Gartenbiogasanlage

FH Flensburg: Projekt des 5. Semester Regenerative Energietechnik
Gartenbiogasanlage
Analyse der Nutzbarkeit von privaten Biogasanlagen nach technischen,
ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten.
Carolina Rickert, Anne Schlensak, Brian Hansen
03.01.2014
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung ............................................................................................................. 3
2 Voraussetzungen ................................................................................................... 3
3 Rechtliche Rahmenbedingungen ......................................................................... 4
4 Substratmanagement ............................................................................................ 5
5 Betrieb der Biogasanlage ..................................................................................... 7
5.1 Vergärungsprozess ........................................................................................... 7
5.2 Gärrückstand ..................................................................................................... 8
5.3 Gasaufbereitung und Verwertungsmöglichkeiten .............................................. 9
5.4 Blockheizkraftwerk .......................................................................................... 10
6 Störungsmanagement ......................................................................................... 10
6.1 Prozessstörungen ........................................................................................... 10
6.2 Prozessstabilisierung ...................................................................................... 11
7 Anlagenoptimierung ............................................................................................ 12
8 Kostenrechnung .................................................................................................. 13
9 Wirtschaftlichkeitsberechnung .......................................................................... 14
10 Fazit .................................................................................................................... 15
11 Quellenverzeichnis ............................................................................................ 15
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1 Einführung
In dieser Ausarbeitung geht es um die private Verwertung von häuslichen Grün- und
Bioabfällen in einer dafür ausgelegten Gartenbiogasanlage. Hierbei soll im ersten
Teil auf die getroffenen Grundannahmen eingegangen und die rechtlichen
Rahmenbedingungen geklärt werden. Im zweiten Teil beschäftigen wir uns mit dem
Substratmanagment und dem Betrieb der Biogasanlage. Dazu zählen auch das
Störungsmanagment und die Anlagenoptimierung. Im letzten Teil wird die
Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage betrachtet und ein abschließendes Fazit
gezogen.
Derzeit werden der Grünschnitt und der Bioabfall, der täglich im Haushalt entsteht, in
vielen ländlichen Räumen auf Komposthaufen gelagert und später als Dünger wieder
ausgetragen. Ziel der Gartenbiogasanlage ist es die anfallenden Bio- und
Grünabfälle möglichst effizient privat zu nutzen. Zusätzlich zu dem Gärrest, der als
Dünger genutzt werden kann, wird in einer Biogasanlage auch Strom und Wärme
produziert. Diese können dann im Haushalt genutzt und damit Kosten eingespart
werden.
Als Vorbild für diese Biogasanlage dienten die bereits bestehenden Biogasanlagen
aus der Landwirtschaft. Diese wurden auf die vorhandenen Gegebenheiten
übertragen und entsprechend angepasst.
2 Voraussetzungen
Für die Betrachtung haben wir einzelne Parameter definiert. Hierzu gehören die
Zielgruppe, die Substrate und deren Eigenschaften.
Zur Dimensionierung haben wir die Daten von Nordfriesland herangezogen. Der
Kreis hat 162.237 Einwohner (Stand: 31.12.2012), wobei wir vereinfachend mit
160.000 Einwohnern rechnen. Laut dem Ministerium für Energiewende,
Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume lag das Grünabfallaufkommen 2009 bei
etwa 9.630 t FM/a. Das entspricht in etwa 60,2 kg FM pro Einwohner und Jahr.
Das Bioabfallaufkommen pro Einwohner liegt ca. bei 72,4 kg/a. Allerdings schwankt
diese Angabe zwischen 35 kg/a*E und 110 kg/a*E. Für die Dimensionierung der
Biogasanlage wird ein Haushalt von 4 Personen und eine Gartenfläche von 500m²
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mit ausreichend Schnittgut angenommen. Auf die genaue
Substratzusammensetzung wird in Abschnitt 4 eingegangen.
3 Rechtliche Rahmenbedingungen
Für die Genehmigung zum Bau einer Biogasanlage von weniger als 1 MW Leistung
für den privaten Haushalt müssen laut EEG rechtliche Rahmenbedingungen
eingehalten werden.
Bei einer Anlagenführung mit Bioabfällen muss der Bioabfallanteil mindestens 90%
betragen. Gleichzeitig muss eine Nachrottung sichergestellt sein, das heißt feste
Gärreste müssen vor dem Ausbringen kompostiert werden.
Die Grenzwerte für TA-Luft liegen für Kohlenmonoxid bei 1.000 mg/m³, für
Stickstoffoxid bei 500 mg/m³ und für Schwefeldioxid bei 350 mg/m³. Nach dem
Baugesetzbuch ist zu unterscheiden, ob eine Anlage inmitten einer Siedlung oder am
Randbereich der Gemeinde gebaut werden soll. Wenn Letzteres nicht der Fall ist, hat
die Gemeinde ein Mitspracherecht über die baurechtlichen Genehmigungen. Ob dies
auch bei einer sehr viel kleineren Anlage der Fall ist, müsste vermutlich neu geprüft
werden.
Zusätzlich gibt es auch eine Verordnung für das Wasserrecht. Dies beinhaltet, dass
der Umgang mit Bestandteilen, welche das Grundwasser verunreinigen, separat
nach §62 WHG geregelt werden muss. Um eine Einhaltung dieser Bedingungen zu
gewährleisten, ist der Anlagenbetreiber verpflichtet, eine Nachweisführung mittels
Einsatzstofftagebuch zu machen. Dieses wird jährlich durch einen Umweltgutachter
geprüft.
Anlagen unter 75 kW sind laut EEG von der Mindestwärmenutzung für den
Verbraucher entbunden. Da die geplante Anlage unter Anderem zur Wärmenutzung
gebaut werden soll, ist diese Verordnung irrelevant.
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4 Substratmanagement
Bevor eine Berechnung der eigentlichen Anlage durchgeführt werden kann, müssen
im Vorfeld die einzelnen Bestandteile von Bio- und Grünabfall genauer untersucht
werden.
Tab. 4.1: Kennwerte von Substraten [Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft]
Substrat
TM [%]
oTM [%]
Nl/kg*oTM
Nm³/t*FM
CH4 [%]
Altbrot
65,0
97,2
763,0
482,0
52,8
Käseabfall
79,3
94,0
904,0
673,8
67,5
Speisereste,
15,6
86,6
681,4
92,0
60,2
Gemüseabfälle 15,0
76,0
500,0
57,0
56,0
Zwiebeln
15,7
95,5
688,9
103,3
52,3
Altfrittierfett
95,0
92,0
1000,0
874,0
68,0
Rapsöl
99,9
99,9
1200,0
1197,6
68,0
Vollmilch
13,5
94,7
899,1
114,9
62,8
Quark
21,8
94,9
670,2
138,7
66,7
Milchzucker
100,0
99,7
758,4
756,0
50,0
Haferflocken
91,0
98,1
694,2
619,7
53,5
Kartoffel, roh
22,0
93,8
727,5
150,1
51,5
Erbsen
87,0
96,3
693,9
581,4
55,0
Wiesengras,
18,0
91,1
598,3
98,1
53,9
mittelfett
grün
Um eine optimale Biogasqualität zu erreichen, sollte möglichst die gleiche
Substratzusammensetzung in den Fermenter geschickt werden. Die
vielversprechendsten Produkte sind Öle, da diese einen Methangehalt von 68%
aufweisen. Aber auch der Methangehalt anderer Abfälle liegt im geeigneten Bereich,
da diese bei 50 % aufwärts liegen. Zur Optimierung der Fermenterbeschickung sind
die Grünabfälle zu lagern und zu silieren, damit diese das ganze Jahr über der
Anlage zugeführt werden können.
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Ab dem Frischmasseeintrag bildet sich das Gas über den ganzen Gärprozess bis es
kurz vor der Ausgabe über mehrere Aufbereitungsstufen aufgefangen wird. Das
Biogas setzt sich zum größten Teil aus Methan (50 - 75%) zusammen. Es sind aber
auch Kohlendioxid (25 - 50%), Wasser (2 - 7%), Schwefelwasserstoff (20 - 20.000
ppm) und Wasserstoff (<1%) enthalten. Sollte bei der Entschwefelung Sauerstoff
hinzugegeben werden, so ist auch dieser Bestandteil (<2%). Diese sind wichtige
Zwischenprodukte im Methanbildungsprozess und entstehen bei der Hydrolyse und
Säurebildung. Dabei ist zu beachten, dass der Wasserstoff letztendlich für die
Produktion des Methans verantwortlich ist. Sinkt die Konzentration von Kohlendioxid,
kann das an einer vermehrten Säurebildung liegen. Wenn der PH-Wert sinkt und
dieser Umstand nicht behoben wurde, kann es zu einem Zusammenbruch des
Systems führen. Die genaue Entwicklung wird im Kapitel „Prozessstörungen“ näher
beschrieben. Es sollte stets auf die Konzentration und das Verhältnis von Essigsäure
zu Propionsäure geachtet werden. Weitere Spurenelemente sind Stickstoff (<2%),
Ammonium und Ammoniak. Beim Abbau von organischen Substanzen, die Stickstoff
enthalten, wird dieser zu Ammoniak umgewandelt. Ammoniak ist dissoziiert in
Wasser und es bildet sich Ammonium. Stickstoff ist ein wichtiger Nährstoff und dient
dem Zellaufbau. Wohingegen Ammonium und Ammoniak eher eine hemmende
Wirkung auf die Methanbildung haben. Bakterien können sich an diese höhere
Konzentration adaptieren, was zu einem stabilen Prozess führt.
Bevor die Abfälle in die Anlage geschickt werden, müssen die Eingangsdaten dieser
protokolliert werden. Dies beinhaltet das Erfassen des Gewichtes und die Art des
Abfalles. Die Methanproduktion ist abhängig von der Aufenthaltszeit und dem
Zerkleinerungsgrad der Bestandteile. Umso kleiner Bestandteile sind, desto schneller
ist der Abbauprozess und desto höher ist der Abbaugrad. Da es sich bei diesen
hauptsächlich um trockene Bestandteile handelt, ist es sinnvoll, diese vor der
Einbringung mit Prozesswasser anzuimpfen. Dazu kann man die flüssige Phase des
Gärrückstandes verwenden. Diese Flüssigkeit nennt man auch Rezirkulat.
Bevor das Substrat in den Fermenter eingebracht wird, muss es mechanisch
zerkleinert werden. Eine gute Möglichkeit wäre einen Schredder zu benutzen. Dieser
würde außerhalb vom Fermenter liegen und eignet sich am Besten für Substrate mit
hohem Trockengehalt. Außerdem ist es möglich, einen Vorrat an zerkleinerten
Abfällen im Schredder zu lagern.
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Da das Substrat kontinuierlich verfügbar ist, eignet sich das Durchflussverfahren. Mit
der Verweildauer kann der laufende Vergärungsprozess reguliert werden, um
maßgebliche Unterbrechungen zu vermeiden. Damit ist eine gleichmäßige
Gasproduktion gewährleistet.
5 Betrieb der Biogasanlage
5.1 Vergärungsprozess
Durch den hohen Trockensubstratgehalt findet eine Feststoffvergärung statt,
weswegen sich ein Pfropfenstromreaktor anbietet. Dieser ist sehr kompakt und
günstig in der Bauweise und eignet sich besonders für Kleinanlagen. Weitere Vorteile
zeigen sich im laufenden Prozess. Es ist zu beobachten, dass keine Sink- und
Schwimmschichten entstehen können, da das Substrat kontinuierlich weiterbefördert
wird. Dies wird durch die gleichmäßige Verteilung und Durchmischung der Paddelund Haspelrührwerke erzielt. Bei Schwimmdecken würde sich faseriges Material
sammeln und an der Oberfläche verfilzen. Diese feste Struktur würde den
Rührprozess behindern. Die Schaumbildung ist eine Folge von reduzierter
Oberflächenspannung. Sie tritt bei optimalen Bedingungen nicht auf, jedoch ist die
Ursache dafür nicht genau bekannt. Allerdings wird es zum Problem, wenn die
Gasleitungen verstopft werden. Aufgrund der kompakten Bauweise ist der Reaktor
effektiv beheizbar und es entstehen nur geringe Wärmeverluste. Die Heizkörper
können entweder intern mit dem Rührer verbunden werden oder extern an der Wand
angebracht sein. Die Temperatur in dem Fermenter sollte stets im mesophilen
Bereich, also zwischen 37°C und 42°C, liegen, um eine hohe Gasausbeute zu
gewährleisten. Außerdem ist darauf zu achten, dass der PH-Wert zwischen 6,5 und 8
liegt und der Prozess unter Ausschluss von Sauerstoff stattfindet. Eine Gasbildung ist
auch noch unter bzw. über diesen Werten möglich. Diese Bedingungen stellen sich in
der Regelt selbst ein, da die Bakteriengruppen ein selbstregulierendes System sind.
Das Biogas sammelt sich ebenfalls im Fermenter und der Gasspeichermembran,
welche sich in Folge des ansteigenden Druckes ausdehnt. Dieser Speicher muss
gasdicht und druckfest sein und das Volumen von ein bis zwei Tagesförderungen
speichern können. Aus der Summe der Gaserträge, der am Input beteiligten
Substrate, kann die Gasausbeute abschätzt werden. Aus Sicherheitsgründen sollte
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eine Über- und Unterdruckschutzvorrichtung vorhanden sein, wie zum Beispiel einer
Notfackel.
Vorteile für die Auswahl dieses Fermenters sind zum Einen, dass Feststoffe aller Art
verwendet werden können. Zum Anderen ist es eine sehr wartungsarme Anlage, bei
der die Wartung schnell und einfach vorgenommen werden kann. Das liegt daran,
dass das Getriebe außerhalb des Fermenters liegt.
Quelle: EISENMANN Anlagenbau GmbH & Co. KG
5.2 Gärrückstand
Nach der Mindestverweilzeit der Rohstoffe im Fermenter muss der Gärrückstand
gelagert und aufbereitet werden. Dazu wird die flüssige von der festen Phase mithilfe
eines Auspressverfahrens getrennt. Die flüssige Phase kann anschließend als
Rezirkulat genutzt und mit den frischen Substraten durchmischt werden. Dies führt zu
einer Anmaischung der Frischsubstrate. Auch die Verwendung als Dünger ist
möglich. Die Feststoffe können nach kurzer, offener Lagerung, welche die
Stickstoffemissionen verringert, als Dünger genutzt werden. Durch den anaeroben
Abbauprozess sind die Stoffe besser löslich, enthalten aber trotz Vergärung noch alle
Nährstoffe. Diese sind durch die Aufspaltung der Kohlenstofffraktion besser
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pflanzenverfügbar. Wenn man den Feststoff länger lagern möchte, sollte man ihn
abdecken, da dieser nachgärt und Geruchsstoffe entstehen können. Außerdem
können bei der Nachgärung Ammoniak und Lachgas entstehen. Bei der festen
Phase ist darauf zu achten, dass Sickersaft entsteht und dieser aufgefangen werden
muss.
Neben diesen Produkten entstehen allerdings auch Schadstoffe, deren
Konzentrationen durch die verwendeten Substrate bestimmt werden. Die
Schwermetallgrenzwerte für Blei, Cadmium, Chrom, Nickel und Quecksilber werden
bei dem Prozess allerdings nur bis zu 17% erreicht. Bei Kupfer liegt die
Ausschöpfung bei 70% und bei Zink bei etwa 80%.
5.3 Gasaufbereitung und Verwertungsmöglichkeiten
Das aus dem Prozess entstandene Biogas findet einen überwiegenden Nutzen bei
Verbrennungsmotoren, die der Verstromung dienen. Allerdings ist die direkte
Nutzung des gewonnenen Rohgases wegen verschiedener im Gas enthaltener
biogasspezifischer Inhaltsstoffe, wie Schwefelwasserstoff, nicht möglich. Das macht
mehrere Reinigungsstufen erforderlich.
Die Entschwefelung kann auf biologischem, chemischem oder physikalischem Weg
erfolgen. Für die Gartenbiogasanlage mit geringen Gasströmen eignet sich zunächst
die chemische Grobentschwefelung durch Sulfidfällung. Dabei wird der Schwefel mit
Eisenverbindungen gebunden und dadurch die Schwefelwasserstofffreisetzung
unterdrückt. Anschließend können weitere Verfahren zur feineren Entfernung
erfolgen. Dieses geschieht zum Beispiel durch in Serie geschaltete Aktivkohlefilter.
Ein weitere Möglichkeit zur Aufbereitung ist die Adsorptionstrocknung. Sie arbeitet
auf Basis von Zeolithen, Kieselgelen und Aluminiumoxiden. Durch Erhöhung des
Drucks im Fermenter auf sechs bar bis zehn bar wird die Temperatur herabgesenkt.
Dabei wird dem Rohgas Wasserdampf entzogen.
Zum Abschluss müssen Kohlendioxid und Methan voneinander getrennt werden.
Dazu bietet sich die Druckwasserwäsche an, die bei 50% aller Biogasanlagen zum
Einsatz kommt. Im Gegenstromverfahren werden dabei Wasser und das Rohbiogas
unter Druck in einem Absorber gereinigt. Dabei lösen sich unerwünschten Gase,
sowie ein geringer Teil des enthalten Methans in der Waschlösung.
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5.4 Blockheizkraftwerk
Das BHKW ist eine modular aufgebaute Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie,
die vorzugsweise am Ort der Gasgewinnung betrieben wird. Sie nutzt dazu das
Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Als Antrieb für den Stromerzeuger können
Verbrennungsmotoren, wie Gas-Otto-Motoren, verwendet werden.
In der Landwirtschaft wäre der nächste Schritt, das aufbereitete Gas in das
Erdgasnetz einzuspeisen. Bei der Gartenbiogasanlage soll das gewonnene Gas nur
für private Zwecke dienen und die gewonnene Abwärme auf direktem Weg als
thermische Energie genutzt werden. Der Wirkungsgrad vom BHKW ist ein Maß für
die Effektivität der Energie, die zugeführt wird. Wirkungsgrad und Leistung sind
abhängig von den Aggregatzuständen, den Motorenkomponenten, wie Motorenöl
und Ölfilter. Da die Abwärme vollständig und ortsnah genutzt wird, kann ein
Gesamtwirkungsgrad von 80% bis 90% erreicht werden. Dieser setzt sich aus dem
elektrischen und dem thermischen Wirkungsgrad zusammen. Um Biogas effektiv
nutzen zu können, stellen Gasmotoren Anforderungen an die physikalischen
Eigenschaften des Gases, wie Druck- und Volumenstrom. Falls die Parameter die
Vorgaben nicht erfüllen, werden die Motoren mit Teillast betrieben oder abgeschaltet.
Erforderlich für die Gasmotoren ist ein Mindestanteil an Methan im Biogas von
ca.45%.
6 Störungsmanagement
6.1 Prozessstörungen
Es gibt viele verschiedene Einflussfaktoren, die den Vorgang der Biogasproduktion
hemmen können und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage negativ beeinflussen.
Um eine gute Produktion gewährleisten zu können, muss man diese Faktoren
identifizieren und analysieren. Es müssen anschließend Vorkehrungen zur Behebung
vorgenommen werden.
Es kann vorkommen, dass die Substrate beim anaeroben Vorgang unzureichend
abgebaut werden. Häufig liegt der Grund bei den Bakterien, deren
Milieubedingungen nicht optimal sind. Erkannt werden kann dies durch den
kontinuierlichen Anstieg der Fettsäurekonzentration. Wird auf diese Störung nicht
reagiert, entsteht eine Kettenreaktion. Diese führt zunächst zu einer Bildung von
Essig- und Propionsäure, Verminderung des Methangehaltes, Versäuerung des
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Prozesses und schließlich zum vollständigen Zusammenbruch der Gasproduktion.
Weitere Ursachen für eine Prozessstörung können Mangelerscheinungen einiger
Spurenelemente, Temperaturschwankungen, der Zusatz von hemmenden
Substanzen (Ammoniak, Desinfektionsmittel und Schwefelwasserstoff), die
Überlastung des Gesamtprozesses oder Fehler bei der Beschickung sein. Es ist zu
beachten, dass die Substratzugabe kontinuierlich durchgeführt wird und möglichst
aus den gleichen Inhaltsstoffen besteht. Allerdings darf sie nicht zu hoch dosiert sein,
da es sonst zu einer „Überfütterung“ kommen kann.
Diese Einflussfaktoren sorgen dafür, dass eine exakte Messung meist problematisch
und damit eine geschlossene Massenbilanzierung nicht vertretbar ist.
Um Leckagen im Fermenter und damit das Entweichen des Gases erkennen zu
können, werden dem geruchslosen Gas über die Substrate zusätzlich Geruchsstoffe
beigemischt.
6.2 Prozessstabilisierung
Sobald eine Störung des Prozesses auftritt, ist es meist schon hilfreich, die
Inputmenge zu reduzieren. Dadurch wird die Raumbelastung erst einmal
herabgesetzt, der Prozess wird effektiv entspannt und der Methangehalt des
Biogases steigt wieder. Somit bleibt die Gasproduktion nach der Reduktion konstant.
Falls es zu einem Mangel an Spurenelementen kommt, können sogenannte Additive
beigemischt werden. Diese Schwermetalle sollten jedoch nur in geringen Mengen
hinzugefügt werden, da sie hemmend auf den Prozess wirken können.
Wenn es zu einer nicht gewollten Selbsterwärmung kommt, muss der Prozess
gekühlt werden. Da eine Kühlung jedoch schwer realisierbar ist, kann die
Prozesstemperatur vom mesophilen zum thermophilen Bereich umgestellt werden.
Während der Umstellung ist zu beachten, dass der Prozess instabil ist und keine
übermäßige Substratzugabe vorgenommen werden sollte.
Bei einer Hemmung des Prozesses durch Ammoniak oder Schwefelwasserstoff muss
die Temperatur herabsetzt und die Inputzusammensetzung verändert werden. Auch
eine Wasserzugabe zur Verdünnung oder die Zugabe von Eisensalzen zur
Sulfidfällung können hilfreich sein.
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7 Anlagenoptimierung
Eine Optimierung sollte in den Bereichen der Technik und Ökonomie stattfinden.
Ebenfalls sollten die Auswirkungen auf die Umwelt betrachtet und im besten Fall
deutlich verbessert werden. All diese Parameter beeinflussen sich gegenseitig. Dies
hat zur Folge, dass die Lösungsansätze sehr unterschiedlich sein können. Kosten,
Gasertrag und die Minimierung der Umweltauswirkungen sind Kriterien dafür. Ziel ist
es, die Ausfallzeiten der Anlage zu reduzieren und eine reibungslose Prozessführung
zu erreichen. Außerdem sollte man versuchen, die Schadstofffreisetzungen in Luft,
Wasser und Boden zu reduzieren.
Förderlich hierfür sind der Einsatz von verschleißarmen Werkstoffen und
Technologien, sowie die redundante Ausführung für kritische Komponenten. Um
Störungen möglichst schnell zu detektieren, sollte geeignete Messtechnik installiert
werden. Dieses kann zum Beispiel durch SPS-programmiete oder PDI-Regelstrecken
erfolgen. Man muss allerdings gleichzeitig den Kosten-Nutzen-Faktor beachten.
Eine Analyse der ökonomischen Komponenten sollte in dem Bereich Betriebskosten
vorgenommen werden. Dazu gehören Wartungs-, Reparatur-, Energie- und
Instandhaltungskosten, wobei die Energiekosten aus den Heiz- und Stromkosten
zusammengesetzt werden. Im Vorfeld sollte kalkuliert werden, wie viel man für die
Anlage investieren muss und wie hoch die Zinsen sind. Von Vorteil ist, dass für die
Anlage keine Substratkosten berechnet werden müssen, da es sich ausschließlich
um den eigenen Abfall handelt und dafür gleichermaßen die Kosten für die
Müllentsorgung eingespart werden. Des Weiteren werden Strom- und Gaskosten
eingespart, da die Abwärme bzw. das Biogas zum Privatverbrauch genutzt werden
können.
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8 Kostenrechnung
Die Wirtschaftlichkeit der Mikrobiogasanlage kann anhand einer Kostenrechnung
dargestellt werden. Für diese Rechnung wurden die landwirtschaftlichen Anlagen als
Vergleich herangezogen. Der Pfropfenstromfermenter, wie in der entwickelten
Anlage eingebaut, wird auch von der Firma Novatech aus Wolpertshausen
angeboten. Für die Kostenrechnung wurden diese technischen Daten als Vorlage
herangezogen und auf die Kleinanlage runterdimensioniert.
370 kW Gasmotor
1,5 kW Gasmotor
937 m³
3,54 m³
Nachgärlager
11527 m³
46,74 m³
Substrat
Rindergülle, Putenmist,
NaWaRo, Biomüll
Fermenter
(Nettoreaktorvolumen)
NaWaRo, Mais, GPS
Rührwerk
2 x Haspelrührwerk
1 x Haspelrührwerk
Verweilzeit
39 Tage (ohne Rezirkulat)
39 Tage (mit Rezirkulat)
Abbauleistung
4,5 kg*oTs/(m³*d)
4,5 kg*oTs/(m³*d)
Stromverbrauch
13% Gärrest
15% Feststoffeintrag
29% Rührwerke
10% Gärrest
37% BHKW
30% Rührwerk
6% Feststoffeintrag
45% BHKW
15% Notkühler
Kostenbereiche
62% Investition
62% Investition
(Verteilung über 20 Jahre)
19% variable Kosten
19% variable Kosten
7% Wartung Rührwerk
7% Wartung Rührwerk
4% Feste Kosten
4% Feste Kosten
4% Wartung Fermenter
4% Wartung Fermenter
4% Wartung
4% Wartung
Rührwerksmotor
Rührwerksmotor
Gesamtkosten
455.999€
8.000€
Jahreskosten
34.601€
150€
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9 Wirtschaftlichkeitsberechnung
Anlage
Ertrag des Systems: Wärme [kWh]
Ertrag des Systems: Strom [kWh]
Bezugsfläche: [m²]
Wirtschaftlichkeitsparameter
Lebensdauer: Jahre
Kapitalzins: %
Kosten (Barwerte)
Investitionen: [€]
Förderung: [€]
Einsparung: [€/a]
Betriebskosten: [€/a]
Kapitalwert: [€]
Amortisationszeit: [a]
Wärmepreis: [€/kWh]
Strompreis: [€/kWh]
496,01
366,62
33,52
20
0
8000
0
149,88
150
0
∞
0,11
0,26
In der obigen Tabelle sieht man die Wirtschaftlichkeitsberechnung der Anlage. Aus
den Daten von Nordfriesland (vgl. Kapitel 2) ist ersichtlich, dass Rasenschnitt im
Frischmassenverhältnis zu Bioabfall 0,454 steht. Die Gasausbeute für Bioabfall
wurde aus Tabelle 4.1 zu gleichen Teilen ermittelt. Daraus ergibt sich eine
Gesamtmethanausbeute von 86, 95 Nm³ bzw. 1078,29 kWh (Nennwert:
12,4kWh/Nm³). Der Strom- und Wärmeertrag des Systems setzen sich aus der
Multiplikation mit den jeweiligen Wirkungsgraden zusammen. Unter Berücksichtigung
der aktuellen Energiekosten für Strom und Wärme ergibt sich eine Gesamtersparnis
von 149,88 € pro Jahr. Die Investitionskosten von 8000 € setzen sich aus den
Anschaffungskosten der einzelnen Komponenten, wie BHKW und Fermenter,
zusammen. Installationskosten werden hierbei nicht berücksichtigt. Es werden
Betriebskosten von 150 € jährlich veranschlagt. Die Anlage arbeitet nach den 20
Jahren noch immer nicht wirtschaftlich.
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10 Fazit
Anhand der dargestellten Berechnungen und Ergebnisse lässt sich abschließend
sagen, dass eine allgemeine Nutzung von Gartenbiogasanlagen in privaten
Haushalten nicht sinnvoll ist.
Da wir grundsätzlich noch mit dem optimalen Betriebspunkt gerechnet haben, muss
davon ausgegangen werden, dass die Einsparung noch geringer ausfallen wird,
sodass die Betriebskosten vermutlich nicht annähernd gedeckt werden. Es ist nicht
nur so, dass sich die Investitionskosten nicht amortisieren, sondern durch die
Betriebskosten noch weitere jährliche Verluste auftreten.
11 Quellenverzeichnis
1. Schubert, Andrea. Das Biomassepotential zur Energieerzeugung der Stadt Dresden.
2007.
2. consentis - Prinzip Biogas. [Online]
3. Nachrichten Energie/ Erneuerbare Energie. proplanta. Das Informationszentrum für die
Landwirtschaft. [Online] 18. November 2012.
4. Schütt, Dipl.-Ing. Broder. Grünabfall- und Schnittholzholzverwertung in SchleswigHolstein unter Klimaschutzaspekten. schleswig-holstein-website. [Online] März 2011.
5. Ökonomik regenerative Energie: Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für
Agrarökonomie. Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Agrarökonomie.
[Online]
6. Leitfaden Biogas: Fachagentur nachwachsender Rohstoffe. Fachagentur nachwachsender
Rohstoffe-Website. [Online] 2013.
7. Grünabfälle: Landwirtschaft und Umwelt Schleswig-Holstein. Landwirtschaft und Umwelt
Schleswig-Holstein-Website. [Online] Mai 2011. [Zitat vom: 28. Dezember 2013.]
8. Eisenmann Anlagenbau GmbH & Co. KG. Pfropfenstromreaktor.
9. NOVATECH GmbH . Praxisvergleich Propfenstromfermenter - Rührkesselfermenter.
[Online] 2008.
10. AWR: Abfallwirtschaft Rendsburg - Eckernförde. Wir geben Biogas. 2013.
11. Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen. biogas.fuerstenberg-forum. [Online] 2007.
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