Biogas-Herstellung: Wie wird Biogas hergestellt?
Biogas entsteht, wenn Bakterien organisches Material unter Luftabschluss abbauen — das nennt sich anaerobe Vergärung. Hier bekommst du zuerst den Ablauf in vier Stufen, dann die Substrate, die Betriebsbedingungen und die Rechnung, mit der du den Gasertrag selbst überschlägst.
1. Du füllst organisches Material (Substrat) in einen gasdichten Behälter, den Fermenter. 2. Der Fermenter wird beheizt und gerührt, Luft kommt keine hinein. 3. Bakterien bauen das Material in mehreren Stufen ab und produzieren dabei Gas. 4. Das Gas sammelt sich oben unter der Gasspeicher-Haube (der „Gasblase") und wird abgezogen. 5. Übrig bleibt der Gärrest, der als Dünger auf die Fläche geht. Das Rohgas besteht überwiegend aus Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2), dazu kommen Wasserdampf und Spuren von Schwefelwasserstoff (H2S). Das Methan ist der Teil, der brennt — alles andere ist Ballast oder muss abgeschieden werden.
Der biologische Abbau läuft nicht in einem Rutsch, sondern in vier aufeinander aufbauenden Stufen — jede von einer anderen Bakteriengruppe: Hydrolyse (lange Ketten wie Stärke, Fett und Eiweiß werden in Zucker, Fettsäuren und Aminosäuren zerlegt), Acidogenese/Versäuerung (daraus entstehen kurzkettige organische Säuren, Alkohole, CO2 und Wasserstoff), Acetogenese (die Zwischenprodukte werden zu Essigsäure, CO2 und Wasserstoff umgebaut), Methanogenese (Methanbildner erzeugen daraus schließlich CH4 und CO2). Wichtig für die Praxis: Die Methanbildner der letzten Stufe sind die empfindlichsten und langsamsten. Kippt der pH-Wert, weil zu schnell zu viel Substrat nachgeschoben wurde, versäuert der Fermenter — die Säurebildner arbeiten weiter, die Methanbildner nicht mehr. Deshalb füttert man gleichmäßig statt stoßweise.
Als Substrat eignet sich fast alles Organische: Gülle und Festmist aus der Tierhaltung, Energiepflanzen wie Mais-, Gras- oder Ganzpflanzensilage, Reststoffe aus der Lebensmittelverarbeitung sowie Bioabfall. Gülle bringt pro Tonne wenig Gas, liefert aber Wasser, Puffer und die passende Bakterienflora — Silage und Reststoffe bringen viel Gas pro Tonne, brauchen aber ein stabiles Umfeld. Deshalb fährt fast jede Anlage eine Mischung. Was nicht hineingehört: Sand und Steine (setzen sich ab), größere Mengen Desinfektions- oder Antibiotikarückstände (bremsen die Biologie) und alles, was den Anlagenzulassungs- bzw. Hygienerahmen sprengt. Bei tierischen Nebenprodukten und Bioabfall gelten zusätzliche Hygieneanforderungen — das ist ein Genehmigungsthema, kein technisches Detail.
Vier Stellgrößen entscheiden, ob die Biologie läuft: Luftabschluss (Sauerstoff bringt die Methanbildner um — der Behälter ist gasdicht), Temperatur (Anlagen fahren entweder im mesophilen Bereich um etwa 38–42 °C oder thermophil um etwa 50–55 °C; entscheidend ist weniger der genaue Wert als seine Konstanz), Durchmischung (das Rührwerk verhindert Schwimmdecken und Sinkschichten und bringt Bakterien und frisches Substrat zusammen) und Verweilzeit (das Substrat muss lange genug drin bleiben, damit der Abbau bis zur Methanstufe durchläuft — typisch sind mehrere Wochen, oft in mehreren hintereinander geschalteten Behältern). Dazu kommt eine gleichmäßige Fütterung: Der Fermenter ist ein biologisches System, kein Ofen — er verträgt keine Sprünge.
Der Gasertrag hängt nicht am Gewicht, sondern an der organischen Trockenmasse. So rechnest du es Substrat für Substrat durch: organische Trockenmasse oTM (t/a) = Frischmasse FM × TS-Anteil in % ÷ 100 × oTS-Anteil in % ÷ 100. Daraus: Biogas (m³/a) = oTM × spezifischer Gasertrag (Normliter je kg oTM). Und der brennbare Anteil: Methan (m³/a) = Biogas × CH4-Anteil in % ÷ 100. Die drei Kennzahlen je Substrat — TS, oTS und spezifischer Gasertrag — nimmst du nicht aus dem Bauch, sondern aus einer Substrattabelle (z. B. KTBL) oder besser aus einer Laboranalyse deines eigenen Materials. Silagen schwanken je nach Ernte deutlich. Wer die Wirtschaftlichkeit rechnen will, stellt daneben die Substratkosten: FM × Preis je Tonne.
Zwei Verwertungswege sind üblich. Erstens die Verstromung vor Ort: Das Rohgas geht — nach Entschwefelung und Trocknung — in ein Blockheizkraftwerk, das Strom und Wärme erzeugt. Zweitens die Aufbereitung zu Biomethan: CO2 und Störstoffe werden abgetrennt, bis das Gas Erdgasqualität hat und ins Gasnetz eingespeist oder als Kraftstoff genutzt werden kann. In beiden Fällen ist die Gasaufbereitung kein Nebenschauplatz: H2S ist korrosiv und greift Motor und Anlagentechnik an, Wasser im Gas ebenso. Der Gärrest wandert ins Endlager und von dort als Dünger auf die Fläche — er ist Teil der Anlagenbilanz und der Genehmigung, nicht bloß Abfall.
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