Biogas - Biogas

Biogas führende Rohre (Vordergrund) und Kondensat

Biogas ist ein Gemisch aus Gasen , vor allem aus Methan und Kohlendioxid , aus Rohstoffen wie hergestellten landwirtschaftlichen Abfälle , Dung , Siedlungsabfall , Pflanzenmaterial , Abwasser , Grüngut oder Lebensmittelabfälle . Es ist eine erneuerbare Energiequelle .

Biogas wird durch anaerobe Vergärung mit anaeroben Organismen oder Methanogen in einem anaeroben Fermenter , Biofermenter oder Bioreaktor erzeugt .

Biogas ist hauptsächlich Methan ( CH
4
) und Kohlendioxid ( CO
2
) und kann geringe Mengen an Schwefelwasserstoff ( H
2
S
), Feuchtigkeit und Siloxane . Die Gase Methan, Wasserstoff und Kohlenmonoxid ( CO ) können mit Sauerstoff verbrannt oder oxidiert werden. Diese Energiefreisetzung ermöglicht die Nutzung von Biogas als Brennstoff ; Es kann in Brennstoffzellen und für alle Heizzwecke, wie zum Beispiel Kochen, verwendet werden. Es kann auch in einem Gasmotor verwendet werden, um die im Gas enthaltene Energie in Strom und Wärme umzuwandeln.

Biogas kann nach Entfernung von Kohlendioxid komprimiert werden, genauso wie Erdgas zu CNG komprimiert und zum Antrieb von Kraftfahrzeugen verwendet wird . Im Vereinigten Königreich beispielsweise hat Biogas das Potenzial, rund 17 % des Kraftstoffs in Fahrzeugen zu ersetzen. Es qualifiziert sich für Subventionen für erneuerbare Energien in einigen Teilen der Welt. Biogas kann gereinigt und auf Erdgasstandard aufbereitet werden, wenn es zu Biomethan wird. Biogas gilt als erneuerbarer Rohstoff, da sein Produktions- und Nutzungszyklus kontinuierlich ist und es kein Netto-Kohlendioxid erzeugt. Während das organische Material wächst, wird es umgewandelt und verwendet. Es wächst dann in einem sich ständig wiederholenden Zyklus nach. Aus Sicht des Kohlenstoffs wird beim Wachstum der primären Bioressource so viel Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufgenommen, wie bei der letztendlichen Umwandlung des Materials in Energie freigesetzt wird.

Produktion

Biogas wird von Mikroorganismen wie Methanogenen und sulfatreduzierenden Bakterien produziert , die eine anaerobe Atmung durchführen. Biogas kann sich auf natürlich oder industriell erzeugtes Gas beziehen.

Natürlich

Im Boden wird Methan in anaeroben Umgebungen von Methanogenen produziert, aber hauptsächlich in aeroben Zonen von Methanotrophen verbraucht . Methanemissionen entstehen, wenn die Bilanz Methanogene begünstigt. Feuchtböden sind die wichtigste natürliche Quelle für Methan. Andere Quellen sind Ozeane, Waldböden, Termiten und wilde Wiederkäuer.

Industrie

Der Zweck der industriellen Biogasproduktion ist die Gewinnung von Biomethan, in der Regel als Kraftstoff. Industrielles Biogas wird entweder produziert;

Biogasproduktion im ländlichen Deutschland

Biogasanlagen

Als Biogasanlage wird oft ein anaerober Fermenter bezeichnet , der landwirtschaftliche Abfälle oder Energiepflanzen aufbereitet. Es kann mit anaeroben Fermentern (luftdichte Tanks mit unterschiedlichen Konfigurationen) hergestellt werden. Diese Anlagen können mit Energiepflanzen wie Maissilage oder biologisch abbaubaren Abfällen wie Klärschlamm und Lebensmittelabfällen gespeist werden. Dabei wandeln die Mikroorganismen Biomasseabfälle in Biogas (hauptsächlich Methan und Kohlendioxid) und Gärreste um . Höhere Mengen an Biogas können entstehen, wenn das Abwasser mit anderen Reststoffen aus der Milch-, Zucker- oder Brauereiindustrie mitvergärt wird. Während zum Beispiel 90 % des Abwassers aus der Bierfabrik mit 10 % Kuhmolke vermischt wurden, wurde die Biogasproduktion um das 2,5-fache im Vergleich zu dem Biogas, das nur aus dem Abwasser der Brauerei produziert wurde, gesteigert.

Die Herstellung von Biogas aus absichtlich angebautem Mais wurde aufgrund des sehr konzentrierten, intensiven und bodenerodierenden Charakters dieser Plantagen als nicht nachhaltig und schädlich beschrieben.

Schlüsselprozesse

Es gibt zwei Schlüsselprozesse: den mesophilen und den thermophilen Aufschluss, der von der Temperatur abhängig ist. In experimentellen Arbeiten an der University of Alaska Fairbanks produzierte ein 1000-Liter-Fermenter mit Psychrophilen, die aus "Schlamm aus einem zugefrorenen See in Alaska" gewonnen wurden, 200–300 Liter Methan pro Tag, etwa 20–30% der Produktion von Faulbehältern in wärmeren Klimazonen.

Gefahren

Die durch Biogas erzeugte Luftverschmutzung ist ähnlich der von Erdgas , wenn Methan (ein Hauptbestandteil von Biogas) für seine Nutzung als Energiequelle gezündet wird , Kohlendioxid als ein treibhausgasartiges Produkt hergestellt wird ( wie hier beschrieben) Gleichung = CH4 + 2 O2CO2 + 2 H2O .) . Der Gehalt an giftigem Schwefelwasserstoff birgt zusätzliche Risiken und war für schwere Unfälle verantwortlich. Das Austreten von unverbranntem Methan stellt ein zusätzliches Risiko dar, da Methan ein starkes Treibhausgas ist .

Biogas kann explosiv sein, wenn es im Verhältnis von einem Teil Biogas zu 8–20 Teilen Luft gemischt wird. Beim Betreten eines leeren Biogasfermenters zu Wartungsarbeiten sind besondere Sicherheitsvorkehrungen zu treffen. Wichtig ist, dass eine Biogasanlage niemals Unterdruck hat, da dies zu einer Explosion führen kann. Ein negativer Gasdruck kann auftreten, wenn zu viel Gas entfernt wird oder austritt; Aus diesem Grund sollte Biogas nicht bei Drücken unter einem Zentimeter Wassersäule verwendet werden, gemessen mit einem Manometer.

An einer Biogasanlage müssen häufig Geruchskontrollen durchgeführt werden. Bei Biogasgeruch sind Fenster und Türen sofort zu öffnen. Im Brandfall sollte das Gas am Absperrschieber der Biogasanlage abgesperrt werden.

Deponiegas

Deponiegas entsteht durch nasse organische Abfälle, die unter anaeroben Bedingungen ähnlich wie Biogas zersetzt werden.

Der Abfall wird durch das Gewicht des oben abgelagerten Materials abgedeckt und mechanisch verdichtet. Dieses Material verhindert die Sauerstoffexposition und ermöglicht so das Gedeihen anaerober Mikroben. Biogas baut sich auf und wird langsam in die Atmosphäre freigesetzt, wenn der Standort nicht dafür ausgelegt ist, das Gas aufzufangen. Unkontrolliert freigesetztes Deponiegas kann gefährlich sein, da es explosiv werden kann, wenn es aus der Deponie austritt und sich mit Sauerstoff vermischt. Die untere Explosionsgrenze liegt bei 5 % Methan und die obere bei 15 % Methan.

Das Methan in Biogas ist ein 28-mal stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid. Daher kann nicht eingeschlossenes Deponiegas, das in die Atmosphäre entweicht, erheblich zu den Auswirkungen der globalen Erwärmung beitragen . Darüber hinaus tragen flüchtige organische Verbindungen (VOC) im Deponiegas zur Bildung von photochemischem Smog bei .

Technisch

Der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) ist ein Maß für die Sauerstoffmenge, die aerobe Mikroorganismen benötigen, um die organische Substanz in einer Materialprobe im Biofermenter sowie den BSB für den Flüssigkeitsaustrag zu zersetzen die tägliche Energieabgabe eines Biodigesters.

Ein weiterer Begriff im Zusammenhang mit Biofermentern ist die Schmutzigkeit des Abwassers, die angibt, wie viel organisches Material pro Einheit der Biogasquelle vorhanden ist. Typische Einheiten für dieses Maß sind mg BSB/Liter. Beispielsweise kann die Verschmutzung des Abwassers in Panama zwischen 800 und 1200 mg BSB/Liter liegen.

Aus 1 kg stillgelegtem Küchenbioabfall können 0,45 m 3 Biogas gewonnen werden. Der Preis für die Sammlung biologischer Abfälle aus Haushalten beträgt ca. 70 € pro Tonne.

Komposition

Typische Zusammensetzung von Biogas
Verbindung Formel Prozentsatz nach Volumen
Methan CH
4
50–75
Kohlendioxid CO
2
25–50
Stickstoff n
2
0–10
Wasserstoff h
2
0–1
Schwefelwasserstoff h
2
S
0,1 –0,5
Sauerstoff Ö
2
0–0,5
Quelle: www.kolumbus.fi, 2007

Die Zusammensetzung des Biogases variiert in Abhängigkeit von der Substratzusammensetzung sowie den Bedingungen im anaeroben Reaktor (Temperatur, pH und Substratkonzentration). Deponiegas weist typischerweise Methankonzentrationen von etwa 50 % auf. Fortschrittliche Abfallbehandlungstechnologien können Biogas mit 55–75 % Methan erzeugen, das bei Reaktoren mit freien Flüssigkeiten durch In-situ -Gasreinigungstechniken auf 80–90 % Methan erhöht werden kann . Biogas enthält bei der Herstellung Wasserdampf. Der Anteil des Wasserdampfvolumens ist eine Funktion der Biogastemperatur; Die Korrektur des gemessenen Gasvolumens um Wasserdampfgehalt und Wärmeausdehnung erfolgt einfach über einfache Mathematik, die das standardisierte Volumen von trockenem Biogas ergibt.

Bei 1000 kg (Nassgewicht) Input für einen typischen Biofermenter können die Gesamtfeststoffe 30% des Nassgewichts betragen, während die flüchtigen suspendierten Feststoffe 90% der Gesamtfeststoffe ausmachen können. Protein würde 20 % der flüchtigen Feststoffe ausmachen, Kohlenhydrate würden 70 % der flüchtigen Feststoffe ausmachen und schließlich würden Fette 10 % der flüchtigen Feststoffe ausmachen.

Schadstoffe

Schwefelverbindungen

Giftig und übel riechender Schwefelwasserstoff ( H
2
S
) ist die häufigste Verunreinigung in Biogas, es können jedoch auch andere schwefelhaltige Verbindungen wie Thiole vorhanden sein. Im Biogasstrom verbleibender Schwefelwasserstoff ist korrosiv und ergibt bei der Verbrennung Schwefeldioxid ( SO
2
) und Schwefelsäure ( H
2
SO
4
), auch ätzende und umweltgefährdende Verbindungen.

Ammoniak

Ammoniak ( NH
3
) wird aus stickstoffhaltigen organischen Verbindungen, wie den Aminosäuren in Proteinen, hergestellt . Wird es nicht vom Biogas getrennt, entsteht bei der Verbrennung Lachgas ( NO
x
) Emissionen.

Siloxane

Biogas enthält teilweise Siloxane . Sie entstehen aus der anaeroben Zersetzung von Stoffen, die üblicherweise in Seifen und Waschmitteln enthalten sind. Bei der Verbrennung von siloxanhaltigem Biogas wird Silizium freigesetzt und kann sich mit freiem Sauerstoff oder anderen Elementen im Verbrennungsgas verbinden . Es bilden sich Ablagerungen, die hauptsächlich Kieselsäure ( SiO
2
) oder Silikate ( Si
x
Ö
ja
) und kann Calcium , Schwefel , Zink , Phosphor enthalten . Solche weißen Mineralablagerungen sammeln sich bis zu einer Oberflächendicke von mehreren Millimetern an und müssen chemisch oder mechanisch entfernt werden.

Es stehen praktische und kostengünstige Technologien zur Entfernung von Siloxanen und anderen Biogas-Verunreinigungen zur Verfügung.

Vorteile von aus Gülle gewonnenem Biogas

Bei der Lagerung von Gülle unter anaeroben Bedingungen entstehen hohe Methanmengen . Während der Lagerung und der Ausbringung von Gülle entsteht auch Lachgas als Nebenprodukt des Denitrifikationsprozesses. Distickstoffmonoxid ( N
2
O
) ist 320 mal aggressiver als Treibhausgas als Kohlendioxid und Methan 25 - mal mehr als Kohlendioxid von Kuhdung in Methan Biogas über die Umwandlung der anaerobe Vergärung , die Millionen von Rindern in den Vereinigten Staaten wären in der Lage zu produzieren 100 Milliarden Kilowattstunden Strom, genug, um Millionen von Haushalten in den Vereinigten Staaten mit Strom zu versorgen. Tatsächlich kann eine Kuh an einem Tag genug Dung produzieren, um 3 Kilowattstunden Strom zu erzeugen; Nur 2,4 Kilowattstunden Strom werden benötigt, um eine einzige 100-Watt-Glühbirne einen Tag lang zu betreiben. Darüber hinaus könnten durch die Umwandlung von Rinderdung in Methan-Biogas, anstatt sie zersetzen zu lassen, die Treibhausgase um 99 Millionen Tonnen oder 4% reduziert werden.

Anwendungen

Ein Biogasbus in Linköping, Schweden

Biogas kann zur Stromerzeugung auf Klärwerken in einem BHKW- Gasmotor verwendet werden , wobei die Abwärme des Motors bequem zum Beheizen des Fermenters genutzt wird; Kochen; Raumheizung; Warmwasserbereitung ; und Prozessheizung. Wenn es komprimiert wird, kann es komprimiertes Erdgas für den Einsatz in Fahrzeugen ersetzen , wo es einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle befeuern kann und ein weitaus effektiverer Verdränger von Kohlendioxid ist als der normale Einsatz in KWK-Anlagen vor Ort.

Biogasaufbereitung

Aus der Vergärung gewonnenes Rohbiogas besteht zu etwa 60 % aus Methan und zu 39 % aus CO
2
mit Spurenelementen von H
2
S
: ungeeignet für den Einsatz in Maschinen. Die korrosive Natur von H
2
S
allein reicht aus, um die Mechanismen zu zerstören.

Methan im Biogas kann über eine Biogasaufbereitungsanlage auf die gleichen Standards wie fossiles Erdgas , das selbst einen Reinigungsprozess durchlaufen muss, zu Biomethan aufkonzentriert werden . Sofern das örtliche Gasnetz dies zulässt, kann der Erzeuger des Biogases seine Verteilernetze nutzen. Gas muss sehr sauber sein, um Pipelinequalität zu erreichen, und muss die richtige Zusammensetzung haben, damit das Verteilernetz sie akzeptiert. Kohlendioxid , Wasser , Schwefelwasserstoff und Partikel müssen entfernt werden, falls vorhanden.

Es gibt vier Hauptmethoden der Modernisierung: Waschen mit Wasser, Druckwechselabsorption, Selexol Absorption und Aminwäsche . Darüber hinaus nimmt der Einsatz von Membrantrenntechnik zur Biogasaufbereitung zu, und in Europa und den USA sind bereits mehrere Anlagen in Betrieb.

Das am weitesten verbreitete Verfahren ist das Waschen mit Wasser, bei dem Hochdruckgas in eine Säule strömt, in der das Kohlendioxid und andere Spurenelemente durch kaskadierendes Wasser gewaschen werden, das im Gegenstrom zum Gas läuft. Diese Anordnung könnte 98 % Methan liefern, wobei die Hersteller einen maximalen Methanverlust von 2 % im System garantieren. Für den Betrieb einer Biogasaufbereitungsanlage werden etwa 3 bis 6 % des gesamten Energieausstoßes in Gas benötigt.

Biogas-Gas-Netzeinspeisung

Gasnetzeinspeisung ist die Einspeisung von Biogas in das Methannetz ( Erdgasnetz ). Bis zum Durchbruch der Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung gingen zwei Drittel der von Biogaskraftwerken produzierten Energie (als Wärme) verloren. Durch den Transport des Gases über das Netz zu den Verbrauchern kann die Energie zur Eigenerzeugung genutzt werden , wodurch die Verluste beim Energietransport reduziert werden. Typische Energieverluste in Erdgasfernleitungssystemen reichen von 1 % bis 2 %; bei der Stromübertragung liegen sie zwischen 5 % und 8 %.

Vor der Einspeisung in das Gasnetz durchläuft Biogas einen Reinigungsprozess, in dem es auf Erdgasqualität aufbereitet wird. Während des Reinigungsprozesses werden für das Gasnetz und die Endverbraucher schädliche Spurenstoffe entfernt.

Biogas im Verkehr

Zug "Biogaståget Amanda" ("Amanda der Biogaszug") in der Nähe des Bahnhofs Linköping , Schweden

Konzentriert und komprimiert kann es im Fahrzeugtransport eingesetzt werden. Komprimiertes Biogas wird in Schweden, der Schweiz und Deutschland weit verbreitet. In Schweden ist seit 2005 ein Biogas-Zug mit dem Namen Biogaståget Amanda (Der Biogaszug Amanda) im Einsatz. Biogas treibt Autos an. 1974 beschrieb ein britischer Dokumentarfilm mit dem Titel Sweet as a Nut den Biogas-Produktionsprozess aus Schweinemist und zeigte, wie er einen speziell angepassten Verbrennungsmotor antreibt. Im Jahr 2007 wurden weltweit, vor allem in Europa, schätzungsweise 12.000 Fahrzeuge mit aufbereitetem Biogas betankt.

Biogas ist Teil der Kategorie Nassgas und kondensierendes Gas (oder Luft), die Nebel oder Nebel im Gasstrom enthält. Der Nebel oder Nebel besteht hauptsächlich aus Wasserdampf, der im gesamten Gasstrom an den Seiten von Rohren oder Kaminen kondensiert. Biogasumgebungen umfassen Kläranlagen, Deponien und Tierfütterungsbetriebe (überdachte Viehlagunen).

Ultraschall-Durchflussmesser sind eines der wenigen Geräte, die in einer Biogasatmosphäre messen können. Die meisten thermischen Durchflussmesser können keine zuverlässigen Daten liefern, da die Feuchtigkeit konstant hohe Durchflusswerte und kontinuierliche Durchflussspitzen verursacht. Sie können Feuchtigkeitsschwankungen verarbeiten, die aufgrund von täglichen und saisonalen Temperaturschwankungen im Strömungsstrom auftreten, und berücksichtigen die Feuchtigkeit im Strömungsstrom, um einen Trockengaswert zu erzeugen.

Biogas erzeugte Wärme/Strom

Biogas kann in verschiedenen Arten von Verbrennungsmotoren verwendet werden, wie beispielsweise den Jenbacher- oder Caterpillar- Gasmotoren. Andere Verbrennungsmotoren wie Gasturbinen eignen sich sowohl für die Umwandlung von Biogas in Strom als auch in Wärme. Der Gärrest ist die verbleibende anorganische Substanz, die nicht in Biogas umgewandelt wurde. Es kann als landwirtschaftlicher Dünger verwendet werden.

Biogas kann als Brennstoff in dem System zur Herstellung von Biogas aus landwirtschaftlichen Abfällen und verwendet wird , Co-Erzeugung von Wärme und Strom in einem Kraft - Wärme-Kopplung ( KWK ) -Anlage. Im Gegensatz zu den anderen grünen Energien wie Wind- und Solarenergie kann das Biogas bei Bedarf schnell abgerufen werden. Das Treibhauspotenzial kann auch stark reduziert werden, wenn anstelle von fossilen Brennstoffen Biogas als Brennstoff verwendet wird .

Allerdings sind die Versauerungs- und Eutrophierungspotenziale von Biogas 25- bzw. 12-mal höher als bei fossilen Alternativen. Diese Auswirkungen können durch die richtige Kombination von Rohstoffen, überdachte Lagerung für Faulbehälter und verbesserte Techniken zur Rückgewinnung von ausgetretenem Material verringert werden. Insgesamt deuten die Ergebnisse immer noch darauf hin, dass die Verwendung von Biogas zu einer erheblichen Reduzierung der meisten Auswirkungen im Vergleich zu fossilen Brennstoffen führen kann. Die Balance zwischen Umweltschäden und Treibhausgasemission sollte noch berücksichtigt werden , während das System Verwicklung.

Technologische Fortschritte

Projekte wie NANOCLEAN entwickeln heute neue Wege, um Biogas effizienter zu produzieren, indem sie Eisenoxid-Nanopartikel in den Prozessen der organischen Abfallbehandlung verwenden. Dieses Verfahren kann die Produktion von Biogas verdreifachen.

Biogas und Sanitär

Fäkalschlamm ist ein Produkt von Sanitäranlagen vor Ort. Nach der Sammlung und dem Transport kann der Fäkalienschlamm mit Abwasser in einer konventionellen Kläranlage oder auf andere Weise unabhängig in einer Fäkalschlammaufbereitungsanlage behandelt werden. Fäkalienschlamm kann auch zusammen mit organischen festen Abfällen in der Kompostierung oder in einem anaeroben Vergärungssystem behandelt werden. Biogas kann durch anaerobe Vergärung bei der Behandlung von Fäkalienschlamm erzeugt werden.                        

Die angemessene Bewirtschaftung von Ausscheidungen und ihre Verwertung durch die Produktion von Biogas aus Fäkalschlamm trägt dazu bei, die Auswirkungen schlecht verwalteter Ausscheidungen wie durch Wasser übertragene Krankheiten sowie Wasser- und Umweltverschmutzung zu mildern.

Gesetzgebung

europäische Union

Die Europäische Union verfügt über Rechtsvorschriften zur Abfallwirtschaft und Deponien, die als Deponierichtlinie bezeichnet werden .

Länder wie Großbritannien und Deutschland haben inzwischen Gesetze in Kraft, die Landwirten langfristige Einnahmen und Energiesicherheit bieten.

Die EU - Mandate , dass Verbrennungsmotoren mit Biogas haben genügend Gasdruck optimiert die Verbrennung und innerhalb der Europäischen Union ATEX zentrifugalen Lüftereinheiten gemäß der europäischen Richtlinie gebaut 2014/34 / EU (bisher 94/9 / EG) sind obligatorisch. Diese Radialventilatoren, zB Combimac , Meidinger AG oder Witt & Sohn AG, sind für den Einsatz in Zone 1 und 2 geeignet .

Vereinigte Staaten

Die Vereinigten Staaten erlassen Gesetze gegen Deponiegas, da es VOCs enthält . Der Clean Air Act der Vereinigten Staaten und Titel 40 des Code of Federal Regulations (CFR) verlangen von Deponiebesitzern, die Menge der emittierten organischen Nichtmethanverbindungen (NMOCs) zu schätzen. Wenn die geschätzten NMOC-Emissionen 50 Tonnen pro Jahr überschreiten, muss der Deponiebesitzer das Gas sammeln und behandeln, um die mitgeführten NMOCs zu entfernen. Das bedeutet normalerweise, es zu verbrennen. Aufgrund der Abgelegenheit von Deponien ist es manchmal wirtschaftlich nicht machbar, aus Gas Strom zu erzeugen.

Globale Entwicklungen

Vereinigte Staaten

Mit den vielen Vorteilen von Biogas wird es zu einem beliebten Energieträger und wird in den Vereinigten Staaten immer häufiger verwendet. Im Jahr 2003 verbrauchten die Vereinigten Staaten 43 TWh (147 Billionen BTU) Energie aus "Deponiegas", was etwa 0,6% des gesamten US-Erdgasverbrauchs entspricht. Aus Kuhdung gewonnenes Methan-Biogas wird in den USA getestet Laut einer Studie des Magazins Science and Children aus dem Jahr 2008 würde Methan-Biogas aus Kuhdung ausreichen, um 100 Milliarden Kilowattstunden genug zu produzieren, um Millionen von Haushalten in ganz Amerika mit Strom zu versorgen. Darüber hinaus wurde Methanbiogas getestet, um zu beweisen, dass es 99 Millionen Tonnen Treibhausgasemissionen oder etwa 4% der von den Vereinigten Staaten produzierten Treibhausgase reduzieren kann.

In Vermont wurde beispielsweise Biogas aus Milchviehbetrieben in das CVPS Cow Power-Programm aufgenommen. Das Programm wurde ursprünglich von der Central Vermont Public Service Corporation als freiwilliger Tarif angeboten und ist jetzt mit einer kürzlichen Fusion mit Green Mountain Power jetzt das GMP Cow Power Program. Kunden können sich dafür entscheiden, eine Prämie auf ihre Stromrechnung zu zahlen, und diese Prämie wird direkt an die Farmen im Programm weitergegeben. In Sheldon, Vermont , hat Green Mountain Dairy im Rahmen des Cow Power-Programms erneuerbare Energie bereitgestellt. Es begann damit, dass die Brüder, die die Farm besitzen, Bill und Brian Rowell, einige der Herausforderungen beim Dungmanagement angehen wollten, denen sich Milchviehbetriebe gegenübersehen, einschließlich Dunggeruch und Nährstoffverfügbarkeit für die Pflanzen, die sie anbauen müssen, um die Tiere zu ernähren. Sie installierten einen anaeroben Fermenter, um die Kuh- und Melkzentrumsabfälle ihrer 950 Kühe zu erneuerbarer Energie zu verarbeiten, eine Einstreu als Ersatz für Sägemehl und einen pflanzenfreundlichen Dünger. Die Energie- und Umweltattribute werden an das GMP Cow Power-Programm verkauft. Im Durchschnitt produziert das von den Rowells betriebene System genug Strom, um 300 bis 350 andere Haushalte mit Strom zu versorgen. Die Generatorleistung beträgt etwa 300 Kilowatt.

In Hereford, Texas , wird Kuhmist verwendet, um ein Ethanol-Kraftwerk anzutreiben. Durch die Umstellung auf Methan-Biogas spart das Ethanol-Kraftwerk täglich 1000 Barrel Öl ein. Insgesamt hat das Kraftwerk die Transportkosten gesenkt und wird viele weitere Arbeitsplätze für zukünftige Kraftwerke schaffen, die auf Biogas angewiesen sind.

In Oakley, Kansas , verwendet eine Ethanolanlage, die als eine der größten Biogasanlagen in Nordamerika gilt, das integrierte Güllenutzungssystem "IMUS", um Wärme für ihre Kessel zu erzeugen, indem sie Dung, kommunale organische Stoffe und Ethanolanlagenabfälle verwendet. Bei voller Kapazität soll die Anlage 90 % der fossilen Brennstoffe ersetzen, die im Herstellungsprozess von Ethanol und Methanol verwendet werden.

In Kalifornien hat sich die Southern California Gas Company dafür eingesetzt, Biogas in bestehende Erdgaspipelines einzumischen. Beamte des kalifornischen Staates vertraten jedoch die Position, dass Biogas "in schwer zu elektrifizierenden Wirtschaftssektoren wie der Luftfahrt, der Schwerindustrie und dem Fernverkehr besser verwendet wird". ähnlich Kuhmist verschiedenes Pflanzenmaterial wie die Rückstände nach der Ernte der Pflanzen

Europa

Der Entwicklungsstand ist in Europa sehr unterschiedlich. Während Länder wie Deutschland, Österreich und Schweden bei der Nutzung von Biogas recht weit fortgeschritten sind, gibt es im Rest des Kontinents, insbesondere in Osteuropa, ein enormes Potenzial für diese erneuerbare Energiequelle. Unterschiedliche rechtliche Rahmenbedingungen, Bildungsprogramme und die Verfügbarkeit von Technologie sind einer der Hauptgründe für dieses ungenutzte Potenzial. Eine weitere Herausforderung für die weitere Entwicklung von Biogas ist die negative öffentliche Wahrnehmung.

Im Februar 2009 wurde in Brüssel die European Biogas Association (EBA) als gemeinnütziger Verein gegründet, um den Einsatz einer nachhaltigen Biogasproduktion und -nutzung in Europa zu fördern. Die Strategie der EBA definiert drei Prioritäten: Biogas als wichtigen Bestandteil des europäischen Energiemixes etablieren, die Trennung von Haushaltsabfällen fördern, um das Gaspotenzial zu erhöhen, und die Produktion von Biomethan als Fahrzeugkraftstoff unterstützen. Im Juli 2013 hatte sie 60 Mitglieder aus 24 Ländern in ganz Europa.

Vereinigtes Königreich

Mit Stand September 2013 gibt es in Großbritannien rund 130 Biogasanlagen ohne Abwasser. Die meisten befinden sich auf der Farm, und einige größere Einrichtungen existieren außerhalb der Farm, die Lebensmittel und Verbraucherabfälle aufnehmen.

Am 5. Oktober 2010 wurde erstmals Biogas in das britische Gasnetz eingespeist. Das Abwasser von über 30.000 Haushalten in Oxfordshire wird an die Kläranlage Didcot geleitet , wo es in einem anaeroben Faulbehälter zu Biogas aufbereitet wird, das dann gereinigt wird, um etwa 200 Haushalte mit Gas zu versorgen.

Im Jahr 2015 kündigte das Green-Energy-Unternehmen Ecotricity seine Pläne zum Bau von drei netzeinspeisenden Fermentern an.

Italien

In Italien startete die Biogasindustrie 2008 dank der Einführung vorteilhafter Einspeisetarife. Sie wurden später durch Einspeiseprämien ersetzt und wurden durch Produkte und landwirtschaftliche Abfälle bevorzugt und führten seit 2012 zu einer Stagnation in der Biogasproduktion und der daraus gewonnenen Wärme und Strom eine Produktion von ca. 1,2GW

Deutschland

Deutschland ist Europas größter Biogasproduzent und Marktführer in der Biogastechnologie. Im Jahr 2010 waren bundesweit 5.905 Biogasanlagen in Betrieb: Niedersachsen, Bayern und die östlichen Bundesländer sind die Hauptregionen. Die meisten dieser Anlagen werden als Kraftwerke eingesetzt. Üblicherweise sind die Biogasanlagen direkt mit einem BHKW verbunden, das durch die Verbrennung des Biomethans Strom erzeugt. Der elektrische Strom wird dann in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Im Jahr 2010 betrug die installierte elektrische Gesamtleistung dieser Kraftwerke 2.291 MW. Die Stromversorgung betrug ca. 12,8 TWh, das sind 12,6 % des insgesamt erzeugten erneuerbaren Stroms.

Biogas in Deutschland wird in erster Linie durch die Co-Vergärung von Energiepflanzen ( so genannte ‚NawaRo‘, eine Abkürzung für extrahiert Nachwachsende Rohstoffe , Deutsch für nachwachsende Rohstoffe) , gemischt mit Dünger. Als Hauptfrucht wird Mais verwendet. Auch organische Abfälle sowie industrielle und landwirtschaftliche Reststoffe wie Abfälle aus der Lebensmittelindustrie werden zur Biogaserzeugung genutzt. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die Biogasproduktion in Deutschland deutlich von Großbritannien, wo Biogas aus Deponien am häufigsten vorkommt.

Die Biogasproduktion in Deutschland hat sich in den letzten 20 Jahren rasant entwickelt. Der Hauptgrund sind die gesetzlich geschaffenen Rahmenbedingungen. Die staatliche Förderung erneuerbarer Energien begann 1991 mit dem Stromeinspeisegesetz ( StrEG ). Dieses Gesetz garantierte den Erzeugern von Energie aus erneuerbaren Quellen die Einspeisung in das öffentliche Stromnetz, so dass die Energieversorger gezwungen waren, die gesamte produzierte Energie von unabhängigen privaten Erzeugern von Ökostrom zu beziehen. Im Jahr 2000 wurde das Stromeinspeisegesetz durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz ( EEG ) abgelöst. Dieses Gesetz garantierte sogar eine feste Vergütung für den produzierten Strom über 20 Jahre. Die Menge von rund 8  ¢/kWh gab den Landwirten die Möglichkeit, Energielieferanten zu werden und eine weitere Einkommensquelle zu erschließen.

Einen weiteren Schub erhielt die deutsche landwirtschaftliche Biogasproduktion im Jahr 2004 durch den sogenannten NawaRo-Bonus. Dabei handelt es sich um eine Sonderzahlung für die Nutzung nachwachsender Rohstoffe, also Energiepflanzen. Im Jahr 2007 bekräftigte die Bundesregierung ihre Absicht, mit dem „Integrierten Klima- und Energieprogramm“ weitere Anstrengungen und Unterstützung in die Verbesserung der erneuerbaren Energieversorgung zu investieren, um den wachsenden Klimaherausforderungen und steigenden Ölpreisen eine Antwort zu geben.

Dieser kontinuierliche Trend zur Förderung erneuerbarer Energien bringt eine Reihe von Herausforderungen mit sich, die sich der Steuerung und Organisation der erneuerbaren Energieversorgung stellen, die auch mehrere Auswirkungen auf die Biogasproduktion hat. Als erste Herausforderung ist der hohe Flächenverbrauch der Biogas-Stromversorgung zu bemerken. Im Jahr 2011 verbrauchten Energiepflanzen zur Biogaserzeugung in Deutschland eine Fläche von ca. 800.000 ha. Diese hohe Nachfrage nach landwirtschaftlichen Flächen erzeugt neue Wettbewerbe mit der Lebensmittelindustrie, die es bisher nicht gab. Darüber hinaus entstanden in überwiegend ländlichen Regionen neue Industrien und Märkte mit unterschiedlichen neuen Akteuren mit wirtschaftlichem, politischem und zivilem Hintergrund. Ihr Einfluss und ihr Handeln müssen kontrolliert werden, um alle Vorteile dieser neuen Energiequelle zu nutzen. Schließlich wird Biogas auch in der deutschen erneuerbaren Energieversorgung eine wichtige Rolle spielen, wenn Good Governance im Fokus steht.

Entwicklungsländer

Hauseigene Biogasanlagen wandeln Viehmist und Nachtboden in Biogas und Gülle, den vergorenen Mist, um. Diese Technologie ist für Kleinbauern geeignet, deren Vieh 50 kg Dung pro Tag produziert, was etwa 6 Schweinen oder 3 Kühen entspricht. Dieser Dung muss sammelbar sein, um ihn mit Wasser zu vermischen und in die Pflanze einzubringen. Toiletten können angeschlossen werden. Eine weitere Voraussetzung ist die Temperatur, die den Fermentationsprozess beeinflusst. Mit einem Optimum von 36 C° eignet sich die Technologie besonders für Menschen, die in einem (sub)tropischen Klima leben. Dadurch ist die Technologie für Kleinbauern in Entwicklungsländern oft geeignet.

Einfache Skizze einer Haushaltsbiogasanlage

Je nach Größe und Standort kann eine typische gemauerte Biogasanlage mit fester Kuppel auf dem Hof ​​eines ländlichen Haushalts mit einer Investition von 300 bis 500 US-Dollar in asiatischen Ländern und bis zu 1400 US-Dollar im afrikanischen Kontext installiert werden. Eine hochwertige Biogasanlage benötigt minimale Wartungskosten und kann ohne größere Probleme und Neuinvestitionen mindestens 15–20 Jahre Gas produzieren. Für den Benutzer liefert Biogas saubere Kochenergie , reduziert die Luftverschmutzung in Innenräumen und verkürzt die Zeit, die für die traditionelle Biomassesammlung benötigt wird, insbesondere für Frauen und Kinder. Die Gülle ist ein sauberer organischer Dünger, der möglicherweise die landwirtschaftliche Produktivität erhöht.

Energie ist ein wichtiger Bestandteil der modernen Gesellschaft und kann als einer der wichtigsten Indikatoren für die sozioökonomische Entwicklung dienen. Trotz des technologischen Fortschritts decken immer noch etwa drei Milliarden Menschen, vor allem in den ländlichen Gebieten der Entwicklungsländer, ihren Energiebedarf zum Kochen auf traditionelle Weise durch die Verbrennung von Biomasse-Ressourcen wie Brennholz, Ernterückständen und Tierdung in groben traditionellen Öfen.

Die heimische Biogastechnik ist in vielen Teilen der Welt, insbesondere in Asien, eine bewährte und etablierte Technologie. Mehrere Länder in dieser Region haben groß angelegte Programme für heimisches Biogas gestartet, wie beispielsweise China und Indien.

Die niederländische Entwicklungsorganisation SNV unterstützt nationale Programme für heimisches Biogas, die darauf abzielen, kommerziell rentable heimische Biogassektoren aufzubauen, in denen lokale Unternehmen Biogasanlagen für Haushalte vermarkten, installieren und warten. In Asien arbeitet SNV in Nepal, Vietnam, Bangladesch, Bhutan, Kambodscha, Laos, Pakistan und Indonesien sowie in Afrika; Ruanda, Senegal, Burkina Faso, Äthiopien, Tansania, Uganda, Kenia, Benin und Kamerun.

In Südafrika wird eine vorgefertigte Biogasanlage hergestellt und verkauft. Ein wichtiges Merkmal ist, dass die Installation weniger Geschick erfordert und schneller zu installieren ist, da der Fermentertank aus vorgefertigtem Kunststoff besteht.

Indien

Biogas in Indien basiert traditionell auf Milchdünger als Ausgangsmaterial und diese "Gobar"-Gasanlagen sind seit langem in Betrieb, insbesondere im ländlichen Indien. In den letzten 2–3 Jahrzehnten haben Forschungsorganisationen mit Schwerpunkt auf ländlicher Energiesicherheit das Design der Systeme verbessert, was zu neueren, effizienten und kostengünstigen Designs wie dem Deenabandhu-Modell führte.

Das Deenabandhu-Modell ist ein neues Biogas-Produktionsmodell, das in Indien beliebt ist. ( Deenabandhu bedeutet "Freund der Hilflosen".) Das Gerät hat normalerweise ein Fassungsvermögen von 2 bis 3 Kubikmetern. Es besteht aus Ziegeln oder aus einer Ferrozementmischung . In Indien kostet das Ziegelmodell etwas mehr als das Ferrozementmodell; Das indische Ministerium für neue und erneuerbare Energien bietet jedoch eine gewisse Subvention pro gebautem Modell an.

Biogas, das hauptsächlich aus Methan/Erdgas besteht, kann auch zur wirtschaftlichen Erzeugung von proteinreichem Vieh-, Geflügel- und Fischfutter in Dörfern verwendet werden, indem die Bakterienkultur von Methylococcus capsulatus mit winzigem Land- und Wasserfußabdruck kultiviert wird . Das Kohlendioxidgas als Nebenprodukt aus diesen Pflanzen hergestellt wird, kann in billigerer Herstellung zum Einsatz kommt Algenöl oder Spirulina aus Algenkultur vor allem in tropischen Ländern wie Indien , das die erstklassige Lage des Rohöls in naher Zukunft verdrängen kann. Die indische Unionsregierung setzt viele Programme zur produktiven Nutzung von Agrarabfällen oder Biomasse in ländlichen Gebieten um, um die ländliche Wirtschaft und das Beschäftigungspotenzial zu steigern. Mit diesen Pflanzen, die nicht-eßbaren Biomasse oder Abfall von eßbaren Biomasse wird in zu hohem Wert Produkten ohne Wasserverschmutzung oder umgewandelt Treibhausgasemissionen (THG).

LPG (Liquefied Petroleum Gas) ist eine wichtige Quelle für Kraftstoff zum Kochen im städtischen Indien, und seine Preise sind zusammen mit den globalen Kraftstoffpreisen gestiegen. Auch die hohen Subventionen, die von den aufeinanderfolgenden Regierungen bei der Förderung von LPG als Haushaltsbrennstoff zum Kochen bereitgestellt wurden, sind zu einer finanziellen Belastung geworden, die den Fokus auf Biogas als Kochbrennstoffalternative in städtischen Einrichtungen erneuert. Dies hat zur Entwicklung vorgefertigter Fermenter für modulare Einsätze im Vergleich zu RCC- und Zementstrukturen geführt, deren Bau länger dauert. Der erneute Fokus auf Prozesstechnologien wie das Biourja-Prozessmodell hat die Bedeutung von mittelgroßen und großen anaeroben Fermentern in Indien als potenzielle Alternative zu LPG als primärem Kochbrennstoff erhöht.

In Indien, Nepal, Pakistan und Bangladesch wird Biogas, das aus der anaeroben Vergärung von Dung in kleinen Vergärungsanlagen gewonnen wird, als Gobargas bezeichnet ; Es wird geschätzt, dass aufgrund der florierenden Viehbestände in über 2 Millionen Haushalten in Indien, in 50.000 in Bangladesch und in Tausenden in Pakistan, insbesondere im Nord-Punjab, solche Einrichtungen vorhanden sind. Der Fermenter ist eine luftdichte Rundgrube aus Beton mit Rohranschluss. Der Mist wird in die Grube geleitet, meist direkt aus dem Viehstall. Die Grube wird mit der erforderlichen Abwassermenge gefüllt . Die Gasleitung ist über Regelventile mit dem Küchenkamin verbunden. Die Verbrennung dieses Biogases ist sehr geruchs- und raucharm. Aufgrund der Einfachheit in der Umsetzung und der Verwendung billiger Rohstoffe in den Dörfern ist es eine der umweltfreundlichsten Energiequellen für den ländlichen Bedarf. Eine Art dieses Systems ist der Sintex Digester. Einige Konstruktionen verwenden Vermikultur , um die von der Biogasanlage produzierte Gülle für die Verwendung als Kompost weiter aufzuwerten.

In Pakistan betreibt das Rural Support Programs Network das Pakistan Domestic Biogas Program, das 5.360 Biogasanlagen installiert und mehr als 200 Maurer in der Technologie geschult hat und darauf abzielt, den Biogassektor in Pakistan zu entwickeln.

In Nepal fördert die Regierung den Bau einer Biogasanlage zu Hause.

China

Seit 1958 experimentieren die Chinesen mit der Anwendung von Biogas. Um 1970 hatte China 6.000.000 Fermenter installiert, um die Landwirtschaft effizienter zu machen . In den letzten Jahren hat die Technologie hohe Wachstumsraten erfahren. Dies scheint die früheste Entwicklung bei der Erzeugung von Biogas aus landwirtschaftlichen Abfällen zu sein.

Der ländliche Biogasbau in China zeigt einen verstärkten Entwicklungstrend. Das exponentielle Wachstum der Energieversorgung aufgrund der schnellen wirtschaftlichen Entwicklung und der schweren Dunstbedingungen in China haben dazu geführt, dass Biogas die bessere umweltfreundliche Energie für die ländlichen Gebiete ist. In Qing County , Hebei Provinz, die Technologie der Ernte mit Stroh als Hauptmaterial zur Erzeugung von Biogas entwickelt derzeit.

China hatte bis 2007 26,5 Millionen Biogasanlagen, die bis 2007 10,5 Milliarden Kubikmeter Biogas produzierten. Der jährliche Biogasausstoß ist 2010 auf 248 Milliarden Kubikmeter gestiegen. Die chinesische Regierung hatte ländliche Biogasprojekte unterstützt und finanziert, aber nur ca normal funktionieren. Im Winter ist die Biogasproduktion in den nördlichen Regionen Chinas geringer. Dies wird durch das Fehlen einer Wärmekontrolltechnologie für Fermenter verursacht, wodurch die gemeinsame Aufschließung verschiedener Rohstoffe in der kalten Umgebung nicht abgeschlossen werden konnte.

Sambia

Lusaka, die Hauptstadt Sambias, hat zwei Millionen Einwohner, wobei mehr als die Hälfte der Bevölkerung in stadtnahen Gebieten lebt. Die Mehrheit dieser Bevölkerung nutzt Grubenlatrinen als Toiletten und erzeugt jährlich etwa 22.680 Tonnen Fäkalienschlamm. Dieser Schlamm wird unzureichend bewirtschaftet: Über 60 % des anfallenden Fäkalschlamms verbleiben in der Wohnumgebung und gefährden damit sowohl die Umwelt als auch die öffentliche Gesundheit.

Angesichts der bereits in den 1980er Jahren begonnenen Forschungsarbeit und Einführung von Biogas hinkt Sambia bei der Einführung und Nutzung von Biogas in Subsahara-Afrika hinterher. Für die Energiebereitstellung zum Kochen und für die Beleuchtung werden tierischer Dung und Pflanzenreste benötigt. Unzureichende Finanzierung, fehlender politischer, regulatorischer Rahmen und Strategien für Biogas, ungünstige Geldpolitik der Anleger, unzureichendes Fachwissen, mangelndes Bewusstsein für die Vorteile der Biogastechnologie bei Führungskräften, Finanzinstituten und Einheimischen, Widerstand gegen Veränderungen aufgrund von Kultur und Traditionen der Einheimischen, Hohe Installations- und Wartungskosten von Biogasanlagen, unzureichende Forschung und Entwicklung, unsachgemäßes Management und fehlende Überwachung der installierten Anlagen, Komplexität des Kohlenstoffmarktes, fehlende Anreize und soziale Gerechtigkeit gehören zu den Herausforderungen, die den Erwerb und die nachhaltige Umsetzung von inländischen Biogasproduktion in Sambia.

Verbände

Gesellschaft und Kultur

Im australischen Film Mad Max Beyond Thunderdome aus dem Jahr 1985 wird die postapokalyptische Siedlung Barter Town von einer zentralen Biogasanlage auf Basis eines Schweinestalls mit Strom versorgt. Neben der Stromerzeugung wird Methan auch zum Antrieb der Fahrzeuge von Barter verwendet.

"Cow Town", geschrieben in den frühen 1940er Jahren, diskutiert die Mühsal einer Stadt, die zu großen Teilen auf Kuhdung gebaut wurde, und die Härten, die das entstehende Methan-Biogas mit sich bringt. Carter McCormick, ein Ingenieur aus einer Stadt außerhalb der Stadt, wird geschickt, um einen Weg zu finden, dieses Gas zu nutzen, um die Stadt mit Energie zu versorgen, anstatt sie zu ersticken.

Die Biogasproduktion bietet heutzutage neue Möglichkeiten für qualifizierte Beschäftigung, die sich auf die Entwicklung neuer Technologien stützt.

Siehe auch

Verweise

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Externe Links