Biogasanlage und Gärresttrocknung

Aufbau und Funktion der Biogasanlage incl. der Gärresttrocknung

Im Jahr 2009 entschieden wir uns aufgrund des Baus eines neuen Ferkelaufzuchtstalles auf einem neuen Standort für den gleichzeitigen dortigen Bau einer Biogasanlage. Diese Entscheidung beruhte hauptsächlich auf der Tatsache, dass die Ferkelaufzucht ein sehr energieintensiver Bereich ist, welcher gleichmäßig übers Jahr einen hohen Bedarf an Wärme hat. Ebenfalls boten sich durch den Bau einer Biogasanlage viele Synergieeffekte wie z.B. den Wegfall des Baus eines Güllelagers für den Ferkelstall, die bessere Verteilung der Erschließungskosten usw. an.

In Betrieb genommen wurde die Biogasanlage im Mai 2010 mit einer Leistung von 250 KW elektrischer Leistung. Im Jahr 2011 wurde diese Leistung dann durch die Investition in ein zweites BHKW auf eine Gesamtleistung von 500 KW elektrisch erhöht. Im Jahr 2012 haben wir diese Anlage dann durch den Bau einer 400 KW Gärresttrocknungsanlage komplementiert.

Unsere Anlage ist eine sogenannte NaWaRo Anlage nach dem EEG 2009. In der Anlage werden ausschließlich Gülle (täglich mindestens 30 % des gesamten Inputs), sowie alles was auf unserem Acker wächst (nachwachsende Rohstoffe) wie vor allem Mais, CCM, Grünschnittroggen, GPS, Gras usw. eingesetzt.

Maisanlieferung
CCM (Corn-Cob-Mix) mahlen
Rindermist schreddern

Die Anlage besteht aus mehreren Behältern. In die unterirdische Vorgrube 1 wird die Gülle aus dem Ferkelstall geleitet. Diese Gülle wird täglich über eine Pumpe dem Fermenter zugeführt.

Der Fermenter ist der erste große oberirdische Behälter, welcher komplett isoliert und gasdicht abgedeckt ist. Im Behälter befinden sich Heizschlangen und Rührwerke, welche es ermöglichen den Behälterinhalt konstant bei einer Temperatur von 40°C (mesophiler Bereich) zu halten. Die Rührwerke vermischen regelmäßig die Input Komponenten. Dieses ist eigentlich auch der wichtigste Bereich einer Biogasanlage. Die Silage, welche der Anlage mehrmals täglich über einen Feststoffdosierer und Schnecken zugeführt wird, lagert auf einer asphaltierten Silageplatte vor der Anlage. Dort anfallende Sickersäfte werden in einer weiteren unterirdischen Vorgrube 2 aufgefangen und über unsere Ackerflächen verwertet. Die Silage wird täglich mit einem Teleskoplader in den Feststoffdosierer gekippt und dort über Querförderer, Steig- und Stopfschnecken vollautomatisch dem Fermenter zugeführt und in den Behälterinhalt untergemischt. 

Im Fermenter verweilen diese Inputstoffe ca. 100 Tage und werden dann täglich in den Nachgärer (der zweite oberirdische Behälter), welcher ebenfalls isoliert ist und beheizt wird, umgepumpt. Dort wird evtl. anfallendes Restgas ebenfalls aufgefangen und der flüssige Gärrest bis zur Ausbringung gelagert.

Biogas entsteht durch den natürlichen Prozess des mikrobiellen Abbaus organischer Stoffe unter anoxischen Bedingungen. Dabei setzen Mikroorganismen die enthaltenen Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette in die Hauptprodukte Methan und Kohlenstoffdioxid um. Dafür sind anoxische Verhältnisse notwendig, also die Abwesenheit von Sauerstoff.
Der Prozess besteht aus mehreren Stufen, die jeweils von Mikroorganismen verschiedener Stoffwechseltypen durchgeführt werden. Polymere Bestandteile der Biomasse, wie Zellulose, Lignin, Proteine, werden zunächst durch mikrobielle Exoenzyme zu monomeren (niedermolekularen) Stoffen umgewandelt. Niedermolekulare Stoffe werden durch gärende Mikroorganismen zu Alkoholen, organischen Säuren, Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) abgebaut. Die Alkohole und organischen Säuren werden durch acetogene Bakterien zu Essigsäure und Wasserstoff umgesetzt. In der letzten Stufe werden durch methanogene Archaeen aus Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff und Essigsäure die Endprodukte Methan (CH4) und Wasser gebildet.
Dieses Gas wird dann bis zur Verwertung unter den gasdichten Dächern über den Behältern gelagert.

Vor der Biogasaufbereitung besteht die wassergesättigte Gasmischung aus den Hauptkomponenten Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2). In Spuren sind meist auch Stickstoff (N2), Sauerstoff (O2), Schwefelwasserstoff (H2S), Wasserstoff (H2) und Ammoniak (NH3) enthalten. Für die Verwertung von Biogas ist der Methananteil am wichtigsten, da seine Verbrennung Energie freisetzt.

Somit wird dieses Gas dann über im Boden liegende Gasleitungen zur Gaskühlung geleitet, wo durch die Abkühlung auf 8°C dem Biogas den Großteil des Wassers entzogen wird, welches wieder dem Prozess zugeführt wird. Dann geht dieses „trockene“ Gas durch einen Aktivkohlefilter und wird dort vom Schwefelwasserstoff befreit. Dann gelangt das aufbereitete Biogas in die beiden BHKW´s zur Verbrennung in den Motoren (Antrieb der Motoren wie Benzin oder Diesel beim PKW). Diese Motoren treiben jeweils einen 250 KW (elektrischer Leistung) Generator an, welcher dann Strom produziert. Dieser Strom wird dann über einen eigenen Trafo ins Mittelspannungsnetz (20.000 V) eingespeist. Da die Motoren gekühlt werden müssen, geschieht dieses mit Kühlwasser wie beim PKW, nur wird die dabei anfallende Wärme (ca. 600 KW thermisch) genutzt um den Biogasprozess, die Sozialräume und den Ferkelstall zu heizen. Alleine die Beheizung des Ferkelstalles spart jedes Jahr eine Heizölmenge von ca. 130.000 Liter ein. 

Der Rest der Wärme wird genutzt um mit einer Gärresttrocknung jährlich ca. 4.000 m3 Gärrest zu trocknen. Dies ist auch die Menge, welche in unserem Betrieb nicht über eigene Flächen verwertet werden kann und sonst über weitere Strecken mit einem LKW transportiert werden müsste.

In der Anlage wird dem flüssigen Gärrest (ca. 8 % Trockensubstanz) das Wasser entzogen. Dieses geschieht über ein Rückmischsystem von trockenen und flüssigem Gärrest und der Verteilung dieser Mischung auf Lochbänder in der Anlage, welche mit Warmluft umströmt sind. Der trockene Gärrest wird in einer Halle gelagert und ist ein begehrter Dünger für Gartenerden usw. da dieser einen sehr hohen Humusanteil und eine hohe Nährstoffkonzentration an Stickstoff (N), Phosphor (P2O5) und Kali (K2O) aufweist.

Die Luft, welche aus dem Trockner gelangt wird über einen chemischen Abluftwäscher gewaschen (von Geruch und Staub befreit). Als Nebenprodukt entsteht bei diesem Prozess wiederum ein Flüssigdünger mit hohen Gehalten an Stickstoff und Schwefel, welcher unterirdisch unter der Trocknung lagert und dann im Frühjahr auf unseren Feldern ausgebracht wird und einen Großteil des sonst notwendigen Mineraldüngereinsatzes einspart.

Im Herbst wird diese Trocknungsanlage gereinigt und dann zur Trocknung von Körnermais genutzt. Hier kann dann die Wärme genutzt werden, um diesen frisch geernteten Körnermais mit meist ca. 35 % Feuchtigkeit auf eine Feuchtigkeit von ca. 15 % zu trocknen, damit dieser lagerfähig ist und zur Produktion von Futtermitteln genutzt werden kann. Diese Trocknung wird sonst üblich beim Landhändler o.ä. mit Heizöl vorgenommen. Durch die Trocknung mit Abwärme aus Biogas wird somit täglich nochmals 1.000 Liter Heizöl eingespart.

Am Ende des Biogasprozesses steht dann noch der übrige flüssige Gärrest, welcher nicht getrocknet wird. Dieser wird dann im Frühjahr mit einem Güllefass und Schleppschläuchen bodennah als wertvoller Dünger auf unsere Ackerflächen ausgebracht. Somit ist dieser Nährstoffkreislauf dann auch wieder geschlossen.

Es wurde bei der Planung unserer Biogasanlage viel Wert darauf gelegt, dass alle Inputstoffe aus dem Nahbereich der Anlage kommen (max. 5 km Entfernung) und dass auch die Verwertung von Gärresten auf Flächen nahe der Biogasanlage geschieht. Dieses ist uns durch unsere eigenen Flächen sowie durch Gärrestabnahmeverträgen mit Nachbarlandwirten gelungen, um nicht den ökologischen Effekt der Biogasanlage durch zu lange Transportwege wieder kaputt zu machen.