Bestandsaufnahme der in den Biogasanlagen im Norden Schleswig-Holsteins verwendeten Technologie

Bachelorarbeit von Reenie Vietheer

Einleitung:

Die Energieziele der Bundesregierung bis 2020 definieren eine Beteiligung der erneuerbaren Energien am gesamten Bruttostromverbrauch von 30 % sowie den Anteil von 14 % an der bundesweiten Wärmeversorgung. Aktuell decken erneuerbare Energiequellen 10,3 % des gesamten deutschen Endenergieverbrauchs und Bioenergie spielt dabei mit einem Anteil von mehr als 7 % eine große Rolle. Dies ist auf die vielseitige Nutzung der Biomasse zurückzuführen. Innerhalb der Bioenergienutzung wird 33 % des Stromes und 10 % der Wärme durch Biogas gewonnen. Damit ist Biogas ein wichtiges Standbein der Energieerzeugung aus Biomasse.

In Schleswig-Holstein haben erneuerbare Energien einen Anteil von 31 % an der Bereitstellung des genutzten Stroms. Nach Wind ist Biomasse die regenerative Quelle, die einen großen Teil mit über 16 % der erneuerbaren elektrischen Energie für das Land Schleswig-Holstein bereitstellt. Zwei der führenden untersuchten Landkreise des Landes sind Nordfriesland und Schleswig-Flensburg mit Anteilen am regenerativ erzeugten Strom von 170 % bzw. 62 %. In Nordfriesland werden 227.636 MWh/a Strom aus Biomasse erzeugt, die hauptsächlich auf Biogas zurückzuführen ist. Auch in Schleswig-Flensburg basiert der größte Teil der stromerzeugenden Biomasseinstallation auf Biogasanlagen. Hier werden 306.069 MWh/a aus der regenerativen Energie erzeugt. Das sind 11 % bzw. 33 % der Stromerzeugung für die Region aus der erneuerbaren Energiequelle Biogas. Diese Zahlen werden vom Stromversorger geliefert, da dieser die Stromproduktion dokumentiert, um so die Stromvergütung zu regeln. Die genaue Quelle, d.h. die Kapazität und Anlagentechnik der Biogasanlagen, ist dabei nicht bekannt. Aus diesem Grund wurde die vorliegende Studie durchgeführt. Diese hat zum Ziel die genehmigten Technologien der einzelnen Biogasanlagen, die nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz genehmigt wurden, in Schleswig-Flensburg und Nordfriesland zu erfassen.

Methodik und Abgrenzung:

Die Bestandsaufnahme der verwendeten Biogasanlagentechnologien im Norden Schleswig-Holsteins analysiert technische Daten der Biogasanlagen in den Landkreisen Schleswig-Flensburg und Nordfriesland. Bei den Daten handelt es sich um Informationen über die technischen Ausführungen der untersuchten Biogasanlagen. So werden Details der Einsatzsubstrate, Fermentationstechnik, Gärrest- und Gaslagerung aufgenommen und in der vorliegenden Studie analysiert. Die Aufnahme erfolgt aufgrund der Genehmigungsordner der Biogasanlagen der Landkreise Schleswig-Flensburg und Nordfriesland, die im Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume des Landes Schleswig-Holstein vorliegen. In jedem Ordner werden die oben genannten relevanten technischen Daten nachgeschlagen und in einer Excel-Tabelle dokumentiert. Nach der Aufnahme der Informationen, werden diese in der vorliegenden Studie analysiert und bewertet. Da die aufgenommenen Daten aus Genehmigungsordnern stammen, sind sie von theoretischem Hintergrund und werden nicht zwingend in der Praxis verwendet.

Die Bestandsaufnahme der technischen Komponenten einer Biogasanlage begrenzt sich auf die Landkreise Schleswig-Flensburg und Nordfriesland sowie auf die Biogasanlagen, welche nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG-Anlagen) genehmigt wurden. Diese Eingrenzung wurde aus zeitlichen und organisatorischen Gründen gewählt. Die Genehmigung nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) ist einer der zwei Wege, die gewählt werden müssen, um eine Biogasanlage zu genehmigen. Um diese komplizierten Genehmigungswege zu verdeutlich, wurde die Abbildung 1 erstellt. Sie zeigt den Verlauf bzw. die Abgrenzung der Genehmigungswege. So entscheiden vier Kriterien über die Art der Genehmigung einer Biogasanlage. Eine Anlage muss erstens nach dem BImSchG genehmigt werden, wenn sie im Zusammenhang mit einer genehmigungsbedürftigen Anlage, z.B. einer Tierhaltungsanlage, errichtet wird. Zweitens ist eine Genehmigung nach dem BImSchG notwendig, wenn die Feuerungsleistung des BHKW 1 Megawatt (MW) überschreitet, drittens, wenn brennbares Gas in Behältern mit einem Fassungsvermögen von über 3 Tonnen (t) gelagert wird und viertens, wenn die Güllelagerkapazität mehr als 6.500 m³ beträgt (Abbildung 1: Genehmigungskriterien einer Biogasanlage).

Die beiden folgenden Kriterien wurden nicht in der Abbildung 1 dargestellt, da sie nur für wenige landwirtschaftliche Biogasanlagen zutreffen. So muss eine Biogasanlage nach dem BImSchG genehmigt werden, wenn die Mengengrenze der biologischen Behandlung von gefährlichen und nicht gefährlichen Abfällen überschritten wird. Folglich muss bei der Mengenüberschreitung von täglich 10 t nicht gefährlicher Abfälle die Anlage nach dem BImSchG genehmigt werden. Bei gefährlichen Abfällen liegt der Grenzwert bei einer Tonne pro Tag (t/d). Auch die Lagerung von gefährlichen und nicht gefährlichen Abfällen ist ab 1 bzw. 100 Tonnen genehmigungspflichtig nach dem BImSchG.

In den folgenden Kapiteln werden die Ergebnisse der Bestandsaufnahme vorgestellt. Anfänglich werden im zweiten Kapitel die Grundlagen der Biogasanlagentechnik gelegt. Es wird auf die einzelnen Komponenten einer Biogasanlage eingegangen, Einsatzsubstrate definiert und das Produkt Biogas vorgestellt. Aufgrund der zeitlichen Begrenzung werden nur relevante Techniken, die auch bei der Bestandsaufnahme dokumentiert wurden, detailliert erläutert. Im dritten Kapitel folgen die Ergebnisse der Bestandsaufnahme. Diese Ergebnisse werden in Form von Tabellen und Abbildungen dargestellt. Da diese vom Verfasser erstellt wurden, jedoch auf den Daten des LLUR beruhen, werden sie mit ‘Darstellung nach LLUR’ ausgewiesen. Bei den Ergebnissen der Datenerhebung handelt es sich um die detaillierte Erläuterung und den Vergleich der Bestandteile der Biogasanlagentechnik aus den beiden Landkreisen. So werden die Gärbehälter Fermenter und Nachgärer analysiert. Dabei wird tiefer auf die Volumina, Vergärungsverfahren, Prozessstufen, Rührwerke und Entschwefelung eingegangen. Auch das Gärrestlager, der Gasspeicher und die Energieerzeugung werden beschrieben. Hier werden die installierte Leistung und das Blockheizkraftwerk genannt und analysiert. Am Ende des dritten Kapitels wird die Entwicklung der Genehmigungen der BImSchG-Anlagen in Schleswig-Flensburg und Nordfriesland erläutert. Außerdem wird auf die Änderungsgenehmigungen der Biogasanlagen, die zu einem späteren Zeitpunkt beim LLUR beantragt wurden, eingegangen. Das vierte Kapitel beschäftigt sich mit der Projektplanung und listet die Planer und Hersteller der Biogasanlagen der beiden Landkreise auf. Eine Zusammenfassung der Studie wird im fünften Kapitel gegeben, um diese Arbeit schließlich mit einem Fazit zu beenden.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 3.1, Substrate:

Tabelle 5 zeigt die Mengen der Einsatzsubstrate. Folglich werden die BImSchG-Anlagen des Kreises SL-FL mit 60 % NawaRo, 31 % Wirtschaftsdünger und 9 % sonstigen Substrate, die in den Kapitel 3.1.1 und 3.1.2 erklärt werden, beschickt. In den Biogasanlagen in NF werden 49 % NawaRo, 47 % Wirtschaftsdünger und 4 % sonstige Substrate vergoren. In den folgenden Kapiteln werden die Einsatzsubstrate detailliert analysiert (Tabelle 5: Menge der Einsatzsubstrate [t FM/a]).

3.1.1, Nachwachsende Rohstoffe:

Abbildung 3 zeigt, dass in den Kreisen SL-FL und NF hauptsächlich Maissilage, Getreide-Ganzpflanzensilage (Getreide-GPS) und Grassilage als feste Substrate zur Fermentation eingesetzt werden. Maissilage hat dabei den größten Massenanteil, sodass 98 % der Biogasanlagen in SL-FL diese als Substrat für die Biogasanlagenbeschickung nutzten. In NF werden 87 % der Anlagen mit Mais beschickt.

Im Kreis SL-FL wird aus den Genehmigungsunterlagen der Biogasanlage 16 (BGA 16) und 64 nicht deutlich, mit welcher Art von NawaRo die Biogasanlagen beschickt werden. Aus diesem Grund wurde eine Kategorie ‘Sonstige’ erstellt, in der auch die Zuckerrüben der BGA 60 aufgelistet werden. In wenigen Genehmigungsunterlagen wurde die Getreide-GPS als Roggen-GPS spezifiziert. Aus der Abbildung 3 links wird deutlich, dass Maissilage den größten Anteil am Substrateinsatz von NawaRo mit 87 % hat. Getreide-GPS hat einen Anteil von 9 %, gefolgt von Sonstige und Grassilage mit 3 % bzw. 1 %. (Abbildung 3: Anteile der Nachwachsenden Rohstoffe).

Auch im Kreis NF wird bei der BGA 49 nicht die Art der NawaRo genannt, sodass diese Einsatzsubstrate in der Kategorie ‘Sonstige’ aufgelistet werden. Die Getreide-GPS wird auch hier selten als Roggen spezifiziert, wobei BGA 50 Weizen angibt. Abbildung 3 rechts zeigt, dass es sich bei 81 % der festen Einsatzsubstrate um Maissilage handelt. Darüber hinaus werden im Kreis NF 11 % Getreide-GPS, 6 % Grassilage und 2 % Sonstige als NawaRo in den Biogasanlagen eingesetzt.

Bei dem Vergleich der beiden Regionen fällt auf, dass der Maissilageanteil ähnlich ist. Auch der Einsatz von Getreide-GPS steht in beiden Kreisen an zweiter Stelle, wobei in NF ein wenig mehr eingesetzt wird. Deutlich wird, dass die Biogasanlagen im Kreis NF 6-mal mehr mit Grassilage beschickt werden. Der Anteil der sonstigen Substrate ist ähnlich.

3.1.2, Wirtschaftsdünger und organische Reststoffe:

In den Kreisen SL-FL und NF wird hauptsächlich Rindergülle zur Beschickung der Biogasanlage mit Wirtschaftsdünger eingesetzt, sodass in SL-FL 55 % und in NF 60 % der Anlagen mit Rindergülle beschickt werden. Unter Festmist wird Schweine- und Rinderfestmist eingestuft, da nur selten Angaben über die Herkunft des Festmists in den Genehmigungsunterlagen zu finden sind. Auch wurde in manchen Unterlagen nicht zwischen Schweine- und Rindergülle unterschieden, sodass diese in einer eigenen Kategorie aufgelistet wurden. Die Kategorie ‘Sonstige’ beinhaltet Substrate aus der Weiterverarbeitung und organische Reststoffe. Der Einfachheit halber wird dieser gesamte Substratteil im Folgenden als Wirtschaftsdünger bezeichnet.

Im Kreis SL-FL fallen unter der Kategorie ‘Sonstige’ die Substrate der BGA 41. Hier werden große Mengen von Schlempe, Rapspresskuchen, Rapsfilterkuchen und Rohglycerin eingesetzt. Die Abbildung 4 links zeigt, dass Rindergülle den größten Einsatz mit 56 % bei der Beschickung der Biogasanlagen mit Wirtschaftsdünger im Kreis SL-FL hat. Schweinegülle (SG) und sonstige Substrate folgen mit 17 bzw. 19 %. Die Kategorie der Schweine- und Rindergülle ist mit 7% am Wirtschaftsdüngereinsatz beteiligt und Festmist mit nur 1 % (Abbildung 4: Anteile der Wirtschaftsdünger, Substrate aus der Weiterverarbeitung und organischen Reststoffe).

Unter Sonstige fallen im Kreis NF hauptsächlich die Einsatzsubstrate der TNS-Anlage BGA 33. Hier werden Panseninhalte, Glycerin, Altbrot und Abfallkartoffeln eingesetzt. In der BGA 36 werden Schlempe, Trester und Molke genutzt. Substrate der BGA 52 sind Kofermenter in Form von Abfällen aus der Landwirtschaft und Schlachterei wie Magen-, Darm- und Panseninhalte. Die BGA 53 nutzt Futterreste und Schlämme als Kosubstrate. Auch in den BGA 3 und BGA 21 werden organische Kosubstrate in Form von Molke und nicht besonders überwachungsbedürftigen Abfällen eingesetzt. Abbildung 4 rechts zeigt, dass Rindergülle mit 64 % den größten Anteil am Einsatz von Wirtschaftsdünger hat. Es folgt die Kategorie Schweinegülle mit 21 %. Einen Anteil von 8 % an der Bereitstellung von Wirtschaftsdünger haben Schweine- und Rindergülle zusammen. Sonstige Abfälle haben einen Anteil von 5 % und Festmist von 1 %.

Beim Vergleich der beiden Landkreise wird deutlich, dass in beiden Regionen Rindergülle der hauptsächliche Wirtschaftsdüngereinsatzstoff mit 56 % bzw. 64 % ist. Auch Schweinegülle hat in beiden Landkreisen einen wichtigen Anteil von 17 und 21 %. Die Kategorie ‘Sonstige’ in Form von organischen Reststoffen und Substraten aus der Weiterverarbeitung spielt im Landkreis SL-FL mit 19 % eine deutlich größere Rolle als in NF, wo nur 6 % der Einsatzstoffe aus Reststoffen bestehen. Dies ist auf BGA 41 zurückzuführen, die u.a. Schlempe als Einsatzsubstrat für die Biogasanlage nutzt. Die Anteile der Einsatzstoffe Schweine- und Rindergülle und Festmist sind in beiden Landkreisen ähnlich mit 7 % bzw. 8 % und 1 %.