Forschungs- und Innovationsprojekt
Kleine Biogasanlagen aus textilen Materialien

Hauptziel ist es, die Herstellungs- und Betriebskosten für kleine Hofbiogasanlagen gegenüber bestehenden Anlagen vergleichbarer Größe (30 bis 75 kW elektrische Leistung) deutlich zu reduzieren sowie einen sicheren und nachhaltigen Betrieb der Anlage über einen langen Zeitraum zu gewährleisten. Das vorgestellte System für Fermenter und Gärrestelager soll aus textilen Materialien in doppelwandiger Ausführung mit Leckageerkennung, externer Beheizung und Umwälzung sowie einer Aufbereitung von einzubringenden Feststoffen (vor allem Festmist) ausgeführt werden. Um das Potenzial für kleine Biogasanlagen abzuschätzen, die vorwiegend Gülle vergären, wird in einem ersten Schritt eine umfassende Bestands- und Potenzialanalyse durchgeführt. Parallel zur technischen Entwicklung und Optimierung der Anlage wird eine Ökobilanz für das Anlagenkonzept erstellt und darüber­hinaus­gehend eine Nachhaltigkeits­bewertung unter ökologischen, sozialen, ökonomischen und technischen Aspekten vorgenommen.

Im Jahr 2022 wurden von der Hochschule Landshut in dem eigens konstruierten Technikumsfermenter neben dem zukünftigen Standort der Demonstrationsanlage Abbauversuche mit Festmist aus dem Rinderstall des Agrarbildungszentrums Landshut sowie mit Kleegras als Co-Substrat durchgeführt. Beide Substrate wurden vor der Zugabe mittels eines Pürierstabs zerkleinert, wobei der Energieeintrag etwa 75 kWh pro Tonne Trockensubstanz betrug. Der Technikumsfermenter sollte ohne Rührwerk betrieben werden, es bildete sich jedoch eine Schwimmschicht aus, die den Gasaustrag zunehmend hemmte und nach 50 Tagen Versuchsdauer abgeschöpft werden musste. Daraufhin wurde ein manuell zu bedienender Hubrührer nachgerüstet.

Auf Basis der Abbauversuche im Technikumsmaßstab wurde für die Demonstrationsanlage die zu erwartende Brutto-Energieausbeute aus dem geplanten Einsatz von ca. 2 t Festmist plus ca. 400 kg Kleegrassilage pro Tag auf etwa 940 kWh Methan (Heizwert) geschätzt. Die erhöhten Anforderungen an den Gewässerschutz am Standort Landshut-Schönbrunn führten leider zu deutlichen Verzögerungen bei der Planung der Demonstrationsanlage, mit deren Errichtung nun im März 2023 begonnen wird.

Als Bestandteil der Nachhaltigkeitsanalyse für Güllekleinanlagen soll im Projekt unter anderem ermittelt werden, aus welchen Gründen sich investitionswillige Landwirte für oder gegen den Bau einer solchen Biogasanlage entscheiden. Hierzu wurde im ersten Schritt eine Befragung von Stakeholdern aus verschiedenen Bereichen der Biogasbranche (Beratung, Forschung, Anlagenplanung/-bau, etc.) durchgeführt. Eine zweite Umfrage, die sich ausschließlich an Landwirte und Landwirtinnen wendet, läuft noch bis zum Ende des Jahres (Informationen und Link zu dieser Umfrage am Seitenende).

Der Vorschlag einer zusätzlichen Förderung von Güllekleinanlagen auf dem Wege der Vermarktung von CO₂-Zertifikaten deutet auf einen wesentlichen Nachhaltigkeitsaspekt hin, der im Projekt detailliert untersucht werden soll. Bei der konventionellen Lagerung von Gülle in offenen Behältern werden Methan, Lachgas und Ammoniak freigesetzt, welche direkt bzw. indirekt zum Treibhauseffekt beitragen. Laut Deutschem Emissionsinventar für den Sektor Landwirtschaft war Methan aus dem Wirtschafts­dünger­management mit einem Anteil von 17 % an den THG-Emissionen der drittgrößte Posten nach der enterischen Fermentation (43 %) und den landwirtschaftlich genutzten Böden (43 %); betrachtet man speziell Methan, bildet das Wirtschafts­dünger­management den zweitgrößten Posten. Wird Gülle nach möglichst kurzer Vorlagerung in einer Biogas­anlage behandelt, können rund 90 % der klimawirksamen Emissionen vermieden werden und es wird zusätzlich Biogas als erneuerbarer Energie­träger bereitgestellt. Entsprechend wird die Stärkung der Vergärung von Wirtschafts­düngern tierischer Herkunft (und von landwirt­schaftlichen Reststoffen) als wichtige Maßnahme im Klimaschutz­programm 2030 der Deutschen Bundes­regierung genannt.

Entscheidend für das verfügbare Potenzial zur Vermeidung von Methanemissionen ist neben der Haltungsform die bereits realisierte Erfassungsquote der anfallenden Wirtschaftsdünger zur Vergärung in Biogasanlagen. Da rund 97 % dieser Methanemissionen aus der Haltung von Rindern und Schweinen stammen, können die übrigen Nutztiere in dieser Analyse vernachlässigt werden. Die Vergärungsquote liegt in Bayern mit lediglich 10,2 % bei den Milchkühen, 8,0 % bei den übrigen Rindern und 10,8 % bei den Schweinen deutlich unter dem durchschnittlichen Wert für Deutschland (17 % Erfassungsquote für Rinder und Schweine zusammengenommen). Hauptgrund dafür ist die Größenverteilung der Tierbestände in Bayern, wie in Abbildung 1 im unteren Diagramm dargestellt: der mittlere Tierbestand liegt hierzulande unter 50 Großvieheinheiten (GVE) und die Mehrzahl der Betriebe weist sogar einen Tierbestand von höchstens 25 GVE auf.

Für die weitergehende Analyse im Projekt wurden Angaben zur Tierhaltung aus dem Integrierten Verwaltungs- und Kontrollsystem (InVeKos) mit Daten zur Stromerzeugung aus Biogas im Markt­stammdaten­register und bei den Übertragungs­netz­betreibern verknüpft. Erwartungsgemäß ergibt sich für Betriebe mit Biogas­anlage eine deutliche Verschiebung der Verteilung hin zu größeren Tierbeständen (vergleiche Abbildung 1: oberes Diagramm). Allerdings weist die Mehrheit der Betriebe, die bereits eine Biogas­anlage haben, einen Tierbestand von unter 100 GVE auf, welcher häufig als Wirtschaftlichkeits­schwelle für Gülle­kleinanlagen genannt wird. Es kann also davon ausgegangen werden, dass hier in erheblichem Umfang noch andere Einsatz­stoffe verwendet werden.

In einer einfachen summarischen Betrachtung, das heißt ohne weitere Differenzierung der Betriebe nach den gehaltenen Tierarten und -kategorien, wurde berechnet, welcher Anteil der Methanemissionen aus dem Wirtschaftsdüngermanagement vermieden werden könnte, wenn auf allen Betrieben einer bestimmten Bestandsklasse eine Biogasanlage errichtet würde bzw. die Wirtschaftsdünger vollständig einer Vergärung zugeführt würden. Demnach liegen die größten Potenziale zur Minderung der Methanemissionen durch Vergärung bei Betrieben der Tierbestandsklasse von 50 bis unter 100 GVE mit rund 24 % (vergleiche in Abbildung 2: Szenario "50_100") bzw. 100 bis unter 200 GVE mit 30 % (vergleiche in Abbildung 2: Szenario "100_200").

In weiteren Schritten wird das realisierbare Methan­minderungs­potenzial durch Wirtschafts­dünger­vergärung genauer eingegrenzt und vor dem Hintergrund der politischen Ziele für den Klimaschutz bewertet werden.