Energie vom Acker und aus dem Stall

Das Vorhaben war ambitioniert: Die Forscher wollten Biogas für den europäischen Markt fit machen. Konkret: Die Effizienz der Technologie soll um 30 bis 40 Prozent erhöht werden.

Biogas ist an sich eine ideale Technologie, um nachhaltig Energie zu erzeugen. Als Rohstoff können alle möglichen biogenen Substanzen dienen – von stärkehaltigen Pflanzen über Abfälle aus der Lebensmittelindustrie bis hin zu Stallmist. Diese Materialien werden unter Luftabschluss vergoren, die Bakterien produzieren daraus ein Gas, das reich an Methan (CH4) ist. Dieses ist der Hauptbestandteil von Erdgas. Auch die Infrastruktur, wie Biogas genutzt werden kann, ist vorhanden: Es kann zur Strom- und Wärmegewinnung verbrannt werden, es kann in gereinigter Form in Gasnetze eingespeist und in Erdgasautos getankt werden.

Allerdings: Noch ist Biogas deutlich teurer als Erdgas. Genau hier hakte das EU-Forschungsprojekt „EU-Agro- Biogas“ ein, das Thomas Amon, Forscher an der Universität für Bodenkultur, geleitet hat. Drei Jahre lang haben Forscher aus sieben Staaten zusammengearbeitet, das Budget lag bei 4,9 Millionen Euro, davon kamen 3,9 Millionen Euro aus EU-Mitteln.

Es ist vieles gelungen, berichtete Amon diese Woche bei der Abschlusskonferenz des Projektes in Wels. Durch optimierte Wahl der Rohstoffe und deren Aufbereitung können die Kosten um bis zu 50 Prozent gesenkt werden. Die Energieeffizienz wurde um bis zu ein Drittel gesteigert. Und: Die Potenziale an erneuerbaren Rohstoffen sind bei Weitem noch nicht ausgeschöpft. Amon und seine Kollegen haben Anbausysteme entwickelt, die pro Hektar 3000Kubikmeter Biogas (das entspricht 30.000 Kilowattstunden) pro Hektar zusätzlich erzeugen, ohne dabei die Lebensmittelproduktion zu schmälern – derzeit werden für Biogas große Flächen Mais angebaut. Das bedeutet, dass Biogas zwei Drittel des Energiebedarfs des gesamten Verkehrssektors bereitstellen könnte.

Im Zentrum stehen dabei intelligente Fruchtfolgesysteme. Vor allem durch den Anbau von Zwischenfrüchten wie Klee, Luzerne oder Senfsaat kann viel zusätzliche Biomasse gebildet werden. Diese kann zu Biogas vergoren werden, die Reststoffe kommen als Dünger zurück auf das Feld. Dadurch wird Humusaufbau ermöglicht, zusätzlich wird Luftstickstoff fixiert. Diese Art der Düngung ist noch in einer anderen Hinsicht ökologisch sinnvoll: Es wird kein zusätzlicher Mineraldünger benötigt, und dadurch gibt es auch keine Lachgasemissionen aus dem Boden. Diese führen beispielsweise bei der Biodieselproduktion dazu, dass die Klimabilanz negativ werden kann – dass also in Summe mehr Treibhausgase ausgestoßen als durch die Nutzung von nachwachsende Rohstoffen eingespart werden.

Ein wesentliches Ergebnis des EU-Projekts ist eine Datenbank mit rund 10.000 Analysen von Rohstoffen für die Biogasproduktion. „Jedermann kann sich unter seinen individuellen Bedingungen anschauen, welcher Rohstoffmix für ihn optimal ist.“ Entscheidend sind aber nicht nur die Rohstoffe selbst, sondern auch deren Mischung. Das Vermengen von festen, pastösen und flüssigen Materialien ist nicht trivial, davon hänge aber der weitere Verlauf der Gärung entscheidend ab, erläutert Amon. Bei den Biogasreaktoren selbst gibt es eine riesige Vielfalt an Typen. Und das ist, so betont der Experte, auch sinnvoll, denn die Bedingungen sind je nach Region völlig unterschiedlich. „Jede Biogasanlage ist ein Individuum.“ In Dänemark, wo viel Stallmist aus der Tierzucht anfällt, sind Fermentoren mit schnellem Stoffdurchsatz und hoher Temperatur optimal, in Österreich braucht man dagegen Anlagen, die eine längere Verweilzeit des Substrats im Reaktor ermöglichen. Allen gemeinsam ist, dass der biologische Prozess „kippen“ kann. Wenn der Säuregehalt zu groß wird, dann arbeiten die Bakterien nicht mehr optimal. Die Forscher haben nun ein Frühwarnsystem entwickelt: Sensoren überwachen ständig bestimmte Indikatoren wie die Leitfähigkeit, man bekommt daraus frühzeitig Informationen über den Gärungsverlauf. „Wenn der pH-Wert sinkt, dann ist es schon zu spät“, so Amon. Dann muss die Anlage ausgeräumt und neu hochgefahren werden – das dauert zwei bis vier Wochen.

Auch bei der weiteren Verwendung des Biogases schlummern noch viele Optimierungsmöglichkeiten. Das beginnt bei der Aufbereitung des Gases für die Verbrennung – zum Schutz der Motoren müssen Ammoniak, Wasserdampf und Schwefeldioxid entfernt werden. Das geschieht durch Filter und durch Kühlung. Will man das Gas in Netze einspeisen, muss es noch weiter gereinigt werden – vor allem das enthaltene CO2 muss abgetrennt werden.

Moderne Biogasanlagen setzen rund 40 Prozent der Energie in elektrischen Strom um. Das kann durch innovative Technologien noch erhöht werden. Und auch die Abwärme kann noch effizienter genutzt werden. Durch geschickte Planung war es beispielsweise möglich, die Verluste von 25 Prozent auf unter zehn Prozent zu senken.

All diese Faktoren wurden in Demonstrationsanlagen in der Praxis getestet, die Ergebnisse wurden einem „Life Cycle Assessment“ unterzogen, der einen „Fußabdruck“ liefert. Wenn alle Prozesse optimiert sind, ist das Ergebnis beeindruckend: „Wenn man eine Kilowattstunde Strom, die aus fossilen Energieträgern produziert wurde, durch Biogas ersetzt, dann können 0,7 bis 0,9 Kilogramm CO2 eingespart werden“, so Amon. Sein Fazit: „Biogas kann die Welt nicht retten, aber es ist ein substanzieller Beitrag zur Energieversorgung. Und die Technologie kann natürliche Kreisläufe schließen, weil Rohstoffe verwendet werden, die sonst nicht verwertet würden.“

("Die Presse", Print-Ausgabe, 29.11.2009)