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Nach Angaben der U.S. Energy Information Agency (EIA) wird erwartet, dass der Energieverbrauch in den nächsten drei Jahrzehnten langsamer wachsen wird als in den vergangenen Jahren. Die EIA führt diese prognostizierte Verlangsamung auf Effizienz zurück. Gleichzeitig wird mehr Strom aus erneuerbaren Quellen erzeugt als je zuvor. Das ist eine gute Nachricht für diejenigen, die sich um Energieunabhängigkeit und die Umweltauswirkungen der Verbrennung fossiler Brennstoffe sorgen. Obwohl Solarmodule und Windturbinen die meiste Medienaufmerksamkeit erhalten, wenn es um Energieverbrauch geht, sind die unbesungenen Helden der erneuerbaren Energie Biomasse und Biogas. Sie können nicht nur zur Stromerzeugung genutzt werden, sondern verbessern auch den manchmal frustrierenden Prozess der Abfallwirtschaft.
Das Wort 'Biomasse' zerlegt bedeutet, dass es sich um Material handelt, das von lebenden – oder ehemals lebenden – Organismen stammt. Es enthält gespeicherte chemische Energie von der Sonne. Dies umfasst vielfältige Formen von Materie: Brennholz, Holzspäne, Bauholz und Sägemehl; landwirtschaftliche Nutzpflanzen, Wildpflanzen, Algen und Grasschnitt; feste Abfälle im Müll wie Papier, Textilien und weggeworfene Lebensmittelnebenprodukte; sowie Gülle und Klärschlamm. Alles, was seinen Ursprung in lebender Flora oder Fauna hat, kann als Biomasse gelten. Tatsächlich ist dies keineswegs eine neue erneuerbare Energiequelle. Vor der Industriellen Revolution war sie die primäre Brennstoffquelle zum Heizen und Kochen. Heute jedoch ermöglicht die effiziente Umwandlung von Biomasse zu Biogas eine erhebliche Stromproduktion.
Unter den richtigen Bedingungen dient Biomasse als Fabrik für Biogas. Natürlich erzeugen Speisereste in Ihrem Küchenabfalleimer kein nutzbares Biogas. Wenn Sie diesen Resten jedoch Sauerstoff entziehen, wie auf einer Mülldeponie, schaffen Sie die Voraussetzungen für eine biochemische Aktivität, die Biomassegas freisetzt. Aus diesem Grund müssen Techniker für Klärgruben und Kanalisationsarbeiter bei bestimmten Arbeiten Schutzausrüstung tragen – das freigesetzte Rohgas kann gesundheitsschädlich sein. Was geschieht bei der Umwandlung von Biomasse zu Biogas? Es findet eine Reihe von Reaktionen statt; diese Abfolge wird anaerobe Verdauung genannt.
Die anaerobe Verdauung beginnt mit der Biomasse selbst. Einige Formen sind „verdaulicher“, d. h. Biogas lässt sich leichter daraus extrahieren, als andere. Dies ist vergleichbar mit der menschlichen Verdauung, bei der stark faserhaltige Lebensmittel – wie rohes Gemüse – länger brauchen, bis die Nährstoffe in die Zellen gelangen. Unabhängig von den Verarbeitungsherausforderungen wird die Biomasse oft als Substrat bezeichnet. Der erste Schritt ist, das Substrat in einer sauerstofffreien Umgebung unterzubringen. Nur in Abwesenheit von Sauerstoff kann die wesentliche Zersetzung stattfinden. Einiges Substrat wird vorbehandelt, um es verdaulicher zu machen. Wie am Boden eines Komposthaufens oder in den Tiefen einer Mülldeponie beginnen in einem technischen Fermenter Bakterien, organische Materie abzubauen und Bestandteile in verschiedene Verbindungen und Elemente umzuwandeln. Schließlich wird die Biogasproduktion aus Abfällen erreicht, wenn Methan (CH₄) und Kohlendioxid (CO₂) bei diesen Reaktionen freigesetzt werden.
Meistens wird Energie aus Biomasse und Biogas zur Stromerzeugung eingesetzt. Diese Energie kann eine bestimmte Anlage, wie einen Bauernhof, versorgen oder regionale Anwendungen haben, z. B. für die Nutzung durch einen öffentlichen Versorgungsbetrieb. In den meisten Fällen treibt das Biogas einen Verbrennungsmotor an, der wiederum mechanische Energie erzeugt, die elektrische Generatoren antreibt. Manchmal gelangt Biogas direkt von der Verdauung in Heizungen und Kessel, die sonst Propangas benötigen würden. Alternativ wird es für den Transportgebrauch durch einen lokalen Gasversorger weiter veredelt. Der nach der Verdauung verbleibende Gärrest ist ein nahrhafter Dünger und kann für andere landwirtschaftliche und industrielle Zwecke verwendet werden.
Wie bereits erwähnt, kann die anaerobe Verdauung in der Natur vorkommen. Doch die Menschheit hat Wege gefunden, das dabei produzierte Biogas nutzbar zu machen. Fermenter variieren je nach Substratvolumen und dem Zweck der Methanproduktion aus Biomasse. Überdachte anaerobe Lagoon-Fermenter werden mit einer flexibiblen Abdeckung luftdicht gemacht und pumpen Biogas direkt in eine Verbrennungsvorrichtung. Plug-Flow-Fermenter sind auf Milchviehbetrieben verbreitet und unterirdisch gebaut. Komplette Mischfermenter sind oft oberirdische Tanks, die für Abwasser und als Klärschlammfermenter verwendet werden.
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