Forschungs- und Innovationsprojekt
Bundesweites Biogas-Messprogramm (BMP)

Biogas-Messprogramm III - Teilvorhaben 1: Faktoren für einen effizienten Betrieb von Biogasanlagen

Seit Inkrafttreten des Gesetzes zur grundlegenden Reform des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) zum 1. August 2014 ist der Neubau von Biogasanlagen in der Landwirtschaft in Deutschland stark zurückgegangen. Da gleichzeitig bisher nur wenige Anlagen stillgelegt wurden, ist das mittlere Alter der ca. 9000 Bestandsanlagen in Deutschland tendenziell im Ansteigen begriffen.

Der Biogassektor kann und muss seinen Beitrag zur Umstellung des gesamten Energieversorgungssystems auf erneuerbare Energieträger leisten. Kostenseitig kann festgestellt werden, dass die Bereitstellungskosten für Strom aus Biogas in den letzten Jahren nicht wesentlich gesunken sind. Aufgrund einer zu einem hohen Anteil von Substratpreisen bestimmten Kostenstruktur muss die Effizienz der Verwertungskette gesteigert und die Energiebereitstellung aus Biogas flexibler und vielfältiger gestaltet werden.

Ziele des Vorhabens

Das Biogas-Messprogramm (BMP) soll den Stand der Technik der Biogastechnologie im Lichte aktueller und zukünftiger Entwicklungen abbilden. Dafür wird jeweils an ausgewählten Biogasanlagen in Deutschland ein detailliertes Monitoring durchgeführt.
Übergeordnetes Ziel des aktuellen BMP III ist es, neue Methoden zur Bewertung der Effizienz von Biogasanlagen, im speziellen der Quantifizierung des Erfolgs von Repowering-Maßnahmen zu entwickeln und zu evaluieren. Im Fokus der methodischen Weiterentwicklung stehen Vorschriften zur Probenahme und Probenbehandlung, der Prozessbewertung über Massen- und Energiebilanzen sowie der Analyse der biologischen Prozessstabilität und Substratausnutzung. Das Projekt wird dazu genutzt, diese Methoden stärker in die Praxis hineinzutragen und durch die Veröffentlichung der Ergebnisse und der angewandten Methoden eine breitenwirksame Streuung dieser innovativen Herangehensweisen zu erzielen.

Methoden

Um eine fundierte Datengrundlage zur Weiterentwicklung von Methoden der Effizienzbewertung von Biogasanlagen bereitstellen zu können, wurde an 60 Praxisbiogasanlagen in Deutschland ein detailliertes Prozessmonitoring durchgeführt. Die Anlagenauswahl erfolgte anhand der jährlich durchgeführten Anlagenbefragung durch das DBFZ Leipzig. Diese wurde für die Zwecke des Projekts um Detailfragen zur messtechnischen Ausstattung der Biogasanlagen erweitert.

Voraussetzung zur Bewertung des Betriebserfolgs im Status Quo bzw. nach erfolgten Repowering-Maßnahmen ist die Untersuchung des Anlagenbetriebs über einen ausreichend langen Zeitraum. Als Bewertungsmaßstab wurden die im Rahmen des Biogas-Monitoring an der LfL und im BMP entwickelten und etablierten Effizienz-Kenngrößen herangezogen. Für jede im BMP begleitete Praxisbiogasanlage wurden eine Ad hoc-Bewertung des Anlagenzustands sowie eine Schwachstellenanalyse durchgeführt. Als Referenzmethode wurde hierfür das am Institut für Landtechnik und Tierhaltung entwickelte „Benchmarksystem für Biogasanlagen“ verwendet.

Methode zur Bewertung von Biogasanlagen („Benchmarksystem Biogas“)

Diese Methode kann angewandt werden, um geeignete Repowering-Maßnahmen an Biogasanlagen zu identifizieren bzw. deren Erfolg zu überprüfen:

Ablaufschema: Vorschlag für ein systematisches Vorgehen

Ergebnisse

Von den 61 untersuchten Anlagen (über beide Messphasen begleitete Anlagen mitgezählt) konnten 48 mit der Referenzmethode bewertet werden. Von den übrigen 13 Anlagen fehlten einzelne, für die Auswertung unverzichtbare Parameter, meist Daten zum Eigenbedarf an elektrischem Strom und Wärme. Das Ergebnis der Anlagenbewertung ist in der folgenden Tabelle zusammengefasst:
 sehr gutgutausreichendungenügend
Relative Biogasausbeute
Methanproduktivität		13
7		28
9		4
17		3
15
Biogasproduktion326145
Leistungsausnutzung
Methan-Nutzungsgrad		26
17		5
14		13
8		4
9
Biogasverwertung1014159
Zusammengefasst0201711
Im Bewertungsergebnis wurde ein deutlicher Verbesserungsbedarf (d. h. eine „ausreichende“ oder „ungenügende“ Bewertung) häufiger bei der Biogasverwertung (24 Anlagen) als bei der Biogasproduktion (19 Anlagen) erkennbar. Anlagen mit einer inakzeptabel niedrigen Ausnutzung des Methanertragspotentials der Einsatzstoffe bildeten die Ausnahme (7). Die Methanproduktivität des Fermentationsvolumens wurde insgesamt am schlechtesten bewertet, allerdings auch geringer gewichtet, da ein überdimensioniertes Arbeitsvolumen prinzipiell kein verfahrenstechnisches Risiko darstellt, sondern allenfalls kostenseitig von Nachteil ist. Gleichwohl zeigten 14 Anlagen, dass es durchaus möglich ist, einen tragfähigen Kompromiss zwischen effizienter Substratausnutzung und guter Produktivität des Fermentationsvolumens darzustellen. Die Ausnutzung der festgelegten Höchstbemessungsleistung für die Stromeinspeisung war insgesamt das am besten bewertete Kriterium. Der energetische Nutzungsgrad des erzeugten Biogases erhöhte sich im Gesamtbild gegenüber vorausgegangenen Messprogrammen deutlich. Gleichwohl erhielten 17 Anlagen bei dieser Bewertung ein „ausreichend“ oder „ungenügend“, d. h. ein großer Anteil der Methanenergie ging hier als Fortwärme verloren.
Die umfassende Dokumentation des BMP III steht auf den Webseiten der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) zur freien Verfügung:

Dokumentation zum Biogas-Messprogramm III Externer Link

Das Institut für Landtechnik und Tierhaltung an der LfL war bereits Projektpartner in den beiden vorausgegangenen Phasen des BMP, welche ebenfalls auf den Webseiten der FNR verfügbar sind:

Ergebnisse des Biogas-Messprogramms II – 61 Biogasanlagen im Vergleich Externer Link

Ergebnisse des ersten Biogas-Messprogramms Externer Link

Projektinformation
Projektbearbeiter: Dr. M. Effenberger, R. Kissel, R. Kliche, G. Streicher
Projektleiter: Dr. M. Effenberger
Kooperationspartner: Deutsches Biomassenforschungszentrum gemeinnützige GmbH, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie Universität Hohenheim, Kompetenzzentrum Erneuerbare Energien und Klimaschutz Schleswig-Holstein
Laufzeit: 2016 – 2020
Finanzierung: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR)
Förderkennzeichnen: FKZ 22008913