Witzenhausen-Institut Stand und Perspektiven der Bioabfallvergärung in Deutschland Thomas Raussen und Michael Kern 1. Anlagen Der Biogas-Atlas 2014/15 dokumentiert insgesamt 113 deutsche Anlagen mit mindestens 5.000 Mg/a Input an Bioabfällen gemäß BioAbfV. Gegenüber der letzten Ergebung vor drei Jahren erhöhte sich damit der Anlagenlagenbestand um rund ein Viertel. Allerdings wurden auch neun Anlagen herausgenommen, weil sie den Betrieb eingestellt haben oder in Kürze einstellen werden. Dies zeigt auch den enormen Wettbewerbsdruck, insbesondere im Bereich der Speiseabfälle und gewerblichen Abfälle. Anlagen, die vorwiegend (mehr als 50 %) Substrate der öffentlich-rechtlichen Entsorgungsträger (öre) verwerten, nämlich getrennt erfassten Bioabfall aus privaten Haushalten (AVV 20 03 01, nachfolgend als Biogut bezeichnet) und Garten- und Parkabfall (AVV 20 02 01, nachfolgend als Grüngut bezeichnet) stellen mittlerweile mit 75 Anlagen zwei Drittel des Anlagenparks (vgl. Abbildung 1). Abb. 1: Übersicht zum Bestand an deutschen Anlagen zur Bioabfallvergärung 19
Biogas-Atlas 2014/15 Die getrennte Analyse der Anlagen für gewerbliche Abfälle von solchen die überwiegend Biound Grüngut einsetzen, erscheint vor dem Hintergrund der eingesetzten Substrate (vgl. Abschnitt 2) und Techniken sinnvoll. Allerdings sind einige Anlagen sowohl technisch als auch genehmigungsrechtlich in der Lage, mehr oder weniger als 50 % an Bio- und Grüngut einzusetzen. Sie treffen ihre Entscheidungen in Abhängigkeit von der Marktsituation. Die hier vorgenommene Einteilung beruht auf den Betreiberangaben zu den eingesetzten Substraten im Jahr 2013, bzw. zum geplanten Einsatz bei solchen Anlagen, die noch nicht im Regelbetrieb waren. Insgesamt steht eine Vergärungskapazität für Bioabfälle von 3,8 Mio. Mg/a zur Verfügung, die sich gleichmäßig auf die beiden Anlagengruppen verteilt, wobei die Gesamtanlagenkapazität bei den integrierten Vergärungs- und Kompostierungsanlagen für Bio- und Grüngut höher liegt, weil viele Anlagen Teilströme des Inputs ohne Vergärung behandeln. Insgesamt 14 Anlagen speisen das erzeugte und aufbereitete Biogas in das Erdgasnetz ein, während die restlichen über 100 MW elektrische Leistung bereitstellen. Abb. 2: Zubau an Bioabfallvergärungsanlagen in Deutschland für gewerbliche Bioabfälle sowie für überwiegend Bio- und Grüngut 20
Witzenhausen-Institut Die Entwicklung des Anlagenbestands (siehe Abbildung 2) zeigt bei Anlagen für gewerbliche Bioabfälle ab Mitte der 1990er Jahre einen stetigen Anstieg mit einer raschen Entwicklung um die Jahre 2005/06, was u. a. mit dem in diesem Zeitraum in Kraft getretenen Verfütterungsverbot für verschiedene tierische Nebenprodukte zusammenhängen dürfte. Danach flacht die Kurve ab, was durch eine gewissen Sättigung am Substratmarkt verursacht wird. Ebenfalls ab Mitte der 1990er Jahre steigt die Anzahl der Vergärungsanlagen für Bio- und Grüngut stetig an, wobei ab 2009 eine steilere Entwicklung zu beobachten ist, die ihren Ursprung vor allem in den energie- und klimapolitischen Initiativen der Kommunen und den besonderen Reglungen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) für derartige Anlagen haben dürfte. Mit Ausnahme des Saarlandes und Bremens verfügen alle Bundesländer über derartige Vergärungsanlagen, wie Abbildung 3 verdeutlicht. Auch hier ist die Abgrenzung nicht immer ganz eindeutig. So betreibt beispielsweise die Stadtreinigung Hamburg ihre Vergärungsanlage für Biogut unmittelbar jenseits der Stadtgrenze auf dem Gebiet des Bundeslandes Schleswig- Holstein. Abb. 3: Vergärungskapazität von Behandlungsanlagen für Bioabfälle in den Bundesländern Abbildung 4 zeigt die geographische Verteilung der Anlagen und eine gewisse Konzentration von Anlagen um die Ballungszentren, wo in der Regel auch ein hohes Aufkommen an Substraten zu erwarten ist. 21
Biogas-Atlas 2014/15 Abb. 4: 22 Bioabfallvergärungsanlagen in Deutschland 2014
Witzenhausen-Institut 2. Substrate Die Auswertung der Betreiberangaben zu den behandelten Bioabfällen (vgl. Abbildung 5) bestätigt die gewählte Abgrenzung (> 50 % Bio- und Grüngut) für Anlagen, die überwiegend kommunale Bioabfälle behandeln. Im Durchschnitt setzen diese massenbezogen 83,5 % Biogut und 11,5 % Grüngut ein. Alle anderen Einsatzstoffe machen zusammen 5 % am Inputmix aus. Grüngut wird von den Anlagenbetreibern häufig zur Gewährleistung eines ausreichenden Strukturanteils in der Vergärung (dort wo eine Abpressung erfolgt) und vor allem in der Kompostierung fester Gärreste eingesetzt. Vergärungsanlagen für Abb. 5: Eingesetzte Substrate in Bioabfallvergärungsanlagen (Auswertung der Betreiberangaben) Vergärungsanlagen für gewerbliche Bioabfälle weisen einen differenzierteren Inputmix auf, der von Gewerbe- und Speiseabfällen sowie Sonstigen und einem gewissen Anteil an Gülle geprägt ist. Bio- und Grüngut spielen in diesen Anlagen mit unter 5 % nur eine marginale Rolle. 3. Technik Auch hinsichtlich der eingesetzten Vergärungstechnik zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen den Anlagenkategorien. Während gewerbliche Bioabfälle, sicherlich insbesondere wegen der zum Einsatz kommenden (nassen) Inputstoffe, aber auch wegen der erforderlichen Pasteurisierung, überwiegend mit Nassvergärungstechnik behandelt werden (vgl. Abbildung 6), werden bei Vergärungsanlagen für Bio- und Grüngut ganz überwiegend und zu nahezu gleichen Anteilen Boxen- und Pfropfenstromvergärungstechnik eingesetzt. In den frühen Phasen der Vergärung von Bio- und Grüngut wurden für diese Substrate auch Nassvergärungsverfahren eingesetzt. 23
Biogas-Atlas 2014/15 Abb. 6: 4. Eingesetzte Vergärungstechnik in deutschen Bioabfallvergärungsanlagen Ausblick Die bereits zu beobachtende Sättigung des Marktes für gewerbliche Bioabfälle dürfte den Zubau in diesem Segment in Deutschland begrenzen, wobei aber in entsprechenden Nischen noch Zubaupotenzial besteht. Anders stellt sich die Situation hinsichtlich Vergärungsanlagen für Bio- und Grüngut dar. Mit einer Vergärungskapazität von 1,9 Mio. Mg/a können unter Berücksichtigung des Substratmix (Abbildung 5) derzeit etwa ein Drittel des aktuellen Aufkommens an Biogut in Deutschland vergoren werden. In naher Zukunft wird die erfasste Menge an Biogut, insbesondere vor dem Hintergrund der Anforderungen des 11 KrWG deutlich zunehmen. Tabelle 1 fasst die durchschnittlichen Erfassungsleistungen, differenziert nach typischen deutschen Gebietsstrukturen, zusammen. Im Mittel liegen dort, wo Biotonnen angeboten werden, die Erfassungsleistungen bei 63 kg/ew*a. Dabei schwanken die Mittelwerte der Erfassungsleistung je nach Gebietsstruktur stark zwischen 27 kg/ew*a (innerstädtisch) und 75 kg/ew*a (ländlich/stadtrand). 24
Witzenhausen-Institut Tab. 1: Erfassung von Biogut nach Gebietsstrukturen (nicht berücksichtigt öre ohne Biotonne, bzw. mit weniger als 5 kg/ew*a) Gebietsstruktur Einwohner Mio Bioguterfassung [%] spezifisch 14,5 18 % 27 kg/ew*a 376.000 Mg/a 9% 9,2 11 % 58 kg/ew*a 489.000 Mg/a 11 % 150 1.000 Ew/km² 37,1 45 % 75 kg/ew*a 2.538.000 Mg/a 59 % < 150 Ew/km² 21,1 26 % 60 kg/ew*a 897.000 Mg/a 21 % Summe/Durchschnitt 81,9 100 % 63 kg/ew*a 4.300.000 Mg/a 100 % > 2.000 Ew/km² 1.000 2.000 Ew/km² gesamt [%] Auf dieser Basis halten Prognosen des Witzenhausen-Instituts folgende kurz- bis mittelfristige Mehrerfassung an Biogut für den unteren Erwartungshorizont: (1) Wenn alle öre, die ihren Bürgern bisher keine Bioguterfassung anbieten, diese mit dem Ziel einführen, mindestens die in Tabelle 1 ausgewiesene Durchschnittserfassungsleistung für ihre Gebietsstruktur zu erreichen, würden jährlich zusätzlich 700.000 Mg Biogut erfasst. (2) Wenn alle diejenigen öre, die bisher nur eine für ihre Gebietsstruktur unterdurchschnittliche Bioguterfassungsleistung erbringen, ihr Angebot so optimieren, dass sie zumindest die Durchschnittserfassungsleistung erreichen, würden weitere 1 Mio. Mg Biogut pro Jahr erfasst. Damit läge die Erfassungsleistung kurz- bis mittelfristig in einer Größenordnung von 6 Mio. Mg/a Biogut. Ähnliche Erwartungen hat beispielsweise auch der VKU geäußert. Noch nicht berücksichtigt ist dabei der hohe Anteil (Größenordnung: 3 bis 4 Mio. Mg/a) organischer Küchen- und Speisereste, der weiterhin im Restabfall zu finden ist und zwar weitgehend unabhängig davon, ob bisher eine separate Bioguterfassung angeboten wird oder nicht. Dies ist mit dem Anspruch des Gesetzgebers nach getrennter Erfassung von Bioabfällen nicht vereinbar und auch ökologisch und energiewirtschaftlich sowie vor dem Hintergrund der stärkeren Bemühungen zur technischen Sortierung von Wertstoffen aus dem Restabfall nicht zu vertreten. Unter der konservativen Annahme, dass mindestens die Hälfte dieses nativorganischen Anteils im Restabfall der Erfassung im Rahmen der Biogutsammlung zugeführt würde, ergibt sich (3) ein weiteres Potenzial (mit hohem spezifischen Biogasertrag) von gut 1,5 Mio. Mg/a Biogut. 25
Biogas-Atlas 2014/15 Insgesamt ist unter diesen Voraussetzungen mittelfristig eine Erfassungsleistung von 7,5 Mio. Mg/a realistisch. Abbildung 7 stellt die insgesamt prognostizierte Erfassungsentwicklung für die kommenden zehn Jahre dar. Vor diesem Hintergrund und der breiten gesellschaftlichen Akzeptanz für die energetisch-stofflich Kaskadennutzung von Abfallbiomassen wird sich der Ausbaupfad für integrierte Biogut-Vergärungs- und Kompostierungsanlagen mit etwas beschleunigtem Tempo fortsetzen. Gemeinsam mit anderen Fachleuten erwartet das Witzenhausen-Institut eine Verdopplung der derzeit bestehenden Vergärungskapazität für Bio- und Grünabfälle bis 2020 und eine Verdreifachung gegenüber dem Status quo bis 2025. Abb. 7: Entwicklung der Bioguterfassung und der Vergärungskapazität für Bio- und Grüngut in Deutschland seit 1990 sowie Prognose der weiteren Entwicklung Damit entstünde bis 2025 eine Vergärungskapazität für Bio- und Grüngut von 5,5 Mio. Mg/a, mit der bei einem typischen Substratmix (vgl. Abschnitt 2) etwa 4,5 Mio. Mg/a Biogut vergoren werden könnten. Dies entspricht der heutigen Erfassungsleistung bzw. 60 % der zuvor für 2025 prognostizierten Erfassungsleistung. 26
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