei Nutzung vorhandener Güllelager ist die gasdichte Abdeckung häufig wegen fehlender technischer Eignung oder je nach Genehmigungsbehörde wegen Verlust des Bestandsschutzes (z. B. fehlende Leckerkennungsdrainage) unverhältnismäßig. Hier ist die teilweise anzutreffende Behördenpraxis als vorteilhaft anzusehen, den Bestandsschutz bestehen zu lassen, soweit die Änderung mit einer emissionsseitigen und sicherheitstechnischen Verbesserung einhergeht. Beim Neubau von Behältern stehen die Mehrkosten für eine gasdichte Abdeckung hingegen in einem vernünftigen Verhältnis zu den eingesparten Emissionen. So lassen sich höhere Erträge durch die Nutzung des Restgaspotenziales und eine bessere Auslastung des BHKW aufgrund des höheren Gasspeichervolumens erwirtschaften. Neugebaute Behälter sollten daher in jedem Fall gasdicht ausgeführt werden. 21

24 3.1.3 Rührtechnik Ebenso wie bei größeren Anlagen werden auch bei den Kleinanlagen alle denkbaren Rührwerksausführungen eingesetzt. Neben Tauchmotorrührwerken werden seitlich schräg oder horizontal eingebundene Rührwerke mit Wellendurchführung und außenliegendem Motor verwendet. Bei Betondächern werden außerdem mittig oder seitlich angeordnete Axialrührwerke eingesetzt. Die Länge der Wellen, die Größe der Rührflügel und die Umdrehungsgeschwindigkeiten variieren ebenso wie bei größeren Anlagen. Auch hier gilt selbstverständlich der allgemeine Zusammenhang zwischen der Umdrehungsgeschwindigkeit und der Flügel- bzw. Paddelgröße. Je größer die Flügel bzw. Paddel sind, umso langsamer dürfen sie gedreht werden. Üblicherweise werden kurzflügelige Rührwerke mit hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten im Intervallbetrieb, langflügelige Rührwerke dagegen kontinuierlich arbeitend eingesetzt. Abb. 4: Fermenter mit axialem Rührwerk (DBFZ) Zentralrührwerke ermöglichen bei stehenden Rührkesselfermentern ein gleichmäßiges Rühren bei relativ geringen Umdrehungsgeschwindigkeiten. Es entsteht eine gleichmäßige Strömung, die sogenannte Schlaufenströmung, wie in Abbildung 4 dargestellt Besonderheiten In der Kleinanlagenklasse werden mehrere Besonderheiten bei Rührkesselfermentern angeboten, von denen zwei beispielhaft genannt werden sollen: ein Selbstbausatz aus Holzdauben, der vorgefertigt angeliefert wird und durch umfangreiche Eigenleistung mithilfe eines Richtmonteurs des Anlagenbauers aufgestellt wird, sowie ein Anlagentyp mit 2 Betonringen, bei dem im inneren Ring der Fermenter und im äußeren Ring das Gärrestlager untergebracht ist (Abb. 5). Auch im Kleinanlagenbereich werden Fermentersysteme mit vorgeschalteter Hydrolyse angeboten. Wird diese Hydrolyse nicht gasdicht ausgeführt, treten erhöhte Emissionen auf (ausführlich dargestellt in den Kapiteln 3 und 5 im Leitfaden Biogas). Eine solche Ausführung sollte also unterbleiben. Es muss außerdem berücksichtigt werden, dass Gülle ein sehr gut gepuffertes Substrat mit ph-werten im neutralen bzw. schwach sauren Bereich ist. Bei den hohen Gülleanteilen der Kleinanlagenklasse sind die mit einer separaten Hydrolyse normalerweise beabsichtigten niedrigen ph-werte also kaum erreichbar. 22

25 Gülle/Feststoff Fermenter Endlager Gasleitung Abb. 5: Ringsystem mit innen liegendem Fermenter, außen liegendem Gärrestlager (DBFZ) 3.2 Horizontale Fermenter Horizontale Fermenter mit liegendem Paddelrührwerk haben Vorteile besonders bei rührtechnisch anspruchsvollen Substraten, die zur Bildung von Schwimm- und Sinkschichten neigen. Da in horizontalen Fermentern die Schwimmschichten nicht durch Strömung aufgelöst, sondern einfach mechanisch nach unten gedrückt werden, ist diese Fermenterbauart diesbezüglich sehr effektiv bei geringem Energiebedarf. Je nach Viskosität und Umfang-Längen-Verhältnis bilden sie mehr oder weniger ausgeprägt den biologischen Prozessablauf im Fermenter in einem sogenannten Pfropfenstrom ab. Das bedeutet, dass im Bereich des Einlaufs die hydrolytische Aktivität stärker ausgeprägt ist, im Bereich des Auslaufs stärker die methanogene Aktivität. Durch diese Eigenschaft wird eine höhere Raumbelastung bei gleicher biologischer Prozessstabilität ermöglicht. Bei dünnflüssigen Substraten und relativ kurz gebauten Fermentern ist diese Pfropfenstromcharakteristik wenig ausgeprägt. Daher sind besonders in solchen Fällen die Nachteile dieses Verfahrens zu berücksichtigen. Das sind vor allem die volumenbezogen hohen Baukosten und ein zusätzlicher Gasspeicher. In einem Gesamtkonzept kann dieses allerdings über ein gasdicht abgedecktes Gärrestlager realisiert werden. Schmack Biogas GmbH Containeranlage mit horizontalem Fermenter 23

26 Container 1 Gülle 50 m 3 Edelstahlfermenter BHKW Steuerung, Wärmespeicher, Pumpen Rührpaddel Container 2 Gassack Gärrestlager Gasleitung Abb. 6: Horizontaler Fermenter separat mit BHKW und weiterer Technik im Container (DBFZ) Horizontale Fermenter werden im Kleinanlagenbereich sowohl wie bei großen Anlagen üblich als frei aufgestellte Fermenter angeboten, als auch integriert in 40 Fuß- Container. Teilweise ist dabei die komplette Anlagentechnik in einem Container untergebracht, also ein entsprechend kleiner Fermenter, das BHKW und die weitere Anlagentechnik. Die Gasspeicherung erfolgt optional in einem gasdicht abgedeckten Gärrestlager oder in einem externen Gasspeicher. Die Verweilzeit in einem solchen Fermenter sollte kritisch geprüft werden. Die Substratdurchmischung erfolgt hydraulisch mittels Pumpe. Verfahrenselemente wie z. B. integrierte anaerobe Hydrolysezone, Oberflächenvergrößerung, selektive Verweilzeit und Biomasserückführung sollen in diesen Anlagen eine hohe Leistungsdichte ermöglichen. Je nach Substrat (z. B. Fut- Kompaktanlage mit Turm und Gärrestlager 3.3 Kompaktanlagen (Turm oder Container) Von mehreren Herstellern werden Kompaktanlagen angeboten, deren Kernelement ein oder zwei Türme mit jeweils unterschiedlicher Ausgestaltung sind. Alle Varianten werden als Hochlastverfahren angeboten. 24 4Biogas

27 Gülle/Feststoff Gärrestlager Stahlfermenter Pumpentechnik mit Umwälzpumpe Abb. 7: Kompaktfermenter (Turm) mit hydraulischer Durchmischung (DBFZ) Gasleitung terreste, Einstreu oder Gras als Co-Substrat) und örtlichen Bedingungen (z. B. notwendiger Neubau eines Güllelagers) müssen die technische Eignung sowie die Vorteile der jeweiligen Technologie, möglichst unter Hinzuziehung eines neutralen Beraters und mehrerer Referenzen, gründlich geprüft werden. Ein kritischer Punkt bei diesen Systemen ist die wirtschaftlich notwendige kurze Verweilzeit bei hohen Raumbelastungen. Zu berücksichtigen ist der Bedarf eines zusätzlichen Gasspeichers, der auch hier ggf. über ein gasdicht abgedecktes Gärrestlager realisiert werden kann. Die im Container fertig angelieferten Horizontalfermenter mit Paddelrührwerk sind in Kapitel 3.2 bereits behandelt, werden daher hier nicht nochmal aufgeführt. Ein Fermentertyp, der in 40 Fuß-Container eingebaut ist, beinhaltet einen vertikalen, schlaufenförmigen Pfropfenstrom. Der Propfenstromcharakter kann so sehr gut sichergestellt werden. Der Umgang mit Sink- und Schwimmschichten bzw. die Zugänglichkeit zu den vertikalen Strömungskanälen sind auch hier je nach Substratcharakter zu prüfen. Gasspeicher Gasleitung Endlager Vorgrube Con2 Fermenter im Container Gülleleitung Gärsubstrat Abb. 8: Containeranlage mit schlaufenförmigem Pfropfenstrom (DBFZ) 25

28 3.4 Weitere Kleinanlagenkonzepte Ein Verfahren mit Beregnungstechnik ermöglicht bei hohen Gülleanteilen selektive Verweilzeiten für den Feststoffanteil und die gute Beherrschung höherer Anteile schwieriger Festsubstrate (z. B. Festmist mit Langstroh, Grassilage aus Silierwagenkette). Hierbei werden die dünnflüssigen Substrate aus dem unteren Fermenterraum abgezogen und anschließend mittels frequenzgesteuerter Pumpe auf der Fermenteroberfläche verregnet (Abb. 9). Als Verfahren mit geringem Umfang verschleißanfälliger Technik im Fermenter und besonderer Eignung für hohe Gülleanteile wird auch im Kleinanlagenbereich das Pfefferkornprinzip angeboten. Dabei wird durch die Schließung von Ventilen in einer von zwei Kammern ein höherer Gasdruck erzeugt. So entsteht ein Niveauunterschied des Substrates. Bei Erreichung eines bestimmten Druckunterschiedes wird das Gasventil automatisch geöffnet, es erfolgt ein Druckausgleich. Das Substrat strömt aus der Kammer mit höherem Niveau über Mischklappen in die andere Kammer und wird ohne externe Energie durchmischt. Zur sicheren Beherrschung möglicher Schwimmdecken werden von einem Anbieter zusätzlich ein bis zwei schwach dimensionierte Paddelrührwerke in der äußeren Kammer eingebaut. Ein Röhrenfermenter aus PE-Rohr, der einem Nachgärer vorgeschaltet ist, dürfte weiteres Innovationspotenzial bieten. So könnte der Röhrenfermenter als Vorfermenter zur optimalen anaeroben Vorgärung des Substrates betrieben werden, der jetzige Nachgärer würde dann als Rührkesselfermenter mit hoher Raumbelastung fungieren. Abb. 9: Beregnungssystem mit besonderer Eignung für faserreiche Substrate (Sauter Biogas) 26

29 Abb. 10: FermPipe Konzept (ÖKOBIT GmbH) Zur Vergärung des in dieser Anlagenklasse möglichen Festmistes würden sich prinzipiell auch verschiedene Garagen- bzw. Containerverfahren mit Perkolation eignen. Es ist jedoch kein Anbieter bekannt, der entsprechende Technik im Leistungsbereich bis 75 kw el mit den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen dieses Anlagentyps anbietet. Dies mag an den sicherheitstechnischen Anforderungen dieser Bauweise liegen, die wegen der economies of scale bei dieser Anlagenkategorie schwierig einzuhalten sind. 27

30 4 WIRTSCHAFTLICHKEIT Stärker noch als bei großen Biogasanlagen wird die Wirtschaftlichkeit bei kleinen, güllebetonten Biogasanlagen von betrieblichen Einflussfaktoren bestimmt. Generell sind die spezifischen Investitionen sowohl in Bezug auf die Gesamtanlage als auch in Bezug auf das BHKW im Vergleich zu größeren Anlagen höher. Auch der Aufwand zum Betrieb einer kleineren Anlage ist relativ gesehen meist höher, insbesondere, wenn neben Gülle auch größere Mengen an Feststoffen verwertet werden sollen. An dieser Stelle hat die Planung einen erheblichen Einfluss. Wenn die Anlage einfach konfiguriert ist und alle täglich zu kontrollierenden Bauteile übersichtlich und leicht zugänglich nahe beieinander angeordnet werden, kann der tägliche Kontrollaufwand minimiert und der Zeitbedarf für Reparaturen und Wartung gering gehalten werden. Den oben genannten wirtschaftlichen Nachteilen kleiner Anlagen steht eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber. Zwar lassen sich viele dieser Vorteile mangels Zahlenbasis nur schwer berechnen (Kap. 5), einige wirken sich jedoch direkt wirtschaftlich aus. SPEZIFISCHE INVESTITIONSKOSTEN VON BIOGASANLAGEN Investitionen (in /kw el ) Anlagengröße (in kw el ) Quelle: Leitfaden Biogas, FNR (2013) FNR 2015 Abb. 11: Spezifische Investitionskosten von Biogasanlagen in Abhängigkeit von der installierten Leistung 28

31 Dies sind zunächst mögliche Einsparungen beim Bau, wenn Vorgrube mit Pumpe, Rohrleitungen und Gärrestbehälter aus der vorhandenen oder ohnehin zu bauenden Gülletechnik übernommen werden können. Auch sind im Kleinanlagenbereich die Möglichkeiten größer, anteilmäßig höhere Eigenleistungen einfließen zu lassen bzw. die Anlage in Eigenregie zu bauen. Dieses setzt natürlich freie Kapazitäten voraus. Arbeitswirtschaftlich kann bei reinen, einfach konfigurierten Gülleanlagen die tägliche Kontrolle mit den Stallarbeiten verbunden werden, sodass dieser Aufwand minimiert werden kann. Ein besonderer Vorteil der kleinen Gülleanlagen ist der, dass sie in hohem Maße im Betrieb anfallende Wirtschaftsdünger ohne weiteren Transportaufwand als kostenlose Substrate nutzen können. Ein wichtiger Faktor ist auch die mögliche Wertschöpfung aus der Verwertung der Abwärme. Gerade bei kleinen Anlagen können oft nahegelegene Schweine- und Geflügelställe, Wohn- oder Gewächshäuser etc. versorgt werden. Dann werden Brennstoffe wie Heizöl, Erd- oder Flüssiggas eingespart. Auf die Beachtung der Wärmebilanz (Kap ) sei hier verwiesen. Da all diese Aspekte sehr betriebsindividuell sind, ist die folgende Wirtschaftlichkeitsdarstellung nur als Beispiel anzusehen. Insbesondere die in Tabelle 5 aufgeführten Positionen 1, 3, 4 und 8 sind sehr betriebsindividuell (Baugrund, Leitungslängen etc.) bzw. können gegebenenfalls dem Stallbau zugerechnet werden (Kap. 5.2). Bei der reinen Gülleanlage (Tab. 4) wird die Zuführung über den Abwurfschacht des Gülleschiebers und die dort installierte Pumpe realisiert. Geringe Festmistmengen, z. B. aus den Kälberboxen, werden dort eingebracht. Alle Kosten für Anlagenteile, die sowohl vom Stall als auch von der Biogasanlage genutzt werden, sind bis auf das Gärrestlager dem Stall zugerechnet. Aus Emissionsschutzgründen, zur Erzielung eines höheren Gasertrages und wegen des größeren Gasspeichervolumens wurde hier ein gasdichtes Gärrestlager gewählt. Mögliche Kosten für einen neuen Trafo wurden in beiden Fällen nicht einbezogen. Die in den folgenden Tabellen verwendeten Abschreibungszeiten sind sehr pauschalisiert und stellen nicht die steuerliche Abschreibung dar. Dies gilt insbesondere für die sonstigen Kosten, bei denen unterstellt wird, dass keine Nachinvestitionen während der geplanten Betriebszeit notwendig sind. Im konkreten Fall sollte Rücksprache mit einem Steuerberater gehalten werden. In den Tabellen 4 und 6 ist ein Beispiel einer reinen Gülleanlage mit einer installierten elektrischen Leistung von 75 kw dargestellt. Die Baukosten wurden hier durch Kombination mit einem Stallneubau reduziert und für das BHKW wurde ein Bestandsgebäude als Aufstellort genutzt. Wegen des angenommenen Viehbestandes von 500 GV fallen im Beispiel keine Transportkosten für die Gülle an. Diese Betriebsgröße ist für Westdeutschland eine Ausnahme. Gut integrierte Anlagen ohne Kosten für den Gülletransport sind dort meist deutlich kleiner. 29

32 TAB. 4: BEISPIELHAFTER INVESTITIONSBEDARF EINER 75 kw BIOGASANLAGE mit 100 % Gülle (10 % TM), Bau gemeinsam mit Stall (Anlagenkonzept 1) Position Kosten ( ) Abschreibungsdauer (a) Jährliche Abschreibung ( /a) Bau 1 Zusatzkosten Erdbau (Rohrleitungsgräben, Unterbau und Fundamente für Nebenaggregate, die nicht durch den Stallbau abgedeckt werden) 2 Fermenter (1.100 m 3 netto) mit Isolierung und Anschlüssen 3 Gärrestlager (1.500 m 3 netto), nicht isoliert; diese Position kann auch dem Stallbau zugerechnet werden Technik 4 Gasspeicherdächer (Gasspeicherdach des Fermenters mit zusätzlicher Wärmeschutzmembran) Rührtechnik Rohrleitungs- und Heizungsbau Gastechnik Steuerung Messtechnik Gasfackel (manuell) BHKW Dienstleistungen und Gebühren 12 Planung, Projektierung, Genehmigung, Gutachten, Anschlüsse 13 Inbetriebnahme und Nachbetreuung 1 Jahr Summe

33 TAB. 5: BEISPIELHAFTER INVESTITIONSBEDARF EINER 75 kw BIOGASANLAGE mit 80 % Gülle und 20 % Co-Substraten (Anlagenkonzept 2) Position Kosten ( ) Abschreibungsdauer (a) Jährliche Abschreibung ( /a) Bau 1 Erdbau (inklusive Unterbau und Fundamente für Technikcontainer, BHKW-Container und Nebenaggregate) 2 Fermenter (1.100 m 3 netto) mit Isolierung und Anschlüssen 3 Gärrestlager (1.000 m 3 netto; insgesamt 150 Tage im gasdichten System) Technikgebäude Technik 5 Gasspeicherdächer (Gasspeicherdach des Fermenters mit zusätzlicher Wärmeschutzmembran) Feststoffeinbringung Pump- und Mischtechnik Rohrleitungs- und Heizungsbau Gastechnik Steuerung Messtechnik Gasfackel (manuell) BHKW Dienstleistungen und Gebühren 14 Planung, Projektierung, Genehmigung, Gutachten, Anschlüsse 15 Inbetriebnahme und Nachbetreuung 1 Jahr Summe

34 Dem in den folgenden Tabellen 6 und 7 dargestellten Kapitaldienst liegt das Modell zu Grunde, dass die Finanzierung entsprechend der Abschreibung gewählt wird. Es ist jeweils gleiche Eigenkapital- wie Fremdkapitalverzinsung angenommen. Die Technik wird über 10-jährige Kredite mit einem Zinssatz von 2,0 % finanziert; Bau, Genehmigung etc. sind über 20-jährige Kredite mit einem Zinssatz von 3,4 % finanziert. Die Zinssätze entsprechen einem landwirtschaftlichen Investor mit sehr guter Bonität und hohen Sicherheiten. Die Kosten für Wartung und Reparatur werden mit 3 % für das BHKW, 2 % für die sonstige Technik und 1 % für die baulichen Anlagen in Anlehnung an die VDI 2067 angenommen. TAB. 6: BEISPIELHAFTE BETRIEBSKOSTEN EINER 75 kw BIOGASANLAGE mit 100 % Gülle (Anlagenkonzept 1) Position Kosten ( /a) Kapitaldienst (Zins und Afa) Lohnansatz (20,- /h) 365 Akh/a Eigenstromverbrauch (5 %) Wartung/Reparatur Verwaltung/Versicherungen/Dienstleistungen Schmierstoffe, Verbrauchsmaterial Summe TAB. 7: BEISPIELHAFTE BETRIEBSKOSTEN EINER 75 kw BIOGASANLAGE mit 80 % Gülle und 20 % Co-Substrate (Anlagenkonzept 2) Position Kosten ( /a) Kapitaldienst (Zins und Afa) Lohnansatz (20,- /h) 730 Akh/a Eigenstromverbrauch (8 %) Wartung/Reparatur Verwaltung/Versicherungen/Dienstleistungen Schmierstoffe, Verbrauchsmaterial Silage (500 t/a mit 40,- /t, Randschichtsilage kostenfrei) Summe

35 Neben dem unterschiedlichen Kapitaldienst, der auf den unterschiedlichen Investitionen der beiden Modellanlagen beruht, verursachen der höhere Technikbedarf und der höhere Trockensubstanzgehalt des Substratgemisches auch einen höheren Eigenstrombedarf sowie einen höheren Ansatz für Wartung und Reparatur bei der Anlage mit NawaRo-Einsatz. Bei der Modellrechnung wird nur ein Teil der Silage kostenseitig in Ansatz gebracht. Dabei wird unterstellt, dass anfallende Silagereste (z. B. Deckschicht, Randschichten etc.), die nur schlecht durch die Milchviehherde verwertet werden, der Biogasanlage kostenseitig nicht zugerechnet werden. In Tabelle 8 ist die Position Strom Selbstverbrauch Landwirtschaft dargestellt. Dieses basiert auf der Regelung nach 20 (3), Nr. 2 EEG Danach können Anlagenbetreiber jederzeit [ ] den Strom vollständig oder anteilig an Dritte veräußern, sofern diese den Strom in unmittelbarer räumlicher Nähe zur Anlage verbrauchen und der Strom nicht durch ein Netz durchgeleitet wird. Persönliche Auskünfte von Landwirten (große Betriebe mit Milchvieh) zum betrieblichen Strompreis ergaben einen Wert von 25 ct/kwh. Dies würde eine Selbstnutzung attraktiv machen. Da die Strompreise für diese Nutzung in der Realität aus mehreren Komponenten bestehen und neben dem Arbeitspreis auch die Lastkurve und Lastspitzen berücksichtigen, kann der Bezugspreis von 25 ct/kwh nur als grober Anhaltspunkt verstanden werden, der die Lastspitzen in der Milchproduktion berücksichtigt. TAB. 8: BEISPIELHAFTE EINNAHMEN EINER 75 kw BIOGASANLAGE (Vermarktung als Einspeisung, Anlagenkonzepte 1 und 2) Position Anlagenkonzept 1 (100 % Gülleanlage) Kosten ( /a) Anlagenkonzept 2 (80/20-Anlage) Strom Selbstverbrauch Landwirtschaft 0 0 Einspeiseerlöse (7.000 Vollaststunden p. a., Inbetriebnahme Juli bis September 2016) Einsparung Wärme Anlagenkonzept (5 % der Gesamtwärme im Jahr nutzbar) Einsparung Wärme Anlagenkonzept (35 % der Gesamtwärme im Jahr nutzbar) Düngergutschrift (nicht angerechnet) 0 0 Gutschrift Emissionsvermeidung und Hygiene 0 0 (nicht angerechnet) Summe

36 Aus einem konkreten Angebot eines Stromversorgers für einen Stromverbrauch von kwh, der 70 % des elektrischen Energiebedarfs einer Milchviehanlage mit 500 Kuhplätzen entspricht (Jäkel, 2007), geht ein deutlich geringerer Strompreis von unter 20 ct/kwh hervor. Daher verbleibt diese Position lediglich als Möglichkeit zur Erlöserhöhung in besonderen Fällen. Die bei den Anlagenbeispielen unterschiedlichen Einsparungen bzw. Verkaufserlöse für Wärme berücksichtigen den höheren Wärmebedarf reiner Gülleanlagen aufgrund des höheren Wasseranteils, der aufzuheizen ist (Kap und 5.3). Dieser höhere Eigenwärmebedarf schmälert die mögliche Wärmeabgabe gerade in der kalten Jahreszeit, in der Wärme bevorzugt abgegeben werden kann. Mögliche Kosten für Nahwärmenetze zur Versorgung weiterer Verbraucher in der Nachbarschaft und mögliche weitere Optimierungsansätze sind nicht berücksichtigt. Die Positionen Düngergutschrift sowie Emissionsvermeidung und Hygiene sind aufgeführt, weil sie betriebsspezifisch durchaus ökonomische Relevanz haben können (Kap. 5.5). In den meisten Fällen sind sie jedoch ökonomisch nicht zu bewerten und daher in Tabelle 8 mit dem Wert 0 belegt. Im Vergleich von Einnahmen und Ausgaben der beiden Modellanlagen (Tab. 9) wird die knappe wirtschaftliche Situation von Anlagen mit 20 % Kofermenten deutlich. Dabei muss berücksichtigt werden, dass im Modellfall nur 500 t der Silage kostenseitig in Ansatz gebracht wurden. Das sehr gute Ergebnis der Gülleanlage ist den beiden Umständen geschuldet, dass ein sehr hoher Teil der Gesamtinvestitionen der Tierhaltung zugerechnet wird (Erdbau, große Teile des Rohrleitungsbaues, Vorgrube mit Pumpe) und dass die komplette Gülle vor Ort kostenfrei bereitgestellt wird. Würde bei einer Anlage, die die Gülle mehrerer Betriebe vergärt, der Transport der Gülle sowie der Gärrestrücktransport jeweils mit Durchschnittskosten von 2,00 /m 3 zu Buche schlagen, wäre der Überschuss aufgebraucht. Der gemeinsamen Vergärung von Gülle mehrerer Betriebe sind bei üblichen Betriebsgrößen West- und Süddeutschlands im Rahmen der jetzigen EEG-Regelungen also enge Grenzen gesteckt. TAB. 9: EINNAHMEN UND AUSGABEN VERGLEICH DER MODELLANLAGEN Position Betrag ( /a) Anlagenkonzept 1 (100 % Gülleanlage) Anlagenkonzept 2 (80/20-Anlage) Summe Erlöse Summe Kosten Überschuss

37 5 BETRIEBLICHE EINFLUSSFAKTOREN Gerade bei güllebasierten Kleinanlagen haben betriebliche Voraussetzungen erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit. Als wesentlicher Faktor ist die verfügbare Menge an Wirtschaftsdünger für die mögliche Anlagengröße zu nennen. Bei Anlieferung von Wirtschaftsdünger zum Anlagenstandort muss der für die Bereitstellung nötige Aufwand berücksichtigt werden. Auch der Aufwand zur Einbindung der vorhandenen Gülletechnik und die Nutzung vorhandener Einrichtungen sowie die mögliche Wärmenutzung vor Ort sind sehr stark betriebsindividuell. Zu beachten ist darüber hinaus, dass bei sehr kleinen Anlagen mit einer installierten elektrischen Leistung von etwa 30 kw unter Umständen (je nach örtlicher Netzsituation) die Netzanschlusskosten durch Verzicht auf einen Trafo gering sein können und so die Wirtschaftlichkeit der Anlage positiv beeinflussen. Die vom Anlagen standort abhängigen Netzanschlusskosten haben bei kleinen Anlagen relativ gesehen ein größeres Gewicht. Im Folgenden werden qualitative Hinweise mit Blick auf die Wirtschaftlichkeit gegeben, welche betrieblichen Faktoren Einfluss auf Kosten und Ergebnis einer güllebasierten Biogasanlage haben und welche Aspekte im Hinblick auf die zukünftige Betriebsentwicklung zu beachten sind. 5.1 Wirtschaftsdüngeranfall Dem Nachteil der hohen spezifischen Investitionskosten bei kleinen Anlagen steht der Vorteil gegenüber, dass für große Anteile des Substrates Wirtschaftsdünger keine Erzeugungskosten anfallen. Je dezentraler Biogasanlagen in der Nähe von Stallanlagen gebaut werden, umso eher können solche Sub stratpotenziale genutzt werden. Unter Kostengesichtspunkten ist es wichtig, ob der Wirtschaftsdünger während der Laufzeit der Anlage komplett kostenfrei am Anlagenort anfällt oder ob er (zumindest teilweise) mit Transportaufwendungen verbunden ist. Der Wirtschaftsdüngeranfall (Menge und Qualität) hängt von Faktoren wie der Herdengröße, der Tierart und -kategorie (z. B. Milchkühe, Jungvieh, Bullen), dem Haltungsverfahren (Einstreu, Weidegang), dem Leistungsniveau, der Fütterungsstrategie (z. B. Umgang mit Futterresten) und dem Entmistungssystem (Alter der Gülle vor Einbringung in die Biogasanlage) ab. Ein regelmäßiger Eintrag von Wasser, z. B. von der Reinigung des Melkstandes und Melksystems oder von tropfenden Tränken hat keinen Einfluss auf die Gaserzeugung, solange keine hemmenden Reinigungs- und Desinfektionsmittel eingesetzt werden. Er hat jedoch Auswirkungen auf das notwendige Bauvolumen und damit auf die Baukosten sowie auf die Wärmebilanz der Anlage. Unregelmäßiger Eintrag von Wasser, z. B. Regenwasser mit Mist von Laufhöfen in den Fermenter, 35

38 kann jedoch die Anlagenbiologie und so die Gaserzeugung beeinträchtigen. Ob solche verdünnte Gülle weiterhin der Gülle aus dem Stall zugeschlagen, ins Gärrestlager geleitet oder separat gelagert werden sollte, hängt von betrieblichen Voraussetzungen ab. Die Mitbehandlung in der Biogasanlage ist sicherlich als Vorteil anzusehen, der Aufwand der Vergärung (Fermentervolumen, Wärmebedarf etc.) ist im Vergleich zu dem geringen zusätzlichen Gasertrag jedoch hoch. Die Vergrößerung der Güllemenge durch den Verdünnungseffekt ist dann als Vorteil anzusehen, wenn erhebliche Mengen an Silageabraum, Herbstgras etc. zur Verfügung stehen, deren Einsatz sonst die 20 % Grenze überschreiten würde. Als Faustzahl kann bei Milchvieh von ca. 15 kw el /100 GV ausgegangen werden. Diese Zahl ist geringer insbesondere bei niedrigerem Wirkungsgrad des BHKW, bei komplett einstreuloser Haltung, bei anteiligem Weidegang, bei längerer Lagerung der Gülle vor Einbringung in die Biogasanlage und bei niedriger Herdenleistung. Entsprechend größer ist diese Zahl bei sehr hohem Wirkungsgrad des BHKW, bei höherer Strohmenge zur Liegeboxenpflege, bei hoher Herdenleistung und bei großzügigem Abräumen der Futterreste zur Biogasverwertung. Die Auswirkungen der einzelnen Faktoren können mithilfe der folgenden Formel und Tabelle 10 abgeschätzt werden. Gegeben sei: Eine Milchviehherde von 200 GV (Betrieb ohne eigene Jungviehaufzucht) mit kg durchschnittlicher Herdenleistung auf einem Ackerbaustandort. Die Boxen werden mit der üblichen Menge an Häckselstroh eingestreut. Nach Kalkulationsdaten der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LFL Bayern, 2015) ergibt sich dann eine Güllemenge von m 3 pro Jahr bei einem TM-Gehalt von 7,5 %. Der otm-gehalt von Milchviehgülle liegt nach KTBL (2015) bei 80 %. Es sei eine Schieberentmistung installiert, welche die Gülle mehrmals täglich frisch in die Anlage einbringt. Die Gasausbeuten in Höhe von 210 m 3 CH 4 /t otm nach KTBL (2015) für Milchviehgülle können also ohne Abzüge für Lagerungsverluste in die Berechnung einbezogen werden. Es wird ein BHKW mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 33 % installiert. Die jährlichen Volllaststunden werden mit h angenommen. Das Gasspeichervolumen ist ausreichend, sodass das erzeugte Gas komplett genutzt werden kann und keines abgefackelt werden muss. 9,97 kwh/m 3 ist der Heizwert von Methan. Daraus ergibt sich Stromerzeugung: m 3 (7,5 %) (80 %) 210 9,97 kwh/m 3 (33 %) = kwh (Güllemenge TM-Gehalt otm-gehalt [bezogen auf TM, üblicher Tabellenwert] Methanausbeute [ggf. Biogasausbeute aus Tabelle Methangehalt] Heizwert BHKW-Wirkungsgrad = Strommenge) 36

39 Anlagenleistung: /7.500 = 29,7 kw el (Strommenge/Volllaststunden = Installierte Leistung) Im oben genannten Fall kämen wegen des fehlenden Jungviehs noch schlechte Silagequalitäten (Herbstschnitt) als anfallendes Substrat hinzu, außerdem Siloabraum und evtl. über dem in der Gülle berücksichtigten Anteil liegende Futterrestmengen. Die Leistung der Anlage läge dann bei kw el. Die Qualität der Gülle, die u. a. abhängig ist von der Tierart und Tierkategorie, der Herdenleistung, dem Alter der Gülle vor Eintritt in die BGA und der Verdünnung mit Wasser (aus Stallreinigung, Melkstandsabwasser, Regenwasser von Außenflächen), hat erheblichen Einfluss auf den Gasertrag und den relativen Wärmebedarf der Anlage. Wie in Tabelle 10 dargestellt, hat die Lagerdauer der Gülle Einfluss auf den Gasertrag. Diese Lagerdauer hängt wiederum vom Stallsystem ab. So führt z. B. ein Güllekeller unter dem Stall gegenüber einer Schieberentmistung mit außen liegendem Güllelager zu längeren durchschnittlichen Lagerzeiten der Gülle vor Einbringung in die Anlage. Bei hohen Gülleanteilen hat auch der Wassergehalt der Gülle erheblichen Einfluss. Im Folgenden sind die Einflussfaktoren auf die mögliche Anlagenleistung bei Güllevergärung dargestellt. TAB. 10: EINFLUSSFAKTOREN UND DEREN WIRKUNGSWEISE Faktor Herdengröße Herdenleistung Einstreumenge Weidegang BHKW- Wirkungsgrad Entmistung Futterestmanagement Wirkungsweise Höherer Gülleanfall bei größerer Herde. Wirkt doppelt: Bei höherer Herdenleistung ist die Anfallmenge pro GV höher, außerdem ist die Gülle energiereicher, damit steigt die spezifische Gasausbeute. Höhere Anteile vergärbarer Einstreu (v. a. Häckselstroh) wirken als zusätzliches Substrat. Achtung: Sand und Säge- bzw. Hobelspäne als Einstreu bilden kein Gas, bewirken jedoch technische Schwierigkeiten. Verringert die für die Anlage verfügbare Güllemenge. Je höher der BHKW-Wirkungsgrad, desto mehr Energie (und Leistung) wird auf Basis der gleichen Gasmenge erzeugt. Wenn die Gülle auf Grund von Spaltenboden und Güllekeller im Vergleich zur Schieberentmistung längere Zeit vor der Einbringung in die Anlage gelagert werden muss, ist die spezifische Gasausbeute verringert. Wenn Futterreste abgeräumt und mit der Gülle in die Anlage eingebracht werden, wirken sie ebenso wie Einstreu als zusätzliches Substrat. Je großzügiger dies gehandhabt wird, z. B. um hohe Herdenleistungen zu erreichen, desto höher sind Zusatzmenge und spezifische Gasausbeute dieser Futterreste. Dies gilt natürlich ebenso für Siloabraum und Silagen schlechter Qualität. 37

40 5.2 Bauliche Einbindung Im Bereich der Gülle-Kleinanlagen ist die Einbindung der Anlage in die Entmistungstechnik der Stallanlage ein entscheidender Einflussfaktor auf die Höhe der notwendigen Investitionen. Vor allem im Falle eines Stallneubaus können durch geschickte Planung erhebliche Summen gespart werden, auch wenn die Biogasanlage erst nach Inbetriebnahme des Stalles realisiert wird. Es sollte in jedem Fall eine Schieberentmistung eingeplant werden. In diesem Fall können der Abwurfschacht für die Gülle, die darin installierte Pumpentechnik, die ohnehin notwendigen Rohrleitungen für die Gülle sowie das Güllelager ebenfalls von der Biogasanlage genutzt werden. Daraus wird deutlich, dass bei vorhandenen Stallanlagen auf baulicher Seite die Art des Stalles bzw. der Gülletechnik von entscheidender Bedeutung sind. Im Falle der Schieberentmistung können meist auch nachträglich die o. g. Komponenten eingebunden werden, um die notwendigen Investitionen zu senken. Im Falle vorhandener Gülletechnik mit Spaltenboden und Güllekeller müssen Gärrestlager, Pumpenschacht mit Pumpen und die notwendigen Rohrleitungen für die Biogasanlage neu gebaut werden. Zudem müssen meist abschiebbare Staustufen bzw. Kammern in die vorhandenen Güllekanäle sowie ggf. Rühreinrichtungen eingebaut werden, damit die Gülle in regelmäßigen Abständen aus den einzelnen Kammern in die Anlage geleitet werden kann. Andernfalls würden nur dünnflüssige Anteile der Gülle zur Anlage fließen und der Kot würde sich unter den Spalten zu festen Mistbänken aufbauen. Aus dieser Darstellung und mit Kenntnis der geringeren Gaserträge aus gelagerter Gülle wird deutlich, dass darauf geachtet werden sollte, dass die Agrarinvestitionsförderung einer zukünftigen Güllevergärung zur Emissionsreduzierung und Energiegewinnung nicht entgegensteht. Es sollten also möglichst nur Ställe mit weitgehend außen liegender Güllelagerung gefördert werden. Dieses hat außerdem den Vorteil, dass das Stallklima in geringerem Ausmaß mit güllebürtigen Schadgasen belastet wird. Bei günstigen Bedingungen (ideal ist ein gleichzeitiger Bau von Biogasanlage und Güllelager) lässt sich der große Lagerungsbedarf für Gülle wegen der begrenzten Ausbringzeiten gut mit langen Verweilzeiten im Nachgärlager einer Biogasanlage kombinieren. 5.3 Wärmenutzung Neben der Kostenoptimierung ist auch die Erlösoptimierung wichtig zur Erreichung der Wirtschaftlichkeit einer Biogasanlage. Dieses kann bei Kleinanlagen vor allem über eine gute Wärmenutzung erreicht werden. Ein hoher Wärmebedarf besteht vor allem bei schweine- und geflügelhaltenden Betrieben. Dieser Wärmebedarf ist natürlich besonders in der kalten Jahreszeit ausgeprägt. Wegen der hohen Wasseranteile haben güllebetonte Biogasanlagen einen vergleichsweise hohen Eigenwärmebedarf. Besonders bei guten Wertschöpfungsmöglichkeiten durch eine externe Wärmenutzung muss auf 38

41 NQ-Anlagentechnik GmbH ein gutes Wärmekonzept der Anlage geachtet werden, welches eine gute Isolierung der gesamten Anlage (Kap ) oder ggf. auch Wärmetauscher zwischen dem ausgefaulten Gärrest und der Frischgülle beinhaltet. Bei guter Wertschöpfungsmöglichkeit durch Wärmenutzung sollte geprüft werden, ob es trotz höherer Investitionen sinnvoll ist, ein größeres BHKW zu installieren, als dies auf Basis der verfügbaren Substrate im Jahresdurchschnitt betrieben werden könnte. Zum Beispiel würde ein BHKW mit einer elektrischen Leistung von 75 kw eingebaut, obwohl im Jahresdurchschnitt bei kontinuierlichem Betrieb nur kw erzeugt werden können. Die 20 % Co-Substrate im Jahresmittel würden dann ausschließlich im Winterhalbjahr eingesetzt. Entsprechend würde das BHKW in der kalten Jahreszeit kontinuierlich betrieben und somit die entsprechende Wärmemenge bereitstellen. Im Sommer hingegen würde ausschließlich Gülle eingesetzt und das BHKW somit nur wenige Stunden täglich betrieben. Ob die höheren Investitionen in einem solchen Fall durch steigende Wärmeerlöse, den höheren Wirkungsgrad eines größeren BHKW und durch höhere Erlöse aus Direktvermarktung des Stromes ausgeglichen werden können, ist zu prüfen. 5.4 Einfluss auf die Betriebsentwicklung Generell ist es für landwirtschaftliche Betriebe bei zunehmenden Erzeugerpreisschwankungen ein Sicherheitsfaktor, wenn ein Betriebszweig mit stabilen Erlösen hinzukommt. Die Einspeiseerlöse sind über das EEG für 20 Jahre abgesichert. Dies gilt weitgehend auch, wenn die vorgesehene Direktvermarktung gewählt wird, die für die Gülle-Kleinanlagen jedoch nicht verpflichtend ist (Kap ). Bei der Auswahl der Technik ist auf geringen Arbeitsaufwand zu achten, sodass sie gut in die arbeitswirtschaftliche Situation des viehhaltenden Betriebes integriert werden kann. Die 39

42 bestehende arbeitswirtschaftliche Situation ist kritisch zu prüfen, u. a. auch darauf hin, ob mit den zusätzlichen Erlösen der Biogasanlage eine weitere Arbeitskraft beschäftigt werden kann. Insbesondere für flächenknappe Betriebe mit Viehhaltung kann die Ausrichtung einer Biogasanlage erheblichen Einfluss auf die künftige Betriebsentwicklung haben. So können Anlagen, die neben dem Wirtschaftsdünger auch 20 % Co-Substrate in Form von Energiepflanzen einplanen, die Betriebsentwicklung bei bestehender Flächenknappheit deutlich einschränken. Die für deren Anbau benötigte Fläche begrenzt dann die weitere Entwicklung des Betriebszweigs der Tierhaltung, weil sie als Futterfläche und als Fläche zur Ausbringung der Nährstoffe aus der Tierhaltung fehlt. Im Beispiel aus Kapitel 5.1 entsprechen zusätzliche 20 % Energiepflanzen bei der dargestellten Güllemenge von m 3 pro Jahr immerhin t pro Jahr. Im Falle von Mais oder Getreide-GPS mit einem Frischmasseertrag von 45 t/ha bedeutet dieses ca. 24 ha Anbaufläche. Damit könnte im Beispiel der Herdengröße von 200 GV Milchvieh diese Herde ansonsten um ca. 20 % aufgestockt werden. Im Vergleich dazu können mit entsprechenden Strategien erhebliche Synergiepotenziale auch für die anderen Betriebszweige erschlossen werden. Futterreste, großzügig abgeräumte Randschichten der Silos und ebenso minderwertige Herbstgrassilagen werden in die Biogasanlage eingebracht. Dadurch kann wie im dargestellten Beispiel die Milchleistung der Herde (insbesondere die Grundfutterleistung) gesteigert werden. Zudem sind in anderen Betrieben Spezialisierungsvorteile durch Auslagerung des Jungviehs und Vergrößerung der Milchviehherde möglich, wenn schlechtere Silagequalitäten in der Biogasanlage verwertet werden können. 5.5 Düngewert und weitere Effekte Durch die Vergärung wird organischer Stickstoff in direkt pflanzenverfügbaren Ammoniumstickstoff umgewandelt. Dies hat besondere Vorteile, wenn wachsende Bestände mit aktuell hohem Stickstoffbedarf gedüngt werden sollen, z. B. schossende Getreidebestände. Besondere Vorteile kann die Vergärung in Biogasanlagen für Ökobetriebe haben. Die Gärrückstände bieten dort ein Werkzeug zur Optimierung der Bestandesführung (Stinner, 2011). Durch den Abbau von Schleimstoffen und Feststoffen während der Vergärung wird die Gülle dünnflüssiger, verstopft Verteilgeräte weniger, lässt sich genauer ausbringen, läuft schneller von Pflanzen ab und dringt schneller in den Boden ein. In Verbindung mit dem geringeren Gehalt an organischen Säuren werden die Pflanzen bei Ausbringung vergorener Gülle weniger verätzt. Mit dem Abbau der organischen Säuren und weiterer organischer Komponenten ist auch eine deutliche Geruchsreduzierung verbunden. Vergorene Gülle kann also eher auf siedlungsnahe Flächen ausgebracht werden. Durch die genannten Effekte kann Mineraldünger einge- 40

43 spart werden, gleichzeitig können bei viehstarken Betrieben Nährstoffüberschüsse reduziert werden, ohne Ertragsverluste in Kauf nehmen zu müssen. Allerdings erfordert die Anwendung von Gärresten auch besondere Sorgfalt. Zwar dringt vergorene Gülle gegenüber unvergorener Gülle schneller in den Boden ein, jedoch ist der Ammoniumgehalt durch den Proteinabbau erhöht. Außerdem ist wegen der Erhöhung des ph-wertes (von ca. 6,5 auf ca. 7,5) das Gleichgewicht zwischen Ammonium (NH 4+ ) und dem flüchtigen Ammoniak (NH 3 ) in Richtung Ammoniak verschoben. Die beiden letzten Faktoren überwiegen gegenüber dem ersten; die Gefahr von Ammoniakemissionen ist demnach prinzipiell höher. Folglich ist in besonderem Maße auf Maßnahmen zur Emissionsreduzierung zu achten, d. h. möglichst bodennah ausbringen bzw. idealerweise in den Boden einbringen oder sofort einarbeiten. Die Ausbringung sollte möglichst bei kühler, feuchter Witterung erfolgen, keinesfalls bei oder vor praller Sonne. Im Prinzip ist auch eine Verdünnung mit Wasser möglich, was jedoch meist aus Gründen der Kosten und der zusätzlichen Bodenbelastung unterbleiben wird. Gegenüber der Güllelagerung unter dem Stall bewirkt die Vergärung ein besseres Stallklima. Indirekte und direkte Hygieneeffekte haben zudem betriebliche Vorteile. Indirekte Hygieneeffekte entstehen durch die Behandlung der leicht abbaubaren organischen Substanzen der Wirtschaftsdünger unter anaeroben Bedingungen in geschlossenen Behältern. Fliegen, weitere Insekten und teilweise auch Schadnager verlieren ihre Brutplätze und ihre Futtergrundlage bzw. werden direkt getötet. Grundsätzlich werden im Biogasprozess sowohl Krankheitserreger als auch Unkrautsamen abgebaut. Das Ausmaß der direkten Hygienisierung in Biogasanlagen hängt dabei sehr stark von der konkreten Prozessgestaltung ab. Prozesstemperatur, Temperaturstufen, gesicherte und durchschnittliche Verweilzeit, Vorbehandlung, Kaskadierung etc. sind hier wichtige Einflussfaktoren. Bedeutsam kann diese Möglichkeit z. B. zur Reduzierung bestimmter Krankheitsproblematiken oder von Problemunkräutern wie Ampfer u. a. sein. Die Verwertung ausgemähten Materials von Weideflächen in Biogasanlagen kann die Weidehygiene verbessern. Auch die Verwertung der Aufwüchse von Greening- oder Naturschutzflächen, von Stroh, Maisrestpflanze oder Rübenblatt kann Synergieeffekte für andere Betriebszweige oder für den Gesamtbetrieb bewirken. NQ-Anlagentechnik GmbH 41

44 6 CHECKLISTEN ZUR PLANUNG UND ANGEBOTSBEWERTUNG Der Betrachtung von Schnittstellen bzw. Eigenleistungen muss bei den Angeboten Beachtung geschenkt werden. Unter Hinzuziehung eines neutralen Beraters (z. B. der Landwirtschaftskammern) ist eine Angebots prüfung hinsichtlich der Gesamtinvestitionen inklusive der bauseits zu erbringenden Leistungen mit Überprüfung der Wirtschaftlichkeit empfehlenswert. Auch ist die technische Eignung des angebotenen Verfahrens unter Einbeziehung der konkret verfügbaren Substrate zu prüfen. Nach Möglichkeit sollten dazu Referenzanlagen besichtigt werden. Bei der technischen Bewertung von Angeboten ist u. a. auf Aspekte wie Verweilzeit, Raumbelastung und Substratflexibilität zu achten. Der vorgeschriebene und dauerhaft einzuhaltende Anteil von mindestens 80 % tierischem Wirtschaftsdünger besteht bei den Kleinanlagen weitgehend aus Gülle, da entsprechend große Tierhaltungsanlagen meist auf Flüssigmistbasis arbeiten. Dies hat den großen Vorteil, dass neben dem hohen Gülleanteil relativ problemlos hydraulisch herausfordernde Sub strate, wie strohreicher Mist oder Grassilage, mit vergoren werden können. Im Rahmen der bisherigen Arbeiten zu diesem Thema hat sich gezeigt, dass viele Angebote zur Erstellung von güllebasierten Anlagen untereinander nicht vergleichbar sind. So liegt manchmal keine vollständige Darstellung aller notwendigen Arbeiten bzw. Leistungen vor. Auch wenn die meisten Angebote seriös sind, gibt es doch solche, bei denen de facto nur Teile einer Biogasanlage ohne notwendige Benennung der zusätzlich notwendigen Eigenleistungen angeboten werden. In Einzelfällen ist selbst die Genehmigungsplanung nicht Teil des Angebotes. Besonders kritisch ist es, wenn eine Wirtschaftlichkeitsberechnung präsentiert wird, die nur auf den angebotenen Teilkomponenten beruht und die notwendigen Eigenleistungen nicht einbezieht. In einigen Fällen wird der Energieertrag sehr optimistisch kalkuliert. Es werden im Folgenden daher Checklisten für Investoren zur Bewertung von Angeboten dargestellt. Diese Checklisten sind qualitativ ohne beispielhafte quantitative Darstellung, d. h. die Landwirte müssen auf Basis eigener Kostenermittlungen die Gesamtinvestition abschätzen. Es gibt sehr unterschiedliche Ansprüche an die benötigten Leistungen. Diese sind abhängig von Vorkenntnissen (z. B. durch Ausbildungsbetrieb, Anlagen in der Nachbarschaft oder im Bekanntenkreis, Anlagenbesichtigungen, Literatur etc.) und möglicher Unterstützung (z. B. durch Anlagenbetreiber im Umfeld). Die Checklisten sollen helfen, sich über die benötigten Leistungen klarzuwerden. 42

45 Konkret soll der Investor anhand dieser Fragen beurteilen, ob er: eine Komplettanlage inklusive Inbetriebnahme erwerben möchte, die verschiedenen Technologien dazu und damit die grundsätzliche Eignung angebotener Konzepte für seinen Betrieb beurteilen kann, unter zeitlichen und fachlichen Gesichtspunkten eine Anlage selbst konzipieren und bauen kann sowie welche Leistungen er in diesem Fall hinzukaufen muss. Checkliste 1 zur Prüfung der benötigten Leistungen Frage ja nein Kommentar Habe ich bereits Grundkenntnisse über Biogasanlagen? Kenne ich angebotene Technologien? Kann ich die jeweiligen Vor- und Nachteile beurteilen? Habe ich bereits Kenntnisse und Erfahrung in Bezug auf den Prozess? Kann ich die wirtschaftlichen und technischen Eckdaten bei der Planung einer Biogasanlage beurteilen? Kenne ich die entsprechenden Werte meines eigenen Betriebes? Habe ich Erfahrung mit baulichen und technischen Planungen? Habe ich selbst zeitliche Kapazitäten oder lassen sich diese auf dem Betrieb organisieren, ohne dass die betrieblichen Arbeiten und Erträge leiden? Kann ich auf Erfahrungen im Betriebsumfeld zurückgreifen (Nachbarschaft, andere Berufskollegen etc.)? 43

46 Checkliste 2 zur Angebotsbeurteilung Technik Frage ja nein Kommentar Ist für den Investor deutlich, warum die angebotene Technik zum Substrat- und Betriebskonzept passt? Handelt es sich bei dem Angebot um ein Komplettangebot (= schlüsselfertige Anlage mit Inbetriebnahme)? Sind dabei ausdrücklich bestimmte Eigenleistungen bzw. gesondert zu vergütende Leistungen ausgenommen? Sind Genehmigungsplanung und Gesamtkonzeption, d. h. Anbindung an die betrieblichen Schnittstellen der Stallund Energietechnik, enthalten? Oder werden ausdrücklich Teilleistungen angeboten (z. B. Planung, Beratung bei der Auswahl der Technik, Komponentenlieferung)? Ist dargestellt, wer welches Risiko trägt, wer wofür haftet? Sind die Schnittstellen klar definiert? D. h. ist klar dargestellt, wer für welchen Aufgabenbereich verantwortlich ist? Wird in den allgemeinen Erläuterungen bzw. wurde in den Gesprächen der Eindruck erweckt, es sei ein Komplettangebot, was sich bei genauer Prüfung jedoch nicht bestätigt? Gehören Erdarbeiten, Rohrleitungsbau, Fundamente und andere Betonierungsarbeiten zu den Eigenleistungen? Wer erbringt dafür die Bauaufsicht, wo sind die Schnittstellen der Haftung? 44

47 Checkliste 3 zur Angebotsbeurteilung Wirtschaftlichkeit Frage ja nein Kommentar Ist der Kostenaufwand für die Eigenleistungen realistisch kalkuliert? Ist er in die Wirtschaftlichkeitsberechnung einbezogen? Wie sind Komponenten kalkuliert, die sowohl für den Stall als auch für die BGA benötigt werden, z. B. Gülle-Abwurfschacht, Rohrleitungen, Gärrestbehälter (ohne Korrosionsschutz, Gasspeicherdach und evtl. Isolierung)? Sind die Zahlen der Wirtschaftlichkeitsberechnung pessimistisch, realistisch oder optimistisch? Sind bei der Vergütung für den eingespeisten Strom die Degression und ein realistischer Inbetriebnahmezeitpunkt berücksichtigt? Ist beim Einspeisemodell der Abzug für den Verzicht auf die Direktvermarktung berücksichtigt (0,2 ct, Kap )? Sind bei der Direktvermarktung die dafür anfallenden Kosten berücksichtigt? Sind die Kreditraten in der Wirtschaftlichkeitsberechnung realistisch? Teils entsprechen die Kreditraten einer 20-jährigen Finanzierung der Gesamtanlage. Die Abschreibungszeiten und technischen Haltbarkeiten der technischen Bauteile (BHKW, Pumpen, Rührwerke etc.) liegen jedoch zwischen 6 und 10 Jahren, lediglich die Gebäude sollten über die EEG Laufzeit abgeschrieben und ggf. getilgt werden. Wie bei allen Investitionen gilt auch bei Biogasanlagen die Grundregel, dass die Kreditlaufzeit nicht über der Abschreibung bzw. der technischen Haltbarkeit liegen sollte. Ansonsten können notwendige Ersatzinvestitionen nicht getätigt werden. Wurde eine Wärmebilanz vorgelegt? Berücksichtigt diese die Wintertage mit erhöhtem Bedarf? Sind die Annahmen realistisch (Temperatur, Zeitdauer Kälteperiode)? Wie wurden die betrieblichen Zahlen ermittelt (Substratmengen und -qualitäten, Wärme- und Strombedarf etc.)? 45

48 7 PRAXISBEISPIELE GbR Terpstra, Grammow (Mecklenburg-Vorpommern) Energie aus 100 % Gülle runden den Milchviehbetrieb ab Betriebsspiegel 550 Milchkühe, Milchleistung kg pro Kuh und Jahr insgesamt 550 GV 380 ha landwirtschaftl. Nutzfläche, davon: 205 ha intensives Grünland 75 ha extensives Grünland 100 ha Ackerbau (Silomais, Ackergras und Hafer) Arbeitskräfte: Betriebsleiterehepaar, 7 Angestellte Motivation/Ausgangslage Bau und Betrieb einer Biogasanlage stand für Familie Terpstra schon viele Jahre auf der Agenda. Allerdings waren alle Konzepte mit zusätzlichem Flächenanspruch verbunden. Erst mit der Sondervergütung Kleinanlagen im EEG 2012 eröffnete sich eine praktikable Möglichkeit, die im Milchviehbetrieb anfallende Gülle sinnvoll zu verwerten. Diese ist mehr als ausreichend vorhanden und mit der Biogasanlage wird eine weitere Lücke hin zu einem möglichst geschlossenen Betriebskreislauf gefüllt. Ebenfalls sollten Geruchsprobleme mit der Güllelagerung und -ausbringung der Vergangenheit angehören und von der Düngung mit Gärrückständen verspricht sich die GbR bessere Wirkungen auf das Pflanzenwachstum. Nach eingehender Information und Beratung entschied sich die Familie für einen Anlagenbauer aus der Region. Mit der Entscheidung für einen Komplettanbieter (... alles aus einer Hand. ) ist man sehr zufrieden. Der Bau erfolgte ohne Störungen im normalen Betriebsablauf und auch die Serviceleistungen nach Bauabnahme stimmen. Anlage Komplettanbieter: Rotaria Energie- und Umwelttechnik GmbH BHKW: 75 kw el Gas-Otto-Motor von 2 G (Liebherr) in neuem BHKW-Gebäude Wirkungsgrad el : 38 % Wirkungsgrad th : 43,1 % 46

49 Fermenter: m³, isoliert, integrierter Gasspeicher Gärrestlager: 2 x m³, Folienbecken (Bestand) ohne Abdeckung Gasspeicher: auf Fermenter, Speicherraum 350 m³ (ca. 8 Stunden) Entschwefelung: Lufteinblasung, Holzbalkendecke Rührwerk: 1 x 6,5 kw und 1 x 15 kw (Reserve) Genehmigung: November 2013, eingereicht im Februar 2012 Baubeginn: April 2014 Inbetriebnahme: September 2014 Anlagenbetrieb Substratmenge: AK-Bedarf: Störungen bisher: Wärmenutzung: Gärrestnutzung: derzeit ca. 30 m³ Gülle pro Tag, geplant m³ Gülle pro Jahr ca. 20 Minuten pro Tag kleinere BHKW-Probleme (u. a. Start-Stopp-Automatik) Fermenterbeheizung, zukünftige Nutzung der vorhandenen Überschusswärme ist vorgesehen Separation (war bereits für die Rohgülle vorhanden) Feststoffe Liegeboxeneinstreu (sehr gute Erfahrungen) Flüssigphase Düngung der eigenen Flächen, geringere Geruchsemissionen, besser als Rohgülle Ökonomische Kennzahlen Vergütung: nach EEG 2012, da die Baugenehmigung vor dem vorlag (24,01 ct/kwh) Investitionskosten: insgesamt, entspricht /kw (inkl. Netzanschluss, kein Trafo) Anlage ist erst wenige Monate in Betrieb, weitere Kennzahlen liegen noch nicht vor Tipps aus der Praxis Kosten in der Bauphase ständig im Blick haben Behördliche Vorbehalte möglichst im Vorfeld abklären Schwierigkeiten in der Anlaufphase einplanen, Erfahrungen müssen erst gesammelt werden Kein überproportionales Einkommen aus diesem Betriebszweig erwarten Erweiterungsmöglichkeiten sind nicht vorhanden, auch wenn mehr Gülle vorhanden ist 47

50 Wiard Smidt, Krummhörn (Niedersachsen) Kuhstall erweitert und gleich mal eine Biogasanlage gebaut W. Smidt Betriebsspiegel 220 Milchkühe, Milchleistung kg pro Kuh und Jahr 200 Kopf weibliche Nachzucht und 15 Zuchtbullen insgesamt 300 GV 250 ha landwirtschaftl. Nutzfläche, davon: 110 ha intensives Grünland 80 ha extensives Grünland 60 ha Ackerbau (Silomais und Weizen/Gerste) Arbeitskräfte: Betriebsleiter, 1 Angestellter, 2 Auszubildende, Altenteiler Motivation/Ausgangslage Die Biogasanlage ist ein zusätzliches Standbein ohne den Faktoranspruch Boden und gibt für 20 Jahre Planungssicherheit. Für den Anlagenbau haben sich die geplante Erweiterung des Milchviehstalles von 140 auf 260 Plätzen und der damit verbundene notwendige Neubau von Güllelager und Siloflächen als kostensparende Kombination erwiesen. Das ohnehin zu bauende Güllelager kann so als Gärrestlager genutzt werden. Die Ställe haben keine Spaltenböden und damit keine Güllekeller, die Liegeboxen sind mit Stroh eingestreut. Betriebseigenes Substrat ist ausreichend vorhanden. Ein ausreichender Stromanschluss (20 kv) ist am Standort vorhanden (durch eine bestehende Windkraftanlage). Betriebsleiter und Mitarbeiter sind belastbar und können den Betrieb der Anlage gut bewältigen. Der Hof befindet sich in Alleinlage, ein stabiler Baugrund und ausreichende Zuwegung sind vorhanden. Probleme mit Nachbarn und Behörden gibt es bisher nicht. Zusätzliche Synergien haben sich durch den gleichzeitigen Bau einer Anlage desselben Herstellers in der Nachbarschaft ergeben. Anlage Komplettanbieter: inergie GmbH BHKW: Gas-Otto-Motor, 75 kw el MAN (im Container) Wirkungsgrad el : 37,2 % Wirkungsgrad th : 46,0 % 48

51 Fermenter: m³, isoliert, integrierter Gasspeicher Gärrestlager: m³, integrierter Gasspeicher Substrateinbringung: Feststoffdosierer (Edelstahl, mit Mischschnecke) Gasspeicher: Tragluftdach (Fermenter ca. 550 m³, Endlager ca. 830 m³) Entschwefelung: mit Eisenhydroxid und Lufteinblasung Rührwerk: 2 x Fermenter (Flygt), 1 x Gärrestlager (Flygt), jeweils 15 kw Genehmigung: 15. Mai 2012 eingereicht und am 31. August 2012 erteilt Baubeginn: 09. Oktober 2012 Inbetriebnahme: 21. Dezember 2012 Anlagenbetrieb Substratmenge: AK-Bedarf: Störungen bisher: Wärmenutzung: Gärrestnutzung: ca m³ Rindergülle, 50 t Futterreste, 900 t Rindermist pro Jahr ca. 20 Minuten pro Tag Schwimmschichten (durch Graseinsatz), gerissenes Rührwerksseil, Sturmschaden Fermenterbeheizung, Überschusswärme zur Beheizung des eigenen Wohnhauses Düngung der eigenen Flächen; geringere Geruchsemissionen und störungsfreierer Durchfluss durch bodennahe Ausbringtechnik als bei Rohgülle Ökonomische Kennzahlen (2014) Stromproduktion: kwh Volllaststunden: h Vergütung: nach EEG 2012 (25 ct/kwh) Betriebskosten: ca Einnahmen: ca Gewinn: ca (ohne Lohnansatz) Investitionskosten: insgesamt, entspricht /kw Tipps aus der Praxis Erfahrungsaustausch mit Anlagen-/Komponentenherstellern und insbesondere Kollegen Optimierungsmöglichkeiten sind eingeschränkt, da Anlage auf 75 kw begrenzt Laufzeit (Volllaststunden) entscheidend Hohe Kapitalbindung Möglichst nicht im Herbst bauen Technische Ausstattung auf das Notwendige beschränken Aus Fehlern lernen und diese nicht vergessen! 49

52 Keller GbR, Gutenzell-Hürbel (Baden-Württemberg) In Eigenregie gebaut und damit Geld gespart A. Keller Betriebsspiegel 200 Milchkühe, durchschnittliche Milchleistung kg pro Kuh und Jahr 160 Stück Jungvieh insgesamt 300 GV 125 ha landwirtschaftl. Nutzfläche, davon: 50 ha Dauergrünland 75 ha Ackerfläche (30 ha Getreide, 10 ha Ackergras, 35 ha Silomais) Zweitfruchtbau Grünroggen auf 15 ha Arbeitskräfte: 2 GbR-Partner, 1 Angestellter, 1 Lehrling Motivation/Ausgangslage Die Vater-Sohn-GbR hat sich bereits seit 2008 mit dem Thema Biogas befasst. Da ausschließlich betriebseigene Rohstoffe eingesetzt werden sollen, zeigte erst das EEG 2012 mit der Sondervergütung Gülle-Kleinanlagen eine passende Option für den Milchviehbetrieb auf. Der Produktionszweig Biogas ist ein zusätzliches Standbein mit garantiertem Einkommen und hoher Planungssicherheit. Die im Betrieb anfallende Gülle und weitere betriebliche Reststoffe werden durch die Biogasanlage energetisch genutzt. Der Betrieb befindet sich nach der Aussiedlung 2003 in Alleinlage. Mögliche Probleme mit Nachbarn und der Gemeinde wurden durch eine frühzeitige Bekanntgabe vermieden. Nach eingehender Information entschied sich die Landwirtsfamilie, die Biogasanlage im Bauherrenmodell zu erstellen. Damit verbunden waren nicht nur eigene Mitarbeit, sondern auch die komplette Übernahme bestimmter Arbeitsleistungen. Auch ist man Ansprechpartner für alle Baubeteiligten und Gewährleistungsfragen. Als Vorteile werden geringere Investitionskosten, die Mitbestimmung bei der Wahl von Anbietern für Komponenten und Gewerke und die Möglichkeit, mit einem individuellen Konzept eine sehr gute Integration der Anlage in den Betrieb zu erreichen, genannt. Dazu kommt, dass der Betreiber die Anlage von Anfang an wie seine Westentasche kennt. Anlage Bauherrenmodell: BHKW: Wirkungsgrad el : 37,1 % Wirkungsgrad th : 49,0 % Planung und Beratung durch Planungsbüro Gabriele Dyckhoff mit Unterstützung durch Biogasprojekte D & K (Komponentenbezug, techn. Ausführung) Gas-Otto-Motor, 75 kw el Liebherr (in BHKW-Fertiggarage) 50

53 Vorgrube: 12 m³ Fermenter: m³, isoliert mit Betondecke Nachgärer: m³ mit EPDM-Gasspeicher Gärrestlager: m³ (Bestand) Substrateinbringung: 12 m³ Vertikalmischer (Höre) Gasspeicher: auf Nachgärer, Größe ca. 350 m³, Speicherraum (10 Stunden) Entschwefelung: Lufteinblasung Rührwerk: 1 x Fermenter (Rema Stabrührwerk 15 kw), 1 x Nachgärer (Eisele Tauchmotor 15 kw) Genehmigung: Juni bis September 2012 Baubeginn: Mitte September 2012 Inbetriebnahme: 05. Dezember 2012 (27. Dezember 2012 mit Biogas) Anlagenbetrieb Substratmenge: AK-Bedarf: Wärmenutzung: Gärrestnutzung: ca t Rindergülle, 500 t Rinderfestmist, 70 t Futterreste, 250 t Grünroggen, 100 t Maissilage pro Jahr ca. 30 Minuten pro Tag Fermenterbeheizung, Überschusswärme zur Wohnhausbeheizung passgenauere Düngung möglich, nur eigene Flächen, keinerlei Geruchsbelästigung, Einsparung von 26 t KAS in 2014 Ökonomische Kennzahlen Stromproduktion: ca kwh pro Jahr Volllaststunden: ca h pro Jahr Vergütung: nach EEG 2012 (25 ct/kwh) Investitionskosten: ca (inkl. Stromanschluss) insgesamt, entspricht /kw netto, ca Stunden Eigenleistung Eigenstromverbrauch: ca. 6 % Tipps aus der Praxis Rechtzeitige Information von Nachbarn und Gemeinde Beim Bauen in Eigenregie: ausreichende Kapazitäten (Zeit, Arbeitskraft, handwerkliches Geschick, mitanpackende Freunde und Familie) und gewisses Organisationstalent, Erfahrungen mit Bauvorhaben und keine Berührungsängste mit Behörden, erfahrenes Planungsbüro und Fachfirmen mit WHG Zulassung, bereit stehen als ständiger Ansprechpartner für Planer, Behörden und Baubeteiligte, professionelle Unterstützung und Beratung in der Anfahrphase notwendig. 51

54 Schweinemastbetrieb in Baden-Württemberg Auch mit Schweinegülle lässt sich eine Biogasanlage gut betreiben Betriebsspiegel Schweine (Mast) 83,5 ha landwirtschaftl. Nutzfläche, davon: 81 ha Ackerland (30 ha Mais, 28 ha Weizen, 23 ha Triticale) 2,5 ha Grünland Arbeitskräfte: 1 Betriebsleiter Motivation/Ausgangslage Die Idee entstand 2011 mit der anstehenden EEG-Novelle und der geplanten neuen Vergütung für Gülle-Kleinanlagen. Die Hofinhaber wollten den Betrieb für die Zukunft und eine eventuelle spätere Übernahme durch den Sohn breiter aufstellen. Substrat war ausreichend vorhanden. Schließlich erforderte die Gülleanlage keine zusätzlichen Pachtflächen und der Arbeitsaufwand erschien überschaubar. Als günstig erwies sich im Nachhinein außerdem, dass ein anderer Betrieb im Ort gerne bereit war, Rindermist gegen Gärreste zu tauschen. Rindermist wirkt sich nach den Erfahrungen des Anlagenbetreibers positiv auf die Mikrobiologie aus und macht die Schweinegülle dickflüssiger. Anlage Komplettanbieter: Novatech BHKW: Gas-Otto-Motor, 75 kw el MAN (in dafür neu gebauten BHKW-Haus) Wirkungsgrad el : 37 % Wirkungsgrad th : 46 % Fermenter: 900 m³, Betondecke, isoliert und ¾ im Boden versenkt Nachgärer: m³, nicht isoliert und ¾ im Boden Gärrestlager: m³ Substrateinbringung: Schweinegülle über die Vorgrube, Silomais und Rindermist über einen Feststoffeintrag Gasspeicher: 36 Stunden Entschwefelung: Lufteinblasung Rührwerk: 15,5 kw Tauchmotor-Rührwerk im Fermenter und Gärrestlager Bauantrag gestellt: Mai 2012 Genehmigung: 10. September 2012 Baubeginn: 10. September 2012 Inbetriebnahme: Mai

55 privat Anlagenbetrieb Substratmenge: AK-Bedarf: Wärmenutzung: Gärrestnutzung: t Silomais im Jahr aus eigenem Anbau, m³ Schweinegülle, 350 t Rindermist (wird mit einem Betrieb gegen Gärreste getauscht sowie von einem Betrieb zugekauft) pro Jahr 30 Minuten pro Tag Fermenterbeheizung, Wohnhaus, Ställe Düngung der Felder (Vorteil: mehr NH + 4 /Nachteil: das NH + 4 ist verlustanfälliger) Ökonomische Kennzahlen (2014) Stromproduktion: kwh Volllaststunden: h Vergütung: nach EEG 2012 (24,5 ct/kwh) Investitionskosten: ca insgesamt, entspricht /kw Eigenstromverbrauch: ca. 6 % Tipps aus der Praxis Um die Schweinegülle homogen zu halten, ist ein relativ hoher Rühraufwand erforderlich. In einem der Schweineställe läuft die Gülle automatisch in die Vorgrube und von dort in den Fermenter, in den anderen Ställen wird sie alle ein bis zwei Wochen abgepumpt. Diese zeitliche Verzögerung beim Gülleeintrag macht sich in Form eines geringeren Gasertrags bemerkbar, da insbesondere bei warmem Wetter schon vorher Abbauprozesse beginnen. Sollten Stallneubau und Bau einer Biogasanlage zeitlich zusammenfallen, empfiehlt es sich von daher, auf kurze Transportwege und Lagerzeiten und eine möglichst kühle Güllelagerung zu achten. Das Substrat neigt zur Bildung von Schwimmdecken. Rindermist verbessert die biologische Stabilität und verringert die Schwimmdeckenneigung. 53