Herstellungsprozess
Der Prozess der Biomethan-Gewinnung.
Die Entstehung von Gas aus verfaulender organischer Substanz lässt sich nicht verhindern. Nachdem in der Landwirtschaft ganz zwangsläufig große Mengen organischer Substanzen anfallen, und nachwachsende Rohstoffe sich bedingt durch entsprechende vom Gesetzgeber geschaffene Voraussetzungen energiewirtschaftlich verarbeiten lassen, bietet es sich an, den Fäulnisprozess kontrolliert ablaufen zu lassen, um so die Fäulnisprodukte nutzen zu können – insbesondere das Biogas.
Vom Feld zur Anlage.
Rohstoffversorgung aus der Region
Landwirtschaftliche Betriebe aus der Region liefern einen Teil der Rohstoffe für die Erzeugung von Biogas und dessen anschließende Aufbereitung zu Biomethan. Je nach Einsatzstoff können unter anderem Energiemais, Gras, Ganzpflanzensilage oder Getreide verwendet werden.
Die eingesetzten Rohstoffe werden in Fahrsilos eingelagert. Dabei werden sie mit geeigneten Fahrzeugen verdichtet und unter Luftabschluss konserviert. Die Lagerung ermöglicht es, die Substrate über einen längeren Zeitraum für die kontinuierliche Beschickung der Anlage bereitzuhalten.
Im Außenlager in Bretten, das auf dem Gelände eines ehemaligen Steinbruchs eingerichtet wurde, stehen drei weitere Fahrsilos zur Verfügung. Dort werden rund 40 % der benötigten Rohstoffe gelagert. Dadurch können Rohstoffe auch außerhalb der Erntezeiten für den Anlagenbetrieb bereitgestellt werden.
Zusammenarbeit mit landwirtschaftlichen Betrieben
Für die Rohstoffversorgung arbeitet die Anlage mit mehr als 80 landwirtschaftlichen Betrieben zusammen. Die vertraglich gebundene landwirtschaftliche Fläche umfasst rund 600 bis 700 Hektar.
Auf den Flächen werden unter anderem Energiepflanzen wie Mais, Hirse, Roggen und Sudangras angebaut. Die benötigten Sorten werden über eine gemeinsame Einkaufsgenossenschaft bezogen.
Die gemeinsame Beschaffung ermöglicht eine gebündelte Bestellung der benötigten Saatgutsorten. Welche Sorten eingesetzt werden, kann dabei anhand der jeweiligen landwirtschaftlichen und anlagentechnischen Anforderungen ausgewählt werden.
Sortenversuche in der Region
In der Nähe der Biomethananlage werden im Rahmen eines Feldversuchs mehr als 50 verschiedene Maissorten sowie verschiedene Hirse- und Sudangrassorten angebaut.
Ziel des Versuchs ist es, die Eigenschaften unterschiedlicher Sorten unter den Bedingungen des regionalen Standorts zu vergleichen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse können bei der Auswahl der Sorten für die folgenden Anbaujahre berücksichtigt werden.
Die Versuchsergebnisse dienen damit als zusätzliche Entscheidungsgrundlage für die landwirtschaftliche Sortenwahl.
Auf der Anlage.
Anlagenbetrieb und Gasaufbereitung
Die Annahmedosierer der Anlage werden täglich mit Biomasse aus den Fahrsilos beschickt. Über Wiegetröge und Schneckenförderer werden die jeweiligen Mengen an Silage dosiert und den beiden Liegendfermentern zugeführt. Die Dosierung und Steuerung der Substratzufuhr erfolgt über die Anlagensteuerung.
In den Fermentern wird die Biomasse unter Ausschluss von Sauerstoff durch anaerobe Mikroorganismen abgebaut. Der biologische Prozess erfolgt bei einer Betriebstemperatur von etwa 48 bis 50 °C und damit im thermophilen Temperaturbereich. Rührwerke sorgen für die Durchmischung des Gärsubstrats.
Bei der Vergärung entsteht Biogas. Die weitere Vergärung des Substrats erfolgt in den beiden Grubenspeicherfermentern und im Nachgärer. Das dabei entstehende Gas wird unter den Tragluftdächern der Behälter gesammelt.
Aufbereitung des Biogases
Das erzeugte Biogas besteht überwiegend aus Methan und Kohlendioxid und enthält unter anderem geringe Mengen an Schwefelwasserstoff. In der Gasaufbereitungsanlage werden unerwünschte Bestandteile abgetrennt und das Biogas zu Biomethan aufbereitet.
Bei der Aufbereitung entstehen Biomethan und ein verbleibendes Schwachgas. Nach den Angaben zum Anlagenbetrieb entfallen auf diese beiden Gasströme jeweils etwa 50 % des aufbereiteten Gasstroms.
Das Biomethan wird anschließend konditioniert, um die für die Einspeisung erforderlichen technischen Eigenschaften zu erreichen. Vor der Einspeisung in das Gasnetz wird das Gas odoriert, das heißt mit einem Geruchsstoff versehen. Dadurch kann austretendes Gas im Rahmen der vorgeschriebenen Gasüberwachung über seinen Geruch wahrgenommen werden.
Nach Erfüllung der geltenden technischen und rechtlichen Anforderungen kann das aufbereitete Biomethan in das bestehende Gasnetz eingespeist werden. Die Zusammensetzung und Qualität des Gases werden dabei entsprechend den geltenden Anforderungen überwacht.
Nutzung des verbleibenden Schwachgases
Das bei der Gasaufbereitung verbleibende Schwachgas enthält nach den Angaben zum Anlagenbetrieb noch etwa 2 bis 4 % Methan. Es wird in einer E-flox-Schwachgasverbrennung thermisch genutzt.
Die dabei entstehende Wärme wird für den Anlagenbetrieb eingesetzt. Sie dient insbesondere der Bereitstellung von Prozesswärme für die fünf Fermenter sowie der Beheizung der Büro- und Sozialräume am Anlagenstandort.
Erzeugung und Einspeisung von Biomethan
Aus jährlich rund 30.000 Tonnen Biomasse werden – abhängig von Art und Qualität der eingesetzten Substrate wie Mais, Gras, Ackerfutter oder Ganzpflanzensilage – nach den Angaben zum Anlagenbetrieb rund 46 Millionen kWh Biomethanenergie erzeugt und in das Gasnetz eingespeist.
Das eingespeiste Biomethan kann anschließend von den jeweiligen Gasabnehmern entsprechend ihrer technischen Anlagen und vertraglichen Rahmenbedingungen genutzt werden, beispielsweise zur Wärmeerzeugung oder in Blockheizkraftwerken zur Erzeugung von Strom und Wärme.
Die Betriebs- und Überwachungstechnik der Anlage erfasst und steuert die wesentlichen Prozessschritte. Die zentrale Leittechnik ermöglicht die Überwachung des Anlagenbetriebs und die Anpassung der Betriebsparameter innerhalb der vorgesehenen technischen Bereiche.
Zusammenarbeit mit landwirtschaftlichen Betrieben
Die für die Anlage benötigte Biomasse wird von landwirtschaftlichen Betrieben aus der Region bereitgestellt. Die Zusammenarbeit erfolgt auf Grundlage vertraglicher Vereinbarungen.
Die vereinbarten Mengen und Konditionen bilden die Grundlage für die Planung der Rohstoffversorgung. Die konkreten wirtschaftlichen Bedingungen richten sich nach den jeweiligen Verträgen und den vereinbarten Leistungs- und Lieferbedingungen.
Anlieferung und Erntelogistik
Abhängig von der Zusammensetzung und Qualität der eingesetzten Rohstoffe werden täglich etwa 80 bis 100 Tonnen Biomasse verarbeitet.
Die Ernte und Anlieferung der Substrate erfolgt schwerpunktmäßig während der jeweiligen Erntezeiträume. Für Mais werden dafür etwa 20 Erntetage, für die übrigen Kulturen weitere sechs bis sieben Tage angegeben.
Die Organisation und Erntelogistik der für die Anlage bestimmten Rohstoffe wird durch das zuständige Personal koordiniert. Dazu gehören insbesondere die Planung der Ernte, die Anlieferung und die Bereitstellung der Substrate für den Anlagenbetrieb.
Von der Anlage zurück auf das Feld.
Gärreste und landwirtschaftliche Nutzung
Bei der Vergärung der eingesetzten Biomasse entstehen neben Biogas auch Gärreste. Diese fallen in flüssiger und fester Form an und werden am Anlagenstandort entsprechend den betrieblichen Anforderungen gelagert.
Die Gärreste können anschließend von den landwirtschaftlichen Betrieben, die mit der Anlage zusammenarbeiten, als organischer Dünger eingesetzt werden. Die landwirtschaftliche Verwertung erfolgt unter Beachtung der jeweils geltenden düngerechtlichen und bodenbezogenen Vorgaben.
Durch die Rückführung der Gärreste auf landwirtschaftlich genutzte Flächen können die darin enthaltenen Nährstoffe – insbesondere Stickstoff, Phosphor und Kalium – entsprechend ihrer Zusammensetzung und dem Nährstoffbedarf der jeweiligen Flächen genutzt werden. In welchem Umfang dadurch der Einsatz mineralischer Düngemittel ersetzt werden kann, hängt unter anderem von der Zusammensetzung der Gärreste, dem Nährstoffbedarf der Kulturen und den gesetzlichen Vorgaben ab.
Die Menge und Zusammensetzung der anfallenden Gärreste hängt von den eingesetzten Substraten und dem jeweiligen Anlagenbetrieb ab. Die landwirtschaftliche Verwertung wird entsprechend geplant und an den Bedarf der Flächen angepasst.
Anbau und Ernte der Energiepflanzen
Für die Rohstoffversorgung der Anlage können verschiedene landwirtschaftliche Kulturen eingesetzt werden. Dazu gehört beispielsweise Grünschnittroggen.
Der Grünschnittroggen wird im Frühjahr geerntet und als gehäckseltes Pflanzenmaterial zur Biomethananlage in den Waldäckern transportiert. Durch die frühe Ernte kann auf der betreffenden Fläche anschließend eine weitere Kultur angebaut werden, sofern dies unter den jeweiligen standörtlichen und witterungsbedingten Bedingungen möglich ist.
Die zweite Kultur kann je nach Anbauplanung und Witterungsverlauf im weiteren Jahresverlauf geerntet werden. Dadurch lässt sich die landwirtschaftliche Nutzung der betreffenden Fläche über das Jahr hinweg planen.
Die Pflanzen nehmen während ihres Wachstums CO₂ aus der Atmosphäre auf. Bei der späteren energetischen Nutzung des daraus erzeugten Biomethans wird Kohlenstoff wieder freigesetzt. Eine Aussage darüber, dass Aufnahme und Freisetzung von CO₂ exakt gleich hoch sind und die Nutzung deshalb CO₂-neutral ist, erfordert jedoch eine vollständige Treibhausgasbilanz, in der unter anderem Anbau, Düngung, Ernte, Transport, Aufbereitung und Nutzung berücksichtigt werden.
