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Seit fast drei Jahrzehnten setzen sich Umweltwissenschaftler, Aktivisten und Wirtschaftsführer mit den Problemen der atmosphärischen Verschmutzung und des Klimawandels auseinander. Es wuchs der Konsens, dass es praktikable Alternativen zu fossilen Brennstoffen geben muss, die die Wirtschaft antreiben und gleichzeitig saubere Luft, Wasser und Land erhalten. Biomasse wurde als eine solche Energiequelle identifiziert und — nicht lange danach — lieferte die Technologie die Mittel zum Zweck: die anaerobe Biogasproduktion. Mit Biogas können nicht nur Fahrzeuge betrieben, sondern ganze Gemeinden mit Strom versorgt werden. Der vielversprechendste Aspekt dabei ist, dass kein Mangel an Biomasse in Sicht ist.
Tatsächlich trägt jeder, der Kompost im Garten aufschichtet, zur anaeroben Vergärung bei. Wenn biologisch abbaubaren Materialien Sauerstoff entzogen wird, finden eine Reihe physikalischer und chemischer Reaktionen statt, bei denen die verrottende Materie abgebaut wird und Biogas freisetzt, das Methan, Kohlendioxid und — in geringeren Anteilen — Stickstoff, Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthält. Laut dem American Biogas Council sind drei Bakterien an dieser Ereigniskette beteiligt: • Azidogene Bakterien — die Aminosäuren und Zucker in organische Säuren, Wasserstoff, Ammoniak und Kohlendioxid umwandeln. • Acetogene Bakterien — die die organischen Säuren aufnehmen und sie weiter zu Essigsäure zusammen mit Ammoniak, Kohlendioxid und Wasserstoff umwandeln. • Methanogene — die diese Chemikalien nutzen, um Methan und Kohlendioxid zu erzeugen.
Die U.S. Environmental Protection Agency (EPA) beschreibt das von der anaeroben Biogasanlage produzierte Gas, das zur weiteren Aufbereitung in eine Anlage geleitet oder, falls direkt nutzbar, in ein Fahrzeug oder eine Maschine geleitet wird, die für den Biogasbetrieb ausgelegt ist. Zusätzliche Verarbeitung hilft, überschüssige Feuchtigkeit zur Verbrennung zu entfernen. In anderen Fällen ist zu viel Schwefelwasserstoff im Gas vorhanden. Diese Verbindung ist korrosiv für die Lager- und Verbrennungsbehälter, daher muss auch sie entfernt werden.
Die anaerobe Biomasse, die vergoren wird — auch Substrat genannt — kann aus einer Vielzahl organischer Stoffe bestehen. Idealerweise sollte ein anaerober Methanvergärer Substrat verarbeiten, das das meiste und reinste Methan erzeugt. Ein ausgezeichnetes Substrat ist Gülle (anaerobe Vergärung von Kuhdung zur Biogasproduktion). Abfallwirtschaft war lange Zeit ein Ärgernis für Landwirte — und eine üble Belästigung für Anwohner. Wenn es in einem anaeroben Reaktor verarbeitet wird, ist das, was einst Überschussdünger war, nun eine potente Quelle für Wärme und Strom durch anaerobe Methanproduktion. Darüber hinaus kann die verbleibende Asche den Boden manchmal besser nähren als Rohmist. Ein weiteres profitables Substrat ist Abwasser. Eine steigende Anzahl von Kläranlagen integriert ein anaerobes Abwasservergärungsdesign. Hier wird das Wasser von seinen festen Bestandteilen getrennt, die dann einer anaeroben Schlammbehandlung unterzogen werden. Sobald der Abfall zersetzt und das Biogas freigesetzt ist, wird das Gas zur Wärmeerzeugung für die Kessel der Anlage genutzt. Manchmal enthält das Biogas Verunreinigungen, die gemäß den EPA-Richtlinien gereinigt werden müssen, bevor es effektiv genutzt werden kann. Ein drittes Beispiel für den Substrateinsatz ist Lebensmittelabfall. Die anaerobe Biogasproduktion lässt sich leicht auf fermentierende Lebensmittel, Schalen, Rinden, Pellen usw. anwenden. Diese sind leicht zugänglich und reich an organischem Material. Das Beste daran ist, dass ihre Biomethanfreisetzung reichlich vorhanden ist.
Wie bereits erwähnt, ist die Asche aus der Vergärung von Schweine-, Rinder- und Geflügelgülle an sich ein sehr nahrhafter Dünger — abzüglich des weitreichenden Aromas. Einige vergorene Materialien werden kompostiert oder als Einstreu für Milchvieh verwendet oder in andere Stoffe umgewandelt. Auf diese Weise werden die Kosten des anaeroben Fermenters durch die effiziente Nutzung der Substratkomponenten gemindert. Tatsächlich ist anaerober Abfall fast ein Widerspruch in sich. Obwohl die Forschung noch nicht abgeschlossen ist, deuten einige Studien darauf hin, dass Digestat-Biodünger bei bestimmten Kulturen besser abschneidet als Mineraldünger. In einer Studie, die sich auf Tomaten konzentrierte, führte Digestat zu höheren Erträgen als Mineralien.
Die Kosten eines anaeroben Reaktors können je nach Reaktortyp (wie Upflow Anaerobic Sludge Blanket oder Anaerobic Baffled Reactor), dem verarbeitbaren Volumen, der Art des zu behandelnden Abfalls, dem erforderlichen Vorbehandlungsgrad und der Komplexität des Systems, neben anderen Faktoren, erheblich variieren. Zum Zeitpunkt meines Kenntnisstands im September 2021 konnten die Kosten von mehreren Tausend Dollar für kleine, einfache Systeme bis zu Millionen von Dollar für große, komplexe Industrieanlagen reichen. Auch die laufenden Betriebs- und Wartungskosten sind entscheidend zu berücksichtigen, da diese über die Lebensdauer des Reaktors erheblich sein können. Diese Faktoren umfassen Arbeitskräfte, Energie, Schlammentsorgung und den periodischen Austausch von Teilen. Es ist wichtig zu beachten, dass die wirtschaftliche Machbarkeit anaerober Reaktoren oft durch die Nutzung und den Verkauf des produzierten Biogases verbessert werden kann. Aufgrund dieser Abweichungen wird potenziellen Anwendern dringend empfohlen, detaillierte Angebote von Herstellern anaerober Fermenter wie Gazpack einzuholen, um eine genauere Kostenschätzung zu erhalten.
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