BAUHERREN MAPPE BIOGAS

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1 BAUHERREN MAPPE BIOGAS

2 BAUHERREN MAPPE BIOGAS Impressum Herausgeber: LandesEnergieVerein Steiermark Burggasse 9/II A-8010 Graz Tel: 0316/ Fax: 0316/ Für den Inhalt verantwortlich: Gerhard Ulz

3 INHALTSVERZEICHNIS / 2. Anwendungsbereich 2.1. Einleitung 3. Definitionen 4. Technik und Betriebsorganisation von Biogasanlagen 4.1. Was ist Biogas? 4.2. Baueinheiten einer Biogasanlage Betonbau bei Biogasanlagen 4.3. Die gebräuchlichsten Anlagensysteme Rührkesselfermenter Speicherdurchflusssystem auf Basis gasdichtes Güllelager Speicherdurchflusssystem mit Nachgärbehälter Pfropfenströmfermenter Zwei-Kammersystem Vereinfachter Systemvergleich 4.4. Nutzungsmöglichkeiten von Biogas Gasverbrennung Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Brennstoffzelle Mikrogasturbine Weitere Nutzungsmöglichkeiten Einspeisung Erdgasnetz Treibstoffnutzung CO2-Erzeugung 4.5. Gefahren bei Biogasanlagen Explosionsschutzdokument für Biogasanlagen 4.6. Biogaspotentiale Biogaspotential in Österreich Energiepotential in der Steiermark 4.7. Vor- und Nachteile von Biogas Zehn gute Gründe für den Bau einer Biogasanlage Nachteile von Biogasanlagen 4.8. Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen 4.9. Motive für die Errichtung von Biogasanlagen 5. Förderungen für Biogasanlagen 6. Ablaufplan wie komme ich in der Steiermark zu einer Biogasanlage? Inhalt

4 INHALTSVERZEICHNIS / 2 7. Genehmigung von Biogasanlagen technische Voraussetzungen 7.1. Maschinentechnische Anforderungen an Biogasanlagen 7.2. Aufstellungserfordernisse für Gasverbrauchseinrichtungen und Gasverdichter 7.3. Bautechnische Anforderungen 7.4. Baulicher und organisatorischer Brandschutz 7.5. Elektrotechnische Anforderungen 7.6. Explosionsschutztechnische Anforderungen 7.7. Emissionen 7.8. Hygiene 7.9. Rückstände 8. Genehmigungsverfahren 8.1. Raumordnungsverfahren 8.2. Baurecht Bauverfahren 8.3. Genehmigung nach dem Gasrecht 8.4. Abfallrecht abfallrechtliche Bewilligung 8.5. Elektrizitätsrecht Bewilligung nach Energierecht 8.6. Gewerberechtliche Bewilligung 8.7. Genehmigung nach dem Wasserrechtsgesetz Umweltverträglichkeitsprüfungsgesetz 8.9. Erforderliche Einreich-/Genehmigungsunterlagen zur Errichtung einer Landwirtschaftlichen Biogasanlage 8.10 Erforderliche Einreich-/Genehmigungsunterlagen zur Errichtung einer Kofermentations-Biogasanlage Anforderungen nach der EU-Hygieneverordnung 9. Überwachung von Biogasanlagen 9.1. Periodische Überprüfungen (Maschinentechnik, E-Technik, Gastechnik, Blitzschutz) 9.2. Verantwortliche Person 10. Anhang Landkarte steirischer Biogasanlagen Dokumentation steirischer Biogasanlagen BG Auersbach BG Durlacher BG Pelzmann BG Kohlroser Inhalt 2

5 INHALTSVERZEICHNIS / BG Fiedler BG Gschwaitl BG Steirerobst Gleisdorf BG NEGH Biostrom KEG Förderungsmöglichkeiten für Biogasanlagen Land Steiermark Netzwerk Ökoenergie Steiermark NOEST SFG Umweltförderung Zukunftsfonds Technofit WIN BMLFUW Kommunalkredit Austria Stromproduzierende Anlagen Wärmeverteilung Energetische Optimierung von Abwasserreinigungsanlagen Forschung Energiegewinnung aus Abfällen biogenen Ursprungs Investitionsförderung für rein landwirtschaftliche Biogasanlagen BMVIT Energiesysteme der Zukunft BMWA Forschungs- und Technologieförderung in Österreich Rahmenprogramm Energie der Europäischen Union Ökostromtarife Gegenüberstellung einzelner Gesellschaftsformen BGBl. 149, Ökostromgesetz und ELWOG vom 22. August Preisfestsetzungsverordnung zum BGBl. II Nr. 508/ BMWA-Erlass Anerkennung BG-Anlagen gem. 7 Ökostromges Formblatt Antrag auf Anerkennung als Ökostromanlage BG-Anlagen die wichtigsten Gesetze und Verordnungen Biogasansprechadressen in der Steiermark Inhalt

6 2. DIESE MAPPE Alle neuen Technologien, und als solche betrachte ich derzeit auch noch die Biogasproduktion, sehen sich einer großen Anzahl an ungeklärten Fragen ausgesetzt: Das beginnt mit den Unsicherheiten bezüglich möglicher Erträge in der Abhängigkeit von den eingesetzten Substraten und geht über die notwendigen Verfahrensschritte bis hin zu den rechtlichen Voraussetzungen und Notwendigkeiten des Betriebes. Die vorliegende Bauherrenmappe Biogas, welche so konzipiert ist, dass rasch auf Änderungen und neue Erkenntnisse reagiert werden kann, soll solche Unsicherheiten verkleinern helfen und Ihnen einen Handlungsleitfaden geben, wie an ein solches Projekt herangegangen werden sollte. Im übrigen wendet sich die Unterlage nicht nur an die potentiellen Betreiber, sondern auch an die mit der Planung und der Errichtung beauftragten Unternehmen. Die Bauherrenmappe Biogas entspricht dem derzeit in der Steiermark vorhandenen Wissensstand und der geltenden Gesetzeslage; sie wurde daher insbesondere im Genehmigungsbereich mit den steirischen Behörden erarbeitet. In Zukunft werden Prospekte, Tagungsunterlagen und die neuesten Forschungsergebnisse diese Unterlage ergänzen und Ihnen helfen, stets auf dem neuesten Wissensstand zu bleiben. Seinem Auftrag gemäß gab der LandesEnergieVerein schon immer Hilfestellungen zur Einführung erneuerbarer Energien: Die Fernwärme aus Biomasse etwa ist eine steirische Erfolgsstory, und Solarkollektoren werden immer häufiger zur Brauchwassererwärmung und auch für die teilsolare Raumheizung in Betrieb genommen. Nun wollen wir Ihnen helfen, auch die Chance Biogas wahrzunehmen. Gerhard Ulz, Geschäftsführer des LEV Steiermark 2.

7 3. DEFINITIONEN Substrat Die Rohstoffe und Materialien, welche für den Biogasprozess in einer Biogasanlage vorgesehen sind, nennt man Substrat, unabhängig von den Eigenschaften und der Herkunft des Materials. Wasserreiche, biogene Materialien sind besonders gut geeignet, holzige Materialien eignen sich nicht. Kofermentation Mit Erlass des Bundesministers für Wirtschaft und Arbeit betreffend die Anerkennung von Biogasanlagen gemäß 7 Ökostromgesetz vom werden taxativ jene Stoffe aufgezählt, mit denen eine Anlage ohne Kofermentation betrieben werden kann (siehe Anhang 10.7.). Alle sonstigen Stoffe fallen in den Bereich der Kofermentation. Biogas Biogas stellt einen Energieträger mit chemischer Bindungsenergie dar, dessen Hauptkomponente Methan ist. Es entsteht durch den anaeroben (anaerob = unter Sauerstoffausschluss) mikrobiellen Abbau organischer Substanz. Klärgas und Deponiegas gelten als Biogas im Sinne dieser Grundlage. Biogasanlage Eine Anlage zur Gewinnung, Aufbereitung, Lagerung und/oder Nutzung von Biogas. Substratlager Darunter versteht man alle Lagerbehälter zur Lagerung sämtlicher Substrate, bevor diese dem Biogasfermenter zugeführt werden. Mischbehälter Er dient zur Mischung und Homogenisierung der in den Fermenter einzuspeisenden Substrate. Größe und Ausstattung (Mixer, Zerkleinerungseinrichtungen, Pumpen) richten sich nach den eingesetzten Substraten. Fermenter Dieser kann stehend oder liegend ausgeführt werden. Die Größe und Art der Ausführung ist von der Art und Menge der einzuspeisenden Substrate und der gewünschten Aufenthaltsdauer abhängig. Der Fermenter ist beheizt, gasdicht verschlossen und mit einer Durchmischungseinrichtung und einer Möglichkeit zur Entnahme des Biogases versehen. Nachfermenter Dieser kann wie der Hauptfermenter stehend oder liegend ausgeführt werden und ist in Flussrichtung des Substrates betrachtet nach dem Fermenter installiert. Der Nachfermenter dient zum vollständigen Abbau der organischen Substanz im Substrat und somit zur Produktion des noch im Substrat enthaltenen Restbiogases. Die Größe ist von der Menge der einzuspeisenden Substrate und der gewünschten Aufenthaltsdauer abhängig. Der Nachfermenter ist meist ebenfalls wie der Hauptfermenter beheizt, gasdicht verschlossen und mit einer Durchmischungseinrichtung und einer Möglichkeit zur Entnahme des Biogases versehen. 3.

8 3. DEFINITIONEN Endlager Es dient zur Lagerung des Fermentationsrückstandes bis zur Ausbringung. Das Endlager kann gasdicht verschlossen als Nachfermenter dienen, um das noch entstehende Biogas mit zu erfassen. Biogasspeicher Er dient zur Zwischenspeicherung des entstehenden Biogases bis zur weiteren Nutzung. Der Biogasspeicher kann in den Fermenter oder Nachfermenter integriert oder separat errichtet werden. Bei der Gasspeicherung über dem Nachfermenter wird dieser mit einer Folie abgedeckt, unter der sich das Gas sammeln kann. Sonst wird außerhalb des Fermenters ein Gassammelsack installiert. Membrangasbehälter Behälter, der ganz oder teilweise durch eine Kunststoffmembrane abgeschlossen ist und zum Speichern von Biogas dient. Doppelmembrangasbehälter Behälter, der ganz oder teilweise durch eine Kunststoffdoppelmembrane abgeschlossen ist und zum Speichern von Biogas dient. Die Kunststoffdoppelmembrane besteht aus einer inneren Membrane, welche in ihrer Lage flexibel ist und dadurch das Gasspeichervolumen variiert und abgrenzt. Die Außenmembrane schützt den Speicher gegen äußere Einflüsse. Blockheizkraftwerk Im Blockheizkraftwerk wird das entschwefelte und getrocknete Biogas verwertet. Die im Biogas enthaltene Energie wird zu ca. 1/3 in elektrische und zu ca. 2/3 in thermische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie kann ins öffentliche Elektrizitätsnetz eingespeist werden, die Wärme in dem Betrieb oder in der näheren Umgebung eingesetzt werden. Fermentationsrückstand Darunter versteht man das im Endlager nach der anaeroben Fermentation in einer Biogasanlage anfallende Gemisch verschiedenster Substrate. Dieser Fermentationsrückstand ist qualitativ hochwertige Eingangssubstrate vorausgesetzt für die Landwirtschaft ein wertvoller Dünger, welcher vor allem Stickstoff enthält. 3.

9 4. BETRIEBSORGANISATION UND TECHNIK VON BIOGASANLAGEN 4.1. Was ist Biogas? Biogas entsteht bei der Fermentation von organischen Stoffen wie Gülle, Mist, Jauche, Pflanzen, Speiseresten, etc. in der Natur etwa überall dort, wo Sauerstoff keinen Zutritt hat: In Sümpfen und Mooren oder im Verdauungstrakt der Wiederkäuer. In Fermentern oder Faultürmen wird durch anaerobe Fermentation (anaerob = ohne Sauerstoff) Biogas erzeugt. Wird organisches Material unter Luftausschluss ( anaerob ) gelagert, beginnt unter Mitarbeit methanbildender Bakterien (Kokken, Stäbchen, Spirillen, Spirochäten, Mycoplasmen und Fadenbakterien) ein biologischer Prozess, bei dem ein Gas = Biogas entsteht. Das sich bildende Biogas besteht im wesentlichen aus: Stoff Methan Kohlendioxid Wasserdampf Stickstoff Sauerstoff Wasserstoff Schwefelwasserstoff Ammoniak Chemische Bezeichnung CH 4 CO 2 H 2 O N 2 O 2 H 2 H 2 S NH 3 Anteil in Prozent < 5 < 2 < 1 < 2 < 1 Der Heizwert pro m 3 Biogas entspricht je nach Methangehalt rund 6,4 Kilowattstunden (kwh). Daraus lassen sich je nach Wirkungsgrad des Blockheizkraftwerkes bis zu 2 kwh Strom und 2 kwh Wärme (nach Abzug der Prozesswärme) erzeugen. Foto: Schmack Biogas AG 4.1.

10 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN 4.2. Baueinheiten einer Biogasanlage Grundsätzlicher Aufbau: Jede Biogasanlage besteht aus einer Reihe von Baugruppen und Einzelbaueinheiten rund um den Fermenter. Biogas Energie Biogasspeicher Haupt-Fermenter Nachfermenter Energiezentrale (BHKW) Mischbehälter Endlager Substratlager Fermentationsrückstand Anaerobe Fermentation 4.2.

11 4. TECHNIK UND B. O. VON BIOGASANLAGEN Betonbau bei Biogasanlagen Qualitätsmerkmale beim Beton werden oft nicht ausreichend berücksichtigt. Der Betonqualität sollte aber beim Bau von Biogasanlagen ebenso Aufmerksamkeit geschenkt werden wie anderen wichtigen Komponenten (zb Blockheizkraftwerk), da der Betonbau einen wesentlichen Faktor für einen erfolgreichen und vor allem langfristigen Betrieb einer Biogasanlage darstellt. In einem Biogasfermenter wandeln verschiedene Arten von Mikroorganismen organisches Material in organische Säuren und Alkohole um, aus dem wiederum als Endprodukt das Biogas eine Mischung hauptsächlich aus Methan (CH 4 ) und Kohlendioxid (CO 2 ) entsteht. Die Bakterien und Mikroorganismen brauchen für die Zersetzung gewisse Milieubedingungen, unter anderem stellt der ph-wert einen wichtigen Faktor dafür dar. Grundsätzlich gilt, dass versäuernde Bakterien ein saures Milieu (< ph 7) bevorzugen während Methanbakterien im alkalischen Bereich (> ph 7) besser arbeiten können. Bei Biogasanlagen kann es - oft bereits nach kurzer Betriebszeit - zu Schäden am Beton aufgrund von starkem Säureangriff kommen. Bisher wurden Säureangriffschäden bei Beton von Biogasanlagen eher vernachlässigt. Was passiert beim Säureangriff? Herkömmliche Zemente beinhalten bis zu 25 % Kalziumhydroxid. Die durch den Gärungsprozess entstehenden organischen Säuren in Biogasanlagen lösen das Kalziumhydroxid aus dem Beton aus, das durch den Zement eingebracht wird. Grundsätzlich können beim Betonbau zwei verschiedene Arten von Angriffen unterschieden werden: l l treibender chemischer Angriff schlechte Sulfatbeständigkeit des Betons: im Biogasfermenter enthaltene Sulfatlösung dringt in den Beton ein die Mineralien breiten sich im Beton aus und es kommt zu einer Treiberscheinung. lösender chemischer Angriff niedriger Säurewiderstand des Betons: Kalziummineralien werden vom Beton mittels der entstehenden Säuren in einer Biogasanlage herausgelöst ( Waschbeton-Effekt ). Generell sollte Beton für Biogasanlagen folgende Eigenschaften aufweisen: l l l einen geringen Anteil an Kalziumhydroxit (C3A) im Zement einen sehr feinen Porenbereich gute Sulfatbeständigkeit ein dichtes Verhältnis des WIB-Werts (Verhältnis Wasser zu Bindemittel), günstig ist ein WIB-Wert < 0,

12 4. TECHNIK UND B. O. VON BIOGASANLAGEN l sorgfältige Nachbehandlung (verschiedenste Methoden) Welche Alternativen gibt es? Je weniger Kalziumhydroxid Zementsorten beinhalten, desto widerstandsfähiger sind sie gegen Säureangriffe. Am Markt gibt es bereits spezielle Bindemittel für Zement zur Betonproduktion, welche für den Einsatz bei hohem Säureangriff in Biogasanlagen entwickelt wurden (durch Bestandteile wie Hüttensand, Sulfatträger und Spezialzusätzen). Diese Bindemittel können die Lebensdauer von Beton bei Biogasanlagen verlängern, da einerseits erhöhter Säurewiderstand und bessere Sulfatbeständigkeit zu verzeichnen sind. Hüttensandbindemittel beinhalten nur geringe Mengen Kalziumhydroxid (etwa 1 %). Gleichzeitig bewirken die hydraulisch wirksamen Mineralien von Hüttensandbindemitteln ein äußerst dichtes Betongefüge. Diese Betondichte führt zu einer weiteren Verminderung des Säureangriffes und bringt gleichzeitig eine höhere Endfestigkeit des Betons. Das Hüttensandbindemittel wird ohne Brennprozess hergestellt, somit kann in Punkto Umweltschutz eine CO 2 -Einsparung von bis zu 90 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Zementen erreicht werden. Auswahl der Betongüte In Abhängigkeit des Angriffsgrades werden beim Einsatz von Beton mit Hüttensandbindemitteln folgende Rezepturen empfohlen: Bauteil Betonsorte W/B-Wert Bindemittelgehalt Nachbehandlungsmittel Flachsilo Bodenplatte Wände Nachgärbehälter Güllebehälter Gasraum im Fermenter B6 ohne Luftporen B6 ohne Luftporen < 0, kg/m³ gemäß RVS /2 < 0,40 420kg/m³ Epoxidharz z.b. EP 70 Ausschaltfristen Grundsätzlich gelten bei den gewählten Bindemittelgehalten bzw. Betongüten die Regelwerke bezüglich der Ausschalfristen gemäß ÖNORM B und der ÖVBB Richtlinien Geschalte Betonflächen und Wasserundurchlässige Bauwerke - Weisse Wanne Folgende zusätzliche Vorgangsweise ist zu beachten: Entsprechend dem Erhärtungsverlauf wird empfohlen, die Bauteile über 5 C nach 1 Tag bzw. unter 5 C nach 2 Tagen, jedoch spätestens am 4.Tag nach dem Betonieren auszuschalen, um mit der Aufbringung eines geeigneten Verdunstungsschutzes ehest möglich beginnen zu können

13 4. TECHNIK UND B. O. VON BIOGASANLAGEN Nachbehandlung Um ein frühzeitiges Austrocken bzw. um Rissbildung zu vermeiden, ist beim Bau von Biogasanlagen (speziell auch beim Einsatz von Hüttensandbindemitteln) die sorgfältige Nachbehandlung des Betons besonders wichtig. Mit der Nachbehandlung muss sofort nach dem Ausschalen begonnen werden. Auf waagrechte Flächen wie Bodenplatten, Baubalken, Decken, usw. ist sofort nach Einbringen des Betons und Abziehen der Betonoberfläche ein Nachbehandlungsmittel aufzubringen. Geschalte Oberflächen sind ebenfalls innerhalb kürzester Zeit (spätestens 1-2 Stunden) nach Entfernung der Schalung mit einem Nachbehandlungsmittel zu versehen. Für den Gasraum im Fermenter wird empfohlen als Nachbehandlungsmittel Epoxidharz (z.b. EP 70) einzusetzen. Auf alle anderen Bauteile ist ein hochwertiges Nachbehandlungsmittel mit erhöhtem Sperrkoeffizienten gemäß RVS /2 in einer Menge von mind. 200g/m² aufzubringen

14 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN 4.3. Die gebräuchlichsten Anlagensysteme Herzstück jeder Biogasanlage ist der Fermenter. Die Bauart des Fermenters gibt der Biogasanlage ihren Namen. Der Vollständigkeit halber sei hier auf das breite Spektrum der Fermentertypen und Gärsysteme hingewiesen. Nicht alle vorhandenen Fermentertypen haben sich im Dauerbetrieb bewährt, sie sind deshalb auch nicht in der Praxis relevant. Man könnte Biogasanlagen auch nach den Betreiberformen (Beteiligungsverhältnisse) in Einzelanlagen, Gemeinschaftsanlagen oder kommunale / industrielle Großanlagen unterteilen. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal von Biogasanlagen ist die Herkunft oder die Art der eingesetzten Substrate. Prinzipiell könnte man sie in landwirtschaftliche Biogasanlagen oder Kofermentationsanlagen unterteilen. Die markantesten Unterscheidungsmerkmale ergeben sich bei den technischen Systemen, weshalb hier die Unterteilung nach der Anlagentechnik gewählt wird. Grundsätzlich kann man Biogasanlagen durch den Trockensubstanzgehalt der eingesetzten Biomasse unterscheiden. Man unterscheidet primär zwischen einer Nassfermentation (Trockensubstanzgehalt < 15%) und Trockenfermentation (Trockensubstanzgehalt %). Rohstoffe Trockenfermentation Nassfermentation ANACON Rührkesselfermenter Garagensystem Pfropfenströmfermenter Schlauchsystem Zwei-Kammersystem diverse sonstige Bei der Nassfermentation werden oft auch die Begriffe kontinuierliche und diskontinuierliche Verfahren verwendet. Die Nassfermentation ist in Europa das gebräuchlichste Verfahren der Biogasanlagen basierend auf der Fermentation von pumpfähigen Ausgangssubstraten (Trockensubstanzgehalt < 15 %). Diese Typen werden wiederum nach der Bauart wie folgt unterschieden: 4.3.

15 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN Rührkesselfermenter Diese Typen erhalten ihren Namen durch das notwendige Vorhandensein von Rührwerken im Fermenterraum, um eine ständige Durchmischung der Substrate gewährleisten zu können. Im Bereich der Biogastechnik für die Landwirtschaft werden stehende zylindrische Bauformen gewählt und eingesetzt. Viereckige und mehreckige Bauformen haben sich nicht bewährt. Sonderbauformen, wie z. B. die Eiform oder den Zylinder mit kegeligem Abschluss unten wie oben, findet man eher bei Kläranlagen, wo sie als Faultürme eingesetzt werden. Heute ist man in der Lage, Fermentervolumina von bis zu m 3 (und in Sonderfällen noch mehr) zu bauen und sicher zu betreiben. Die Fermenter werden meist im mesophilen (35 C - 38 C) oder thermophilen (55 C - 60 C) Bereich betrieben. Das setzt natürlich ein funktionstüchtiges Heizungssystem im Fermenter voraus. Auch durch die mehrmalige Durchmischung des Substrates im Fermenter wird man den Milieuansprüchen der einzelnen Bakteriengruppen (Hydrolyse bzw. Methanogenese) nicht wirklich gerecht. Diese suboptimalen Bedingungen werden in der Praxis aber durch relativ lange Verweilzeiten wieder wettgemacht. Durch die längeren Verweilzeiten kommt es zu einem gewissen Verdünnungseffekt des Substrates im Fermenter. Außerdem ist man in der Praxis der Ansicht, dass die einzelnen Stoffgruppen des zugeführten Substrats immer unterschiedlich lange Abbauzeiten aufweisen, wodurch eine genaue Trennung zwischen Hydrolyse und Methanbildung ohnehin nicht vorgenommen werden kann. Im Bereich der Rührkesselfermenter-Systeme werden in der Praxis unterschiedliche Typen eingesetzt Speicherdurchflusssystem auf Basis gasdichtes Güllelager Bei der Speicher-Biogasanlage wird ein Standard-Betongüllelager errichtet aus Beton in Schalungsbauweise zur Biogasanlage ausgebaut. Lagerung und Fermentation erfolgen in einem Behälter. Speicherdurchflusssystem mit Endlager und Gasspeicher Quelle: LEA-Oststeiermark Die Beschickung erfolgt kontinuierlich. Der Vorteil liegt in den relativ kleinen, kompakten Anlagengrößen. Neuerdings integriert man in diesem System auch noch den Biogasspeicher

16 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN Speicherdurchflusssystem mit Nachfermenter Dieser Typ ist in der Praxis sehr beliebt und am weitesten verbreitet. Fermenter und Nachfermenter bilden eine Einheit und können als geschlossenes System bezeichnet werden. Stall Vorgrube Anlieferung und Aufbereitung Ausbringung Speicherdurchflusssystem mit Nachfermenter Pump- Station Fermenter Nachfermenter (Quelle: Arge Biogas / BOKU) Energieverwertung Blockheizkraftwerk Biogaslager Bei diesem System wird der Fermenter (gleich wie beim gasdichten Güllelager) im Regelfall aus Beton in Schalungsbauweise errichtet. Neuerdings werden aber immer öfter auch Stahlbehälter als Fermenter eingesetzt. Auch der Nachfermenter wird fast immer aus Beton errichtet, kann aber auch in Stahlbauweise ausgeführt werden. Speicherdurchflusssystem mit Nachfermenter (Quelle: Schmack Biogas AG)

17 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN Pfropfenströmfermenter In der Praxis besser bekannt als Rohrfermenter. Obwohl diese Anlage auch über ein spezielles Rührwerk verfügt, wird durch dieses nicht eine gleichförmige Durchmischung erreicht, sondern das Durchströmen des Substrats in Pfropfenform erzwungen. Herzstück des Rohrfermenters ist das axial angeordnete Haspelrührwerk. Diese Rührwerkanordnung gibt auch die Substratfließrichtung vor. In der Praxis herrschen unterschiedliche Meinungen über die optimale Drehzahl des Rührwerks. Es kann jedoch von einer Durchschnittsgeschwindigkeit von einer Umdrehung bis vier Umdrehungen in der Minute ausgegangen werden. Die Arme des Haspelrührwerks sollen so angeordnet sein, dass sie mindestens 95 % des Gärraums bestreichen. Die Armstellung des Rührwerks kann von Fall zu Fall verschieden sein. Der Rühreffekt des Haspelrührwerks ist von besonderer Wichtigkeit, damit die Mixer Güllezufluss Gülle Pumpe Gülle, frisch Einlauf Heizwasser Vorlauf Gasentnahme Wärmetauscher Gülle vergoren Auslauf Rührpaddel Heizwasser Rücklauf Rohrfermenter Durchflussanlage mit liegendem Stahltank (Pfropfenstromfermenter) und Güllevorgrube (auch für Festmist geeignet). Quelle: Biogasbroschüre LEA-Oststeiermark Erzeugung kleinräumiger Strömungsturbulenzen gewährleistet ist. Durch genau festgelegte Einschaltintervalle (viertel- oder halbstündig sind die Regel) werden diese Strömungsturbulenzen verstärkt. Dadurch können sowohl die Schwimmschichten als auch Sinkschichten effizient verhindert werden. Die Heizung ist beim Pfropfenströmfermenter entweder im Rührwerk mit eingebaut, oder, wenn der Fermenter als Doppelmantel ausgeführt ist, in diesem integriert. Beide Varianten haben Vor- und Nachteile, die von Fall zu Fall abzuwägen sind. Dieser kontinuierlich betriebene Fermenter zeichnet sich durch eine sehr große Einsatzvariabilität aus. Gewöhnlich wird in der Praxis die liegende, manchmal auch leicht geneigte, röhrenförmige Bauform in Stahl- oder in Betonausführung gewählt. In der Stahlbauweise werden vor allem aus wirtschaftlichen Gründen fast immer Fermentergrößen zwischen 50 m 3 und 150 m 3 installiert. Aus Beton gefertigte Fermenter können jedoch viel größer gebaut werden. Im Gegensatz zu den Rührkesselfermentern verringert sich beim Pfropfenströmfermenter mit zunehmendem Substratfeststoffgehalt die Durchmischung des gesamten Fermenterinhaltes. Angestrebt wird daher ein pfropfenförmiges Durchwandern des Gärsubstrates, das eine Längsdurchmischung nicht zulässt. Der Vorschub, das heißt die Menge und Geschwindigkeit der Durchwanderung des Fermenters wird durch die Rohrfermenter (Quelle: Schmack Biogas AG) Beschickungspumpe bestimmt. Die relative Geschwindigkeit der Entmischung steigt mit abnehmendem Feststoffgehalt. Das lässt folgende Schlussfolgerung zu: Für die Behandlung dünnflüssiger Substrate und organisch belasteter Abwässer eignet sich der Pfropfenströmfermenter äußerst schlecht

18 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN Zwei-Kammersystem Das Zweikammersystem ist eine österreichische Erfindung und besticht durch die pneumatische Rührtechnik, die mit Gasdruck erfolgt. Ein mechanisches Rührwerk ist nicht mehr notwendig. Die Größe des Fermenters ist variabel und richtet sich nach der Substratmenge, die verarbeitet wird. Gasdom mit autom. Mischklappe maximaler Schlammspiegel Zwischendecke minimaler Schlammspiegel Frischsubstrat Hauptgärkammer Ablaufschacht Nachgärkammer Ablaufleitung Mischschacht Beschickungsleitung Zentralrohr Zwei- kammer- System (Quelle: ENTEC) Mischflügel Grundschlammabzug Der Fermenter ist in getrennte Funktionsräume unterteilt. Die tiefer liegende Hauptgärkammer ist mit dem darüber liegenden Nachgärraum durch kommunizierende Schächte verbunden. In Deckennähe sind diese Funktionsräume mit einer Gasleitung verbunden. Aus der Nachgärkammer wird das produzierte Gas über eine weitere Leitung dem Gaslager und anschließend der Verwertung zugeführt. Durch die Verriegelung des Gasabganges aus der Hauptgärkammer verdichtet sich das freiwerdende Gas und drückt dabei den Spiegel des Substrats nach unten. Das dadurch verdrängte Substrat wird in die darüberliegende Nachgärkammer gedrückt. Dort kann die aktive Biomasse sedimentieren und wird beim anschließenden Mischvorgang in die Hauptgärkammer zurückgespült. Dadurch kommt es zu einer Anreicherung der Biomasse im Fermenter, was eine höhere Abbauleistung bewirkt. Nach Erreichen der gewünschten Mischmenge wird der Gasüberdruck (durch automatisches Öffnen der Verbindungsleitung) in die Nachgärkammer abgelassen, und das nach oben geförderte Substrat kann kurzfristig in die Hauptgärkammer zurückfließen. Substratteile mit starkem Auftrieb werden dabei gegen die Zwischendecke gepresst, aufgerissen und neu eingemischt, wodurch eine immer wiederkehrende Durchfeuchtung erfolgt. Sandige Ablagerungen, wie zum Beispiel Muschelgrit bei der Hühnerhaltung, werden über den Grundschlammabzug entfernt

19 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN Vereinfachter Systemvergleich Systemvergleiche sind immer schwierig, weil im Regelfall die Randbedingungen sehr unterschiedlich sind. Wo liegen die Stärken, wo liegen die Schwächen der gängigsten Systeme? Zweikammersystem (ZS) Pfropfströmfermenter (PF) Speicherdurchflusssystem mit Nachfermenter (TMR) Substrat monovalent: ZS PF TMR Rindergülle Schweinegülle Hühnergülle Festmist dünnflüssig dickflüssig dünnflüssig dickflüssig dünnflüssig dickflüssig Substrat- Mischungen: Panseninhalt Fette und Öle Flotatschlamm + 30% Fett Flotatschlamm + 10% Fett Gemüseabfälle (trocken) Gemüseabfälle (nass) Speiseabfälle (trocken) Speiseabfälle (nass) Energiepflanzensilage (+ 30% mit Rinder-, Schweine- und Hühnergülle (> 4% Trockensubstanz [TS] und < 10% TS) ZS Legende: Eignet sich sehr gut, gut, mäßig PF TMR

20 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN 4.4. Nutzungsmöglichkeiten von Biogas Zur Nutzung von anaerob erzeugtem Biogas stehen eine Reihe technischer Lösungen zur Auswahl. Verwertung von Biogas Wärmeerzeugung Kraft-Wärme-Kopplung Methanaufbereitung Nebenprodukt Wärme Elektrischer Strom Treibstoff Einspeisung Erdgasnetz CO 2 -Nutzung Gasverbrennung (Wärmeerzeugung) Jahrzehntelang war die Wärmegewinnung aus Biogas nahezu der einzige technisch machbare Weg der Biogasverwertung. In letzter Zeit wurde diese Möglichkeit der Biogasverwertung sukzessive durch die Kraft-Wärme-Kopplung verdrängt. Die Nutzung von Biogas zur reinen Wärmeerzeugung über Gasverbrennung ist eine ökonomisch interessante Variante, da alle anderen Arten der Biogasverwertung sowohl in der Bereitstellung des technischen Equipments als auch bezüglich der laufenden Betriebskosten erheblich teurer sind. Es ist nicht sinnvoll, Biogas über lange Zeiträume zu speichern. Biogas eignet sich jedoch exzellent zur Abdeckung der anfallenden Tagesspitzen, und auch eine gewisse Grundlast kann abgedeckt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Biogasnutzung besteht im Betrieb eines Biogasleitungssystems zu einzelnen Verbrauchern. Auf Grund technischer Probleme bei sehr kleinen Gasbrennern durch z. B. schwankende Biogaszusammensetzung wird diese Möglichkeit jedoch derzeit kaum realisiert. Wird Biogas einer Wärmenutzung zugeführt, benötigt man dafür spezielle Gasbrenner (Biogasbrenner ohne Gebläse, Biogasbrenner mit Gebläse). Der Einsatzbereich hängt primär von der erforderlichen Leistungsgröße ab, grundsätzlich werden sämtliche Gebläsetypen hauptsächlich in Kombination mit Erdgas angewandt. Prinzipiell können die Typen aber auch mit Biogas betrieben werden. Derzeit werden Gasbrenner in Biogasanlagen vorrangig als Sicherheitsaggregat eingesetzt, um einen eventuellen Stillstand des BHKWs (BHKW = Blockheizkraftwerk) zu kompensieren und so eine Wärmversorgung sicherzustellen

21 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Stromerzeugung mit dem Nebenprodukt Wärme. Oft wird in diesem Zusammenhang auch der Begriff Blockheizkraftwerk (BHKW) verwendet. In dieser Energiezentrale wird das Biogas in einem Verbrennungsmotor in nutzbare Energieformen umgewandelt. Um eine moderne Biogasanlage wirtschaftlich betreiben zu können, ist eine gut funktionierende Wärmenutzung, idealerweise ganzjährig, von besonderer Wichtigkeit. Für die Verstromung des Biogases mit Abwärmenutzung kommen je nach Anlagengröße unterschiedliche Motorbauarten und Verbrennungsverfahren (Benzin-, Diesel- oder Zündstrahlmotor) zur Anwendung, welche sich im Wirkungsgrad, in der Lebensdauer und in den Investitionskosten deutlich unterscheiden. Generator Biogas Sehen Sie das Schema in der nebenstehenden Grafik: Zur Nutzung der Motorabwärme dient in der Regel das Kühlwasser wie auch das heiße Abgas. Der Verbrennungsmotor setzt einen angeschlossenen Generator in Bewegung, welcher für die Stromerzeugung sorgt. Für die Stromerzeugung werden vorwiegend Asynchrongeneratoren eingesetzt, die sich durch eine robuste Bauweise auszeichnen. Im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung kann zurzeit die größte Effizienz bei der Energieumwandlung von Biogas erzielt werden. Der Gesamtwirkungsgrad (η ges ) liegt bei circa 85-90% der eingesetzten Energie. Im Bild unten ist die derzeit gebräuchlichste Anwendungsart, ein spezieller Gasmotor, zu sehen. Der Einsatz verschiedener Technologien (Benzin-Otto-Motoren, spezielle Gasmotoren oder Zündstrahlmotoren) hängt von verschiedenen Einflussfaktoren ab. Im sehr kleinen Leistungsbereich (< 50 kw) werden primär umgerüstete Benzin-Otto-Motoren angewendet. In größeren Leistungsbereichen kommen teilweise Zündstrahlmotoren und spezielle Gasmotoren zur Anwendung. Im Leistungsbereich > 250 kw werden vorrangig spezielle Gasmotoren eingesetzt. Motor Kühlwasserkreis Abgas Verbraucher WWHeizung KWK schematisch Blockheizkraftwerk (BHKW) (Quelle: LEA Oststeiermark)

22 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN Brennstoffzelle Brennstoffzellen produzieren aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff elektrischen Strom und Wärme. Als Reaktionsprodukt der elektrochemischen Reaktion entsteht nur Wasserdampf. Allerdings muss der Wasserstoff erst bereitgestellt werden, gegenwärtig werden hierzu großteils fossile Brennstoffe (Erdgas und Methanol) oder alternativ anaerob erzeugtes Biogas eingesetzt. Es gibt mehrere Typen von Brennstoffzellen, die nach der Betriebstemperatur und der Art der Membran unterschieden werden. Die elektrische Leistung variiert von 1 kw el. bis 250 kw el. im stationären Bereich. Derzeit werden Brennstoffzellen hauptsächlich mit fossilem Erdgas betrieben, einige Forschungsaufträge beschäftigen sich auch mit der Verwendung von gereinigtem Biogas. Eingesetzt werden Brennstoffzellen in Bereichen, in denen ein hoher elektrischer / mechanischer Wirkungsgrad erwünscht ist (Stromerzeugung, Fahrzeugantrieb). Quelle: TU Graz / IWT Mikrogasturbine Bei Mikrogasturbinen handelt es sich um kleine, schnelllaufende Gasturbinen mit niedrigen Brennkammerdrücken und Temperaturen. Sie haben sich aus der Turboladertechnologie und aus den Hilfsantrieben in der Flugzeugindustrie entwickelt und werden vor allem als Kraft-Wärme- Kopplungs-Anlagen in der dezentralen Energieversorgung im Leistungsbereich unter 200 kw el verwendet. Mikrogasturbinen zeichnen sich durch sehr niedrige Emissionen, geringe Geräuschentwicklung und sehr niedrige Wartungskosten aus. Als Brennstoffe sind Erdgas, Biogas, Flüssiggas, Fackelgase und Heizöl möglich. Für den Einsatz von Biogas werden von der Firma Pro 2 Anlagentechnik GmbH eine Gasturbine mit 95 kw el und von der Firma Gas Energietechnologie GmbH eine Gasturbine mit 28 kw el angeboten. Quelle: TU Graz / IWT Gasturbine 1. Generator 2. Lufteintritt 3. Verdichter 4. Verbrennungsluft zum Rekuperator 5. Brennkammer 6. Turbine 7. Rekuperator 8. Abgas 9. Abgaswärmetauscher 10. Abgasaustritt 11. Heizwasseraustritt 12. Wassereintritt rechts im Schnitt, links schematisch

23 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN Weitere Nutzungsmöglichkeiten Neben der reinen Wärme- und Stromerzeugung kann das erzeugte Biogas alternativ auch noch anderen Verwendungen zugeführt werden Einspeisung Erdgasnetz Bei der Einspeisung von Biogas in das öffentliche Erdgasnetz bestehen seitens der Erdgasnetzbetreiber Bedenken bezüglich der Qualität und der Inhaltsstoffe des Biogases bzw. stellt die schwankende Qualität des Biogases ein gewisses technisches Problem dar. Die Reinigung des Gases ist derzeit die größte technische Hürde für die Einspeisung von Biogas in das Gasnetz. Einige Forschungsarbeiten (z.b. an der TU Wien) sind diesbezüglich in Umsetzung, an weiteren Forschungsprojekten wird europaweit gearbeitet. Durch die laufende Liberalisierung des österreichischen Gasmarktes und das daraus resultierende Gaseinspeisegesetz sind die legistischen und ökonomischen Rahmenbedingen vorgegeben. Die Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz und eine gemeinsame Verbrennung / Verwertung in Großanlagen ermöglicht eine effizientere Ausnutzung von Biogas in Groß-KWK-Anlagen, hohe elektrische Wirkungsgrade (> 50%) sind möglich Treibstoffnutzung Grundsätzlich eignet sich Biogas vorzüglich als Treibstoff für Motoren mit Fremdzündung, ohne dass wesentliche technische Umbauten am Motor vorgenommen werden müssen. Bei anderen Motoren (Dieselmotoren) oder chemoelektrischen Anlagen (z.b. Brennstoffzellen) sind technische Umrüstungen bzw. Vorrichtungen notwendig. Die Verwendung des Gases als Treibstoff scheint zurzeit ökonomisch allerdings nicht sinnvoll, da Biogas wegen seiner geringen Energiedichte in größeren Mengen nur in Hochdruckbehältern mitgeführt werden kann. Entsprechende Pilotanlagen, an denen die Technik und die Ökonomie optimiert und entwickelt werden, fehlen derzeit in Österreich. Interessant scheint auch im Bereich Biogas-Treibstoff der Zwischenschritt Biogas / Methanolerzeugung. Methanol ist leicht speicherbar, nicht gefährlicher als Benzin oder Diesel und im Motorenbereich nahezu universal einsetzbar CO 2 -Erzeugung Zahlreiche Firmen und Forschungsinstitutionen vor allem aus Deutschland sind mit der Forschung zur Entwicklung von Systemen beschäftigt, welche die Erzeugung von hochreinem Methan und reinem CO 2 zum Ziel haben. Gereinigtes CO 2 kann in landwirtschaftlichen Silos oder in Treibhäusern verwendet werden und gegebenenfalls fossiles CO 2 ersetzen. CO 2 als Dünger eingesetzt ermöglicht einen um ca. 20 % höheren Ertrag und eine entsprechend kürzere Vegetationszeit bei Pflanzen. Bei entsprechend hoher Reinheit könnte CO 2 in chemische Produkte wie z.b. Polykarbonat- Produkte umgewandelt werden. Pelletierung von Trockeneis und oberflächenschonendes Sandstrahlen mit CO 2 sind zusätzliche Anwendungsfelder

24 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN 4.5. Gefahren bei Biogasanlagen Unsachgemäßer Umgang bei der Errichtung und im Betrieb von Biogasanlagen kann eine Reihe von möglichen Gefahren für Mensch, Tier und Umwelt nach sich ziehen. Diese Gefahren, wie im folgenden aufgelistet, gilt es durch geeignete Vorkehrungen und Maßnahmen zu vermeiden. Im Zuge des Genehmigunsgverfahrens einer Biogasanlage wird von den Behörden besonders auf diese Gefahren und deren Vermeidung geachtet. Explosion Brand mechanische Gefährdung z.b. in Folge von Einfrieren, Kondensatbildung, Korrosion, Verstopfen von Leitungen Absturzgefahr elektrische Gefährdung Blitzschlag thermische Gefährdung Gefährdung durch Lärm Gefährdung durch Ersticken oder Vergiften Infektionsgefahr, Gesundheitsgefährdung durch Kofermentationsstoffe Gefährdung durch Schadstoffemissionen in Luft und Grund- und Oberflächenwasser Schadstofffreisetzung bei der Abfallentsorgung Hochwasser 4.5.

25 Explosionsschutzdokument für Biogasanlagen 4. TECHNIK UND B. O. VON BIOGASANLAGEN Die Richtlinie 1999/92/EG des Europäischen Parlamentes und Rates enthält Mindestvorschriften zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer, die durch explosionsfähige Atmosphären gefährdet werden können. Die Umsetzung in Österreich erfolgte durch die Verordnung explosionsfähige Atmosphären VEXAT BGBl. II Nr. 309/2004. Für bereits bei In-Kraft-Treten der VEXAT ( ) bestehende Arbeitsstätten, Baustellen und auswärtige Arbeitsstellen müssen die Explosionsschutzanpassungen nach VEXAT ab 1. Juli 2006 erfüllt sein, das bedeut, dass auch ein Explosionsschutzdokument vorhanden sein muss.der 5 der VEXAT legt fest, dass Arbeitgeber/innen auf Grundlage der Ermittlung und Beurteilung ein Explosionsschutzdo kument erstellen und auf dem letzten Stand halten müssen. Das Explosionsschutzdokument ist vor Aufnahme der Arbeit zu erstellen. Das Explosionsschutzdokument muss jedenfalls Angaben enthalten über: 1. die festgestellten Explosionsgefahren, insbesondere bei a. Normalbetrieb b. vorhersehbaren Störungen, Instandhaltung, Reinigung, Prüfung und Störungsbehebung, c. folgenden Tätigkeiten: Befahren (Inspektion) und Arbeiten (wie Instandhaltung, Reinigung, Prüfung und Störungsbehebung) in oder an Betriebseinrichtungen (wie Behältern, Silos, Rohrleitungen, Schächten oder Gruben), die brennbare Arbeitsstoffe enthalten, enthalten haben oder in denen sich explosionsfähige Atmosphären ansammeln können, Arbeiten, für deren Dauer eine temporäre Zoneneinstufung oder -umstufung erfolgen muss; 2. die zur Gefahrenvermeidung durchzuführenden primären, sekundären und konstruktiven Explosio nsschutzmaßnahmen, einschließlich Maßnahmen und Vorkehrungen für vorhersehbare Störungen, Instandhaltung, Reinigung, Prüfung und Störungsbehebung; 3. die örtliche Festlegung der explosionsgefährdeten Bereiche und deren Einstufung in Zonen; 4. die Eignung der in den jeweiligen explosionsgefährdeten Bereichen verwendeten Arbeitsmittel, elektrischen Anlagen, Arbeitskleidung und persönlichen Schutzausrüstung sowie über Sicherheits-, Kontroll- und Regelvorrichtungen außerhalb von explosionsgefährdeten Bereichen, die für den sicheren Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen erforderlich sind oder dazu beitragen; 5. Umfang und Ergebnisse von Prüfungen und Messungen in Zusammenhang mit explosionsgefährdeten Bereichen; 6. die im Fall von Warn- oder Alarmbedingungen zur Explosionsvermeidung erforderlichen technischen und organisatorischen Vorkehrungen und durchzuführenden Maßnahmen; 7. folgende Tätigkeiten: o Befahren (Inspektion) und Arbeiten (wie Instandhaltung, Reinigung, Prüfung und Störungsbehebung) in oder an Betriebseinrichtungen (wie Behältern, Silos, Rohrleitungen, Schächten 4.5.1

26 4. TECHNIK UND B. O. VON BIOGASANLAGEN o oder Gruben), die brennbare Arbeitsstoffe enthalten, enthalten haben oder in denen sich explosionsfähige Atmosphären ansammeln können, Arbeiten, für deren Dauer eine temporäre Zoneneinstufung oder -umstufung erfolgen muss; 8. Angaben über Ziel, Maßnahmen und Modalitäten der Koordination, wenn in der Arbeitsstätte auch betriebsfremde Arbeitnehmer/innen beschäftigt werden. Hilfen für die Erstellung des Explosionsschutzdokumentes z.b.: Leitfaden der Europäischen Kommission für die Durchführung der Richtlinie 1999/92/EG Nicht verbindlicher Leitfaden für bewährte Verfahren im Hinblick auf die Durchführung der Richtlinie 1999/92/EG über Mindestvorschriften zu Verbesserung des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer, die durch explosionsfähige Atmosphären gefährdet werden können. Mitteilung der Kommission vom Für die leichtere Umsetzung des Leitfadeninhaltes sind im Anhang Musterformulare und Checklisten enthalten, z.b. auch eine Checkliste Vollständigkeit des Explosionsschutzdokuments ( Explosionsschutz-Stand der Technik für Biogasanlagen Erlass des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit, Sektion Arbeitsrecht und Arbeitsinspektion betreffend: Explosionsschutz - Stand der Technik vom Geschäftszahl: BMWA /0001-III/2/2005. Dieser Erlass regelt die Konkretisierung von Arbeitnehmerschutzvorschriften zum Schutz vor explosionsfähigen Atmosphären. Für Biogasanlagen wird als Stand der Technik die Technische Grundlage für die Beurteilung von Biogasanlagen angeführt ( Musterformular für ein Explosionsschutzdokument gemäß VEXAT Leerformular für ein Explosionsschutzdokument gemäß 5 VEXAT ( Muster eines Explosionsschutzdokumentes für Biogasanlagen entsprechend den deutschen Vorschriften Von der Bezirksregierung Münster und den Staatlichen Ämtern für Arbeitsschutz Coesfeld und Recklinghausen wurde in Zusammenarbeit der landwirtschaftlichen Berufsgenossenschaft und der Firma Plan ET, Vreden ein Muster-Explosionsschutzdokument für Biogasanlagen erarbeitet ( arbeitsschutz.nrw.de/inga/inga/themen/operative_ebene_02_betriebssicherheitsverordnung/). Beider Verwendung dieses Musters sind die deutschen Vorschriften und Regelwerke durch österreichische zu ersetzen

27 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN 4.6. Biogaspotenziale Biogaspotenzial in Österreich Dargestellt wird das technisch (kurzfristig) verfügbare Rohstoffpotenzial für die Biogasfermentation. Übersicht des technisch nutzbaren Rohstoffpotenzials in Österreich Theoretisch nutzbare Mengen (Mg/a) Anteil der Rohstoffmengen in Prozent Gesamt Nettoenergie (MWh/a) Anteil der Nettoenergie in Prozent Landwirtschaft (Tierhaltung) Abwasser (Industrie, Kommunen, Haushalte) 18, , ,1 24,6 2, Biomüllabfälle Schlachtabfälle Stärkeindustrie Stilllegungsflächen Gesamt , , ,0 0,6 0,1 14, , , Quelle: Amon, Stilllegungsflächen Agrar Markt Austria 2002 (BOKU Wien 1997). In Summe stehen jährlich bundesweit mindestens 30 Mio. Mg Tonnen) biogene Rohstoffe zur Verfügung. Der weitaus größte Anteil entfällt dabei auf landwirtschaftlichen Dünger in Form von Festmist, Gülle und Jauche und auf die Energiepflanzen. Der verbleibende Anteil entfällt auf fer- Foto: Schmack, Biogas AG 4.6.1

28 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN Biogaspotenzial Österreich Nettoenergie (MWh/a) Landwirtschaft (Tierhaltung); 2, Stilllegungsflächen 2, Abwässer (Industrie, Kommunen, Haushalte); Stärkeindustrie; Schlachtabfälle; Biomüllabfälle; Quelle: Amon, Stilllegungsflächen Agrar Markt Austria 2002 (BOKU Wien 1997). mentierbare außerlandwirtschaftliche organische Reststoffe. Innerhalb der letzteren Kategorie haben Fäkalien aus Klärgruben und Klärschlamm aus kommunalen, gewerblichen und industriellen Kläranlagen den größten Anteil (7,6 Mio. Tonnen). Die verbleibenden Kategorien sind aus dieser Perspektive, nämlich bundesweit, von untergeordneter Bedeutung. Durch Fermentation der oben angeführten technisch nutzbaren Rohstoffmengen lassen sich die angeführten Mengen an Energie gewinnen. Von den GWh/a, die aus den rein technisch verfügbaren Rohstoffmengen produziert werden können, entfallen ca. 59 % auf die landwirtschaftlichen Dünger, sprich: auf die Tierhaltung. Weiters werden 24 % von den Rohstoffmengen durch die Abwasserreinigung eingebracht und 14 % aus dem Energiepflanzenpotenzial, das auf den Stilllegungsflächen produziert wird. Die Berechnungen von Amon ergeben, dass zur vollständigen Nutzung der vorhandenen Dünger (Gülle) und Abfallmengen österreichweit je nach zugrunde gelegter mittlerer Anlagengröße bis zu Biogasanlagen nötig wären, um das vorhandene Potenzial nutzen zu können

29 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN Energiepotenzial in der Steiermark Generell wurde das kurzfristig verfügbare Mengenpotenzial für die Biogaserzeugung abgeschätzt, welches in real produzierbare Energiemengen umgerechnet wurde. Nutzbares Energiepotenzial für die Steiermark Wärme (MWh/a) Strom (MWh/a) Gesamtenergie (MWh/a) Viehhaltung Schlachtung Kläranlagen Biomüll Stilllegungsflächen Gesamt Biogaspotenzial Steiermark Nettoenergie (MWh/a) Stillegungsflächen; Landwirtschaft (Tierhaltung); Biomüll; Schlachtabfälle; Abwasser (Kläranlagen); Quelle: LEA-Oststeiermark

30 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN 4.7. Vor- und Nachteile von Biogas Vorteile 1.) Biogasgülle hat eine bessere Düngewirkung als unfermentierte Gülle, da sich durch die Mineralisierung das C/N-Verhältnis einengt und die Gülle pflanzenverträglicher wird. Sie lässt sich dann sogar als Kopfdünger während der Wachstumsphase einsetzen. Mit dem Betreiben einer Biogasanlage erhält man bodenerhaltenden und hochwertigen Dünger, der fortwährend gewonnen und eingesetzt werden kann. Im Unterschied zur nicht fermentierten Gülle schont die Biogasgülle das Bodenlebewesen wie z.b. den Regenwurm, der wiederum den Humusaufbau positiv beeinflusst. Eine Bodenverbesserung ist aus Erfahrung schon nach kurzer Zeit (drei bis vier Jahre) erreichbar. Dies bedeutet also eine Verbesserung der Humuszone, sodass bei lang andauernder Trockenheit diese Böden nur oberflächlich abtrocknen, keine nennenswerte Klissenbildung entsteht (Klissen sind kleine Risse im Boden) und dadurch die Bodenfeuchte im Untergrund wesentlich länger erhalten bleibt. Die negative Beeinflussung der Bodenlebewesen durch teuren Handelsdünger wird somit unterbunden. 2.) Statt organische Reststoffe nur zu entsorgen, werden Energie erzeugt und Nährstoffe genutzt. Damit trägt die Biogastechnik dem Gedanken der umweltgerechten Kreislaufwirtschaft und der dezentralen Abfallverwertung Rechnung. Landwirte, die unter Einhaltung entsprechender Auflagen z.b. organische Abfälle von Kommunen mitverwerten, erhalten dadurch eine neue siedlungspolitische Funktion. Aufgrund der Erzeugung des regenerativen Energieträgers Biogas bei der Zersetzung organischen Materials tragen Biogasanlagen zur konsequenten Ressourcenschonung bei. Durch den Einsatz von Biogasgülle entsteht eine Bodenverbesserung, langfristiger wird Gewässerschutz sichergestellt und auch eventuellem Hochwasser vorgebeugt. 3.) Zusätzlich dient Biogas der Unterstützung des Klimaschutzziels, den Anteil erneuerbarer Energien bis zum Jahr 2010 mindestens zu verdoppeln und durch den Bau einer Biogasanlage die Weiterentwicklung und Verbreitung einer umweltverträglichen Technologie zu fördern. Dieses Argument sollte von Landwirten, Politikern, Raumplanern und sonstigen Behörden, die sich mit dieser Thematik auseinandersetzen, immer wieder in Diskussionen eingebracht werden. Der wesentliche Umweltvorteil der Biogastechnologie liegt in der Verminderung treibhauswirksamer Emissionen, v. a. Methan (CH 4 ), Lachgas (NO 2 ) und Kohlenstoffdioxid (CO 2 ). Freigesetzt wird an CO 2 nur die Menge, die vorher bereits durch die Pflanzen gebunden wurde, und das ca. 30 mal wirksamere Methan wird nicht mehr unkontrolliert in die Atmosphäre freigegeben. 4.) Die erzeugte Energie kann zur Deckung des Wärmebedarfs der Gebäudeheizung und zur Brauchwassererwärmung genutzt werden. Ein zusätzliches lukratives Argument ist, dass die Erzeugung elektrischer Energie über einen erhöhten Einspeisetarif gefördert wird, und die Komponenten, die für die Wärmeverteilung von thermischer Energie benötigt werden, laut aktuellen Förderrichtlinien mit 30 % gefördert werden

31 4. TECHNIK UND B.O. VON BIOGASANLAGEN 5.) Zudem werden Arbeitsplätze in der Landwirtschaft gesichert, erhalten, und teilweise neu formiert. Mit einem Konzept für ein gutes und funktionierendes Düngemanagement können Landwirte effizient, zeitsparend und somit auch wirtschaftlicher arbeiten. Ein neuer wirtschaftlicher Zweig für die Landwirtschaft könnte künftig der Verkauf von Dünger bzw. das Anbieten guten Düngemanagements sein. Landwirte könnten somit vom Energieproduzenten zum Düngerproduzenten werden (zusätzliches Image: regionaler Dünger mit Qualität). Daraus könnte sich eine enge Kooperation zwischen Landwirtschaftsbetrieben, Kommunen sowie Gewerbe / Industrie ergeben. 6.) Es können mit dem Formieren von Güllegemeinschaften die Maschinenkosten niedrig gehalten und eine effiziente Auslastung der Maschinen erreicht werden. Durch KWK (Kraft-Wärme- Kopplung) erfolgt die Erzeugung von thermischer und elektrischer Energie, was speziell für den Anlagenbetreiber ein gesichertes Einkommen darstellt. 7.) Der Fermentationsprozess reduziert die Anzahl pathogener Keime (vor allem von Coli-Bakterien und Salmonellen) und die Keimfähigkeit von Unkrautsamen. (Zu Hygienefragen bei der Vergärung gibt die FA19D Auskunft siehe Anhang Biogasansprechstellen Steiermark). Ein weiterer Vorteil ist die Einsparung von Industriedünger und Pflanzenschutzmitteln (Gewässerschutz). Biogasgülle kann effektiv Mineraldünger substituieren und Trinkwasser schonen. 8.) Der Güllewert verbessert sich durch die anaerobe Behandlung. Geruchs-Emissionen werden bis zu 80 % reduziert, da die geruchsintensiven Stoffe wie beispielsweise flüchtige Fettsäuren oder Phenole stark abgebaut werden. Die Pump- und Fließfähigkeit nimmt durch die Homogenisierung zu. Dadurch wird eine gleichmäßigere und bessere Verteilung bei der Ausbringung erzielt. 9.) Die doppelte Wertschöpfung auf Stilllegungsflächen kommt durch die energetische Nutzung der Flächen und durch den Erhalt der Stilllegungsflächenprämie (332 Euro [4.568,56 ATS]/ha) zustande. Es wurde ermöglicht, auf den Stilllegungsflächen Energiepflanzen (z.b. Mais, Raps usw.) anzubauen, diese laut der guten landwirtschaftlichen Praxis zu düngen und anschließend in die Biogasanlage einzubringen; zuvor sind die Pflanzen jedoch so zu behandeln, dass sie für den Verzehr (Mensch und Tier) nicht mehr geeignet sind (Vergällung). Grundsätzlich ist es möglich, dass jeder landwirtschaftliche Betrieb Flächen im Ausmaß von 10 % bis maximal 50 % seiner Landwirtschaftlichen Nutzfläche (LN) stilllegt, sie in die Biogasanlage einbringt und die Ausgleichszahlung dafür erhält. Zwingend vorgeschrieben ist es jedoch bei Normalerzeugern (mehr als 17,46 ha LN), 10 % still zu legen. Da sich die Richtlinien zur Förderung von Stilllegungsflächen oftmals ändern, wird hier an die Beratungsstellen der Landwirtschaftskammer verwiesen Nachteile höherer ph-wert des Fermentationsrückstandes; höhere Ammoniak-Flüchtigkeit, daher bodennahe Ausbringung (Schleppschlauch, Schleppschuh) erforderlich; Biogas in geschlossenen Behältern lagern