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BIOGAS: Energie von glücklichen Kühen

Vergären von Mist und organischen Abfällen ergibt ein hochwertiges Brenngas, das Österreichs Kohlendioxid-Ausstoß bremsen soll.


Urlaub! Sommer! Das assoziieren Touristen gerne mit dem Anblick von Milchkühen in der Kulisse der Alpen. Ob auf Almen oder Weiden – die Viehhaltung ist ein wichtiger Wirtschaftszweig Österreichs. Dass Nutztiere darüber hinaus auch einen Beitrag gegen den Treibhauseffekt leisten können, hat das Institut für Land-, Umwelt- und Energietechnik (Iluet) der Universität für Bodenkultur in Wien in einer umfassenden Studie dargelegt.

In der Alpenrepublik gelangen jährlich rund 66 Millionen Tonnen des Treibhausgases Kohlendioxid in die Atmosphäre. Das Kohlendioxid stammt hauptsächlich aus der Verbrennung fossiler Energieträger. Auf der Konferenz von Kioto verpflichtete sich auch Österreich, diese Emissionen bis spätestens 2012 um 13 Prozent im Vergleich zu 1990 zu reduzieren, also um 12 bis 16 Millionen Tonnen pro Jahr. Durch Biogaserzeugung und Verbrennen des Biogases zur Strom- und Wärmegewinnung könnte unseren Untersuchungen zufolge die Landwirtschaft mit 3,2 Millionen Tonnen zu dem Erreichen des Kioto-Zieles beitragen.

Lässt man organische Abfälle unter Luftabschluss in Fermentern gären, so setzen Bakterien die organischen Verbindungen zu einem Gasgemisch um, das zu 55 bis 75 Prozent aus Methan besteht. Dieses Biogas kann wie Erdgas mit entsprechenden Motoren Strom und Wärme erzeugen; sein Brennwert beträgt etwa sechs Kilowattstunden pro Kubikmeter (zum Vergleich: Bei Erdgas sind es zehn). Biogasbefeuerte Motoren haben je nach Anlagengröße eine elektrische Leistung von 10 bis etwa 200 Kilowatt.

In Österreich fallen jährlich 26 Millionen Tonnen geeignete Abfälle an, überwiegend von landwirtschaftlichen Nutztieren. Eine "Großvieheinheit" (GVE) – sozusagen ein Normtier mit 500 Kilogramm Gewicht – produziert nämlich in diesem Zeitraum im Durchschnitt 20 Tonnen Mist. Zu diesen so genannten Wirtschaftsdüngern kommen noch Reste aus der Pflanzenproduktion wie Zuckerrübenblätter sowie organische Abfälle, die außerhalb der Landwirtschaft entstehen, also etwa Essensreste der Lebensmittelindustrie oder Rasenschnitt aus den Kommunen.

Das Iluet entwickelte einen technischen Standard für Anlagen, die beide Arten von Abfällen gemeinsam verarbeiten können; man spricht von Kofermentation. Standardisierte Bauweisen senken die Baukosten, vereinfachen die Planung und erhöhen die Betriebssicherheit. Entsprechende Biogasanlagen können nicht nur flüssige organische Reststoffe vergären, sondern auch festen Stallmist; dazu wird er zuvor in einer Grube von einem Rührwerk mit flüssigen Stoffen vermischt.

Die erforderlichen Gärstoffe werden entweder über eine Vorgrube oder direkt in den Fermenter eingebracht. Erstere macht aus Abfall unterschiedlicher Konsistenz ein homogenes und mit Pumpen zu förderndes Gärgut. Feste Stoffe müssen überdies zerkleinert werden, bevor sie in Vorgrube oder Fermenter gelangen. Könnte das Gärgut Infektionskeime enthalten – etwa Speisereste oder Magen-Darminhalte – wird es entweder vor dem Einbringen in die Biogasanlage durch Erhitzen für mehr als eine Stunde auf 70 Grad Celsius pasteurisiert oder gärt bei mindestens 55 Grad Celsius 18 bis 24 Stunden lang.

Strom- und Wärmelieferant Biogas

Die Gärung findet in einem oder in zwei gasdichten Behältern statt. Das Substrat durchfließt sie dabei kontinuierlich, von einem Rührwerk gemischt. Zufuhr geringer Mengen Luft auf die Oberfläche des Gärguts fördert die Entwicklung von Bakterienstämmen, die einen Großteil des im Biogas enthaltenen – übel riechenden – Schwefelwasserstoffs zu ungefährlichem Schwefel oxidieren.

Das übrige, vergorene Substrat fließt anschließend in einen Speicherbehälter über, wo es bis zur Ausbringung als Pflanzendünger zwischengelagert wird. Man spricht deswegen auch von Durchfluss-Speicher-Biogasanlagen. Das Biogas wird bis zur Verwertung im Blockheizkraftwerk in einem speziellen Speicher zwischengelagert, um dann bei hohem Bedarf Strom zu liefern.

Insgesamt ließen sich durch eine Nutzung der vorhandenen Biomassepotenziale pro Jahr knapp 700 Millionen Kubikmeter des Brennstoffs erzeugen – genug für 1131 Gigawatt Strom und 1171 Gigawatt Wärme. Das ersetzt nicht weniger als 0,3 Millionen Tonnen fossile Energieträger und erspart der Umwelt somit alljährlich 1,2 Millionen Tonnen klimawirksame Kohlendioxidemissionen (vergleiche auch Spektrum der Wissenschaft, "Energie aus Biomasse", 5/2000, S. 90).

Des Weiteren verhindert das gezielte Vergären der Abfälle in Biogasanlagen, dass etwa 52000 Tonnen Methan bei der Lagerung von Mist, Gülle und Jauche unkontrolliert entweichen. Über 20 Jahre hinweg betrachtet entfaltet Methan ein 35-mal höheres Treibhauspotenzial als Kohlendioxid, Biogas-Nutzung vermeidet dementsprechend 1,8 Millionen Tonnen an Emissionen pro Jahr.

Die verbleibenden 0,08 zu den genannten insgesamt 3,2 Millionen Tonnen Kohlendioxid-Ersparnis resultieren aus der besseren Düngewirkung der nach der Fermentation verbleibenden Reststoffe. Entsprechend weniger mineralische Dünger benötigen die Landwirte, entsprechend weniger werden unter Einsatz fossiler Brennstoffe in der chemischen Industrie produziert.

Um diese Vorteile in vollem Umfang wirksam werden zu lassen, müssen entsprechend viele Anlagen gebaut werden. Ihre Größe richtet sich nach der des jeweiligen Hofes. Beispielsweise benötigte Österreich mehr als 46000 Biogasanlagen und angeschlossene Blockheizkraftwerke, unterhielten die Betriebe im Mittel 30 Großvieheinheiten. Bau und Betrieb würden dann 15000 Arbeitsplätze im ländlichen Raum schaffen. Allerdings halten derzeit nur 20 Prozent der Betriebe mehr als 20 Rinder, es müssten also Gemeinschaften entstehen, um entsprechende Anlagengrößen zu erreichen. Tatsächlich gibt es derzeit erst 100 Biogasanlagen im ländlichen Raum. Förderung aus öffentlicher Hand wie auch die Standardisierung unterstützen weitere Gründungen und geben Österreich eine Vorreiterrolle in Europa.

Einige Probleme bleiben zu lösen. Mitunter mindern ungünstige Mischungen von Abfällen die Ausbeute der Fermentation und damit den Ertrag. Es ist deshalb erforderlich, aus der Vielzahl an Gärgutmischungen solche herauszufinden, die hohe Ausbeuten und damit einen sicheren Betrieb der Anlagen ermöglichen. Auch lassen sich die Abgasemissionen der Blockheizkraftwerke weiter verringern, ihre Motoren könnten noch effektiver arbeiten und länger halten. Das sollte nicht abschrecken, die vielen Vorteile des geschilderten Verfahrens schon jetzt zu nutzen, sondern weitere, mit Nachdruck betriebene Forschung motivieren.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 7 / 2000, Seite 92
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

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