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  Bevor Biogas erzeugt werden kann, benötigt man erst einmal die Substanzen, die sogenannten Substrate, aus denen man Biogas gewinnen kann. Verwertet werden können in einer Biogasanlage alle biologischen Substanzen, abgesehen von Holz.
Die einzelnen Stoffe für die Biogasproduktion lassen sich in drei Obergruppen aufteilen: der Wirtschaftsdünger in Form von Gülle und Mist, die nachwachsenden Rohstoffe (NaWaRos) und die Kofermente.
Wirtschaftsdünger:
In der Regel wird in den meisten Biogasanlagen der Wirtschaftsdünger, der bei der Nutztierhaltung in Form von Flüssig- oder Festmist entsteht, zur Grundlage herangezogen. Da er ein Nebenprodukt der Landwirtschaft ist, verursacht er keine zusätzlichen Kosten.
Bei landwirtschaftlichen Biogasanlagen bildet, haltungsbedingt, meist Rinder- oder Schweinegülle das Grundsubstrat. Abgesehen von der praktisch kostenlosen Verfügbarkeit stabilisiert sie den Fermentationsprozess und kann Schwankungen in der Substratqualität ausgleichen. Zusätzlich wird der Wirtschaftsdünger benötigt, um die Mischfähigkeit des Substrates, durch Pumpen und Rührwerke beim Zufügen von Feststoffen, zu bewahren.
Die Methanausbeute ist bei Wirtschaftsdüngern im Verhältnis zu Kofermenten oder NaWaRos geringer. Sie schwankt zwischen 120 und 370 Litern pro Kilogramm organischer Trockenmasse (oTm). Hierbei wird die Rindergülle von der Schweinegülle übertroffen. Die Schweinegülle bietet einen höheren Methanertrag, aber erzeugt auch kleine Probleme. Da der Kupfer- und Zinkanteil fütterungsbedingt höher ist, muss darauf geachtet werden, dass die Schwermetallgrenzwerte eingehalten werden.
Den besten Methanertrag im Bereich des Wirtschaftsdüngers bietet der Hühnerkot, er ist jedoch etwas problematischer zu verwerten. Es können sich Sedimente im Fermenter ansammeln, und der Ammoniakgehalt kann kritisch hoch werden.
Hierbei ist der Gasertrag jedoch noch maßgeblich von dem jeweiligen Tierleistungsniveau abhängig, das auf dem Betrieb angesiedelt wurde und der Fütterungsintensität, die in der Landwirtschaft betrieben wird. Grundsätzlich gilt, dass die besten Ergebnisse bei mittlerer Tierleistung und gleichzeitiger ausgeglichener und ausgewogener Fütterung erzielt werden.
Allgemein gilt hierbei: Je schlechter die Tiere das vorgesetzte Futter verwerten, um so größer ist der Nährstoffgehalt des aus den Exkrementen resultierenden Substrates, was wiederum eine höhere Gasausbeute zur Folge hat.
Kofermente:
Unter die Kofermente fallen landwirtschaftliche Reststoffe, Stoffe nach der Nebenproduktverordnung,
Prozessrückstände der Lebensmittelindustrie, gewerbliche Reststoffe und kommunale Reststoffe. Sie können bei der Biogasproduktion im Verhältnis zu dem alleinigen Fermentieren von Wirtschaftsdünger den Gasertrag enorm steigern.
Unter landwirtschaftlichen Reststoffen versteht man alle aus der Pflanzenproduktion resultierenden Stoffe, die in der Landwirtschaft bei der Ernte oder Weiterverarbeitung anfallen. Das können aussortierte Produkte sein, die z. B. auf Grund von einzelnen Makeln nicht in den Handel geraten sollen, oder Produktionsabfälle, z. B. Getreideausputz oder Rübenblatt.
Diese Kofermente sind auf Grund ihres hohen Energiewertes und der positiven Eigenschaften, die sie auf das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis im Fermenter haben, welches sich auf die Mikrobiologie auswirkt, sehr beliebt.
Stoffe nach der Nebenprodukt-VO sind für den Verzehr ungeeignete oder nicht für den Verzehr gedachte Schlachtabfälle, z. B. Flotatschlamm und Pansen. Sie besitzen einen enorm hohen Nährstoffgehalt, der eine hohe Gasproduktion zur Folge hat. Leider sind diese Reststoffe hygienisch stark risikoreich. Das bedeutet, dass bei der Lagerung spezielle hygienische Verordnungen zum Tragen kommen und die technischen Anforderungen an die Biogasanlage steigern.
So soll die Infektionsgefahr gebannt und allgemein Krankheiten und Seuchenbildung verhindert werden, da durch den permanenten Materialfluss sich Infektionsketten zwischen Tier und Tier sowie auch zwischen Tier und Mensch bilden könnten.
Prozessrückstände aus der Lebensmittelindustrie. Diese fallen meistens bei der Verarbeitung von Feld- und Baumfrüchten an. So fallen z. B. bei der Zuckerrübenverarbeitung Schnitzel und Melasse an, bei der Alkoholerzeugung Schlempen und Treber oder Pülpen bei der Kartoffelverarbeitung. Bei der Gemüse- und Obstverarbeitung fällt Trester an, und sogar bei der Gewürz- und Heilpflanzenindustrie können geeignete Produktionsabfälle für die Biogasverwertung entstehen.
Die genannten Stoffe sind für den Biogasbetrieb gut geeignet und bergen im Normalfall keine nennenswerten Risiken in sich, lediglich bei der Verwertung von überlagerten Lebensmitteln, die auch in diese Kategorie fallen, sind hygienische Bedenken angebracht.
Gewerbliche Reststoffe: Sie sind zum Beispiel in der Gastronomie zu finden, aber auch im Bäckergewerbe. Die gastronomischen Abfälle (heterogen) sowie die Bäckereiabfälle (homogen) sind durch einen hohen Methanertrag gekennzeichnet und eignen sich dadurch hervorragend zur ergänzenden Fermentierung.
Zu beachten ist jedoch, dass die Zugabe von den genannten Stoffen kontinuierlich und in jeweils geringen Dosen stattfindem sollte, da sie prozessbiologisch zu einer raschen Versäuerung neigen.
Die Hefe und der Eiweißgehalt können unter Umständen die bakteriellen Kulturen im Fermenter in ihrer ausführenden Tätigkeit etwas hemmen.
Kommunale Reststoffe: Sie findet man zum Beispiel in den Bioabfällen der regionalen Haushalte. Da diese aber in ihrer Beschaffenheit äußerst abwechslungsreich sind, kann der Methanertrag stark schwanken. Generell sind diese Substrate etwas bedenklich, da sie mit Schadstoffen und Fremdkörpern belastet sein können. Beispielsweise können Knochen, Plastikreste oder Gummibändchen von den Biotüten mit in den Fermentationsprozess gelangen. Generell gilt auch die Bioabfall-Vo für diese Art von Kosubstrat.
Ein weiterer kommunaler Abfall kann aus der Landschaftspflege resultierendes Grüngut oder Rasenschnitt sein. Er ist ebenfalls geeignet um in einer Biogasanlage verwertet zu werden, birgt jedoch gelegentlich die Gefahr von organischer Schadstoffbelastung oder starker Schwermetallbelastung, z. B. durch Straßenbegleitgrün. Problematisch ist auch die nur saisonelle Verfügbarkeit.
Da die stetig wachsende Anzahl von Biogasanlagen die Nachfrage nach Kofermenten stark gesteigert hat, sind die daraus resultierenden wirtschaftlichen Einnahmen stark gesunken. Zudem spielt die aufwendige und kostspielige Nachweispflicht eine Rolle sowie die zunehmenden dokumentarischen Auflagen. Die technischen Anforderungen an eine Biogasanlage, die organische, agroindustrielle und kommunale Abfälle verwerten soll, haben sich ebenfalls erhöht, sodass das wirtschaftliche Verwerten dieser Stoffe den technisch hochspezialisierten Anlagen vorbehalten bleibt.
Dieser Umstand hat schon vor der gesetzlich vorgeschriebenen finanziellen Begünstigung für das Verwerten von NaWaRos, dem sog. NaWaRos-Bonus, zu einem Anstieg bei der Nachfrage von nachwachsenden Rohstoffen für die Biogasverwertung gesorgt, und das trotz geringer Aussichten auf wirtschaftliche Rentabilität.
Nachwachsende Rohstoffe:
Unter nachwachsenden Rohstoffen versteht man im allgemeinen kultivierte Pflanzen, die speziell für die Fermentierung angebaut wurden. Dabei kann es sich im Prinzip um jede kultivierte Pflanze handeln. Zur Zeit sind die beliebtesten NaWaRos Mais und Grassilage. Es eignen sich auch einige andere Futterpflanzen gut zum Einsatz, z. B. Getreideganzpflanzensilage sowie Futterrüben und Zwischenfrüchte wie Senf, Winterroggen und Raps. Der Methangehalt der gängigsten Früchte liegt in etwa zwischen 200 und 400 Litern pro Kilogramm oTm.
Bei der Entscheidung, welche Pflanze man verwendet, ist ein entscheidender Faktor die Flächenleistung der jeweiligen Pflanzenkultur, also Liter Methan pro Hektar. Abgesehen davon sind wirtschaftlich stark zu berücksichtigen die Aufwendungen für den Anbau, die Ernte und Lagerung sowie die Einbringung in den Fermenter und das anschließende Ausbringen des fermentierten Substrates. Diese Werte, gemeinsam mit dem Methanhektarertrag, ermitteln die wirtschaftlichste Pflanze für den Biogasertrag.
Noch eignet sich der Silomais besonders gut, und er ist auch mit Abstand die beliebteste Pflanze für die Biogasproduktion. Einige Gründe sind hierfür wahrscheinlich die einfachen und allgemein bekannten Produktionstechniken, der hohe Ertrag sowie die gute Silierfähigkeit und der hohe Biomasseertrag.
Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist die Fruchtfolge. Für den effizienten Betrieb einer Biogasanlage ist es sinnvoll, möglichst eine Fruchtfolge zu wählen, die eine gleichmäßig über das Jahr verteilte Zufuhr von Rohstoffen, die einen möglichst hohen Biomasseertrag vorweisen können, gewährleistet.
Momentan befinden sich Züchtungen in der Entwicklung, die den üblichen erzielbaren Flächenmethanertrag auf etwa 8000 Kubikmeter Methan pro Hektar verdoppeln, und auch Züchtungen, die den Ganzjahresanbau erleichtern und die Fruchtfolgen auf ein größeres Fruchtartenspektrum erweitern. Eine derzeit noch häufig verwendete Fruchtfolge ist Vorfrucht: Winterraps, Winterroggen; Hauptfrucht: Mais, spätreif und massebetont Nachfrucht: Winterweizen.
Generell gilt: Falls die Rohstoffe auf gepachteten Feldern angepflanzt werden oder zusätzliche NaWaRos von anderen Landwirten bezogen werden, sollten die gepachteten Flächen oder die Lieferungen über einen Zeitraum von sechs Jahren vertraglich gesichert sein.
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