Biogas aus landwirtschaftlichen Rest- und Abfallstoffen

Über 50 % der in Biogasanlagen eingesetzten Substrate sind Rest- und Abfallstoffe, darunter tierische Exkremente, Stroh und andere Ernterückstände, Landschaftspflegematerial oder Bioabfall (Abb.). Der Anteil von Gülle und Festmist an den Rest- und Abfallstoffen überwiegt deutlich und beträgt etwa 87%.

Rest- und Abfallstoffe, die zur Biogaserzeugung geeignet sind, kann man unterteilen in:

• Tierische Exkremente, wie Gülle und Festmist
• Sonstige landwirtschaftliche Reststoffe, wie Stroh und andere Erntereste
• Industrielle Abfälle und Reststoffe, z.B. aus der Nahrungs- und Futtermittelherstellung
• Kommunale Abfälle und Reststoffe, wie Bioabfall, Grünschnitt und Gartenabfälle 

Die Bereitstellung der Gärsubstrate bestimmt maßgeblich die Wirtschaftlichkeit einer Biogasanlage. Auch wenn die Masse-bezogenen Methanerträge bei Energiepflanzen deutlich höher liegen als bei Rest- und Abfallstoffen, stehen letztere größtenteils kostenfrei zur Verfügung. In einigen Fällen müssen lediglich Transportkosten berücksichtigt werden. Die Nutzung von Rest- und Abfallstoffen in Biogasanlagen reduziert darüber hinaus Klimagas-Emissionen: Gülleanlagen, in denen das aus der Gülle austretende Methan in Strom und Wärme umgewandelt wird, mindern die Treibhausgas-Emissionen erheblich.

Status Quo

In Deutschland werden Reststoffe mit einem Energiegehalt von bis zu 74 PJ je Jahr zur Biogaserzeugung genutzt (Abb.). Davon machen tierische Exkremente den größten Anteil aus, gefolgt von industriellen Abfällen und kommunalen Reststoffen. Stroh hat mit 0,4 PJ/a einen geringen Anteil.

Potenziale und Perspektiven

Das technische Potenzial für die Biogaserzeugung aus Rest- und Abfallstoffen liegt in Abhängigkeit der Nutzungspfade der berücksichtigten Biomassen zwischen 258 und 385 PJ/a. (Abb.)  

Daraus resultiert ein ungenutztes Rest- und Abfallstoffpotenzial für die Biogasherstellung, dass zwischen 195 - 310 PJ/a liegt. Die Datenerhebungen zur Substratnutzung in Biogasanlagen aus den Jahren 2015 bzw. 2016 zeigen, dass zurzeit etwa 20-25 % der verfügbaren Reststoffe zur Biogaserzeugung eingesetzt werden. Durch die Erschließung des noch verfügbaren Potenzials kann die Biogaserzeugung für die Bereitstellung von erneuerbaren Kraftstoffen, Strom und Wärme noch deutlich zunehmen.

Herausforderungen

Das verfügbare Biogaspotenzial aus Rest- und Abfallstoffen ist hoch, die künftige Entwicklung hinsichtlich Ausbau und Nutzung von Rest- und Abfallstoffen jedoch abhängig von agrar- und energiepolitischen sowie rechtlichen Rahmenbedingungen. Zudem stellt der Einsatz von Rest- und Abfallstoffen Biogasanlagenbetreiber u. a. auch aus verfahrenstechnischer Sicht vor große Herausforderungen. Forschung und Entwicklung können dazu beitragen, das verfügbare Rest- und Abfallstoffpotenzial zu mobilisieren und vermehrt zu nutzen.   

Förderaufruf des BMEL und aktuelle Projekte

Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) forciert die Nutzung von landwirtschaftlichen Rest- und Abfallstoffen für die Biogaserzeugung. Mit dem bundesweiten Förderaufruf „Stärkung der landwirtschaftlichen Rest- und Abfallstoffverwertung für die Biogaserzeugung“ hat das BMEL innovative Forschungs- und Entwicklungsvorhaben initiiert, mit denen die Erschließung und Verwertung landwirtschaftlicher Rest- und Abfallstoffe vorangebracht werden soll.

Mit den über das Förderprogramm Nachachsende Rohstoffe geförderten Forschungs- und Entwicklungsvorhaben verfolgt das BMEL einen breiten Ansatz, um die Nutzung von Rest- und Abfallstoffen aus der Landwirtschaft erfolgreich zu realisieren. In den jüngst bewilligten Projekten werden Verfahrens- und Technologieentwicklungen zur Biogaserzeugung und Gärprodukteaufbereitung, die Erprobung neuer Substrate sowie die Aufbereitung und Bereitstellung von Informationen zum Abgleich von Potenzialen, Angebot und Nachfrage nach Biogassubstraten und Gärprodukten verfolgt. Informationen zu den einzelnen Vorhaben sind unter den verlinkten Förderkennzeichen in der Projektdatenbank der FNR abgelegt.

Biogasproduktion in Hochlastfermentern zur intelligenten Energiebereitstellung

Projektpartner:

• FH Münster – Fachbereich Energie-Gebäude-Umwelt (22031318)                                                                                                                                  Teilvorhaben 1: Grundlagen und Laborversuche
• PlanET Biogastechnik GmbH, Vreden (2219NR16)                                                                                                                                                      Teilvorhaben 2: Konzeptionierung und Testbetrieb        

StroPellGas – Nachhaltiger Einsatz von Strohpellets zur Biogaserzeugung     

Projektpartner:               

• Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen, Fakultät Ressourcenmanagement/NEUTec, Göttingen (22041518) Teilvorhaben 1: Charakterisierung der Strohpellets zur Biogaserzeugung
• Georg-August-Universität Göttingen - Fakultät für Agrarwissenschaften - Department für Agrarökonomie und Rurale Entwicklung - Betriebswirtschaftslehre des Agribusiness (2219NR075)                                                                                                                                                                                    Teilvorhaben 2: Sozioökonomische Bewertungen
• Georg-August-Universität Göttingen, Abteilung Eigenbetriebe (2219NR101)                                                                                                                Teilvorhaben 3: Praxisversuche

Effiziente Aufbereitung alternativer Biogassubstrate durch gezielte Kombination von Entstickung, Ammoniakaufschluss und Pelletierung

Projektpartner:               

• Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS), Dresden (22041618)                                                                                                              Teilvorhaben 1: Verfahrenskonzeption und Optimierung für die Maximierung der Biogasausbeute
• ATS - Agro Trading & Solutions GmbH, Hardegsen (2219NR123)                                                                                                                             Teilvorhaben 2: Technische Entwicklung und praxisnahe Erprobung für die kombinierte Ammoniakbehandlung und Pelletierung

Verstärkte energetische Nutzung stickstoffreicher landwirtschaftlicher Abfallstoffe durch biologische Stickstoffreduzierung

Projektpartner:               

• Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH (DBFZ), Leipzig (22042118)                                                                                                               Teilvorhaben 1: Verfahrensentwicklung im Labormaßstab
• AEV Energy GmbH, Dresden (2219NR138)                                                                                                                                                             Teilvorhaben 2: Übertragungskonzept für Praxisanlagen
• Ellmann Engineering (EE) GmbH, Laucha an der Unstrut (2219NR140)                                                                                                                            Teilvorhaben 3: Biologische Stickstoffreduzierung im Labor- und Pilotmaßstab

Untersuchung der Eignung landwirtschaftlicher Reststoffe zur Flexibilisierung des Biogasprozesses mittels modellgestützter Methoden und Verschneidung der Ergebnisse mit vorhandenen Mengenpotentialen 

Projektbearbeitung:     

• Deutsches Biomasseforschungszentrum gGmbH (DBFZ), Leipzig (22041818)

Landwirtschaftliche Rest- und Abfallstoffverwertung – Lösungsansätze zur technischen Anpassung bestehender Biogasanlagen für die Nutzung faseriger Reststoffe (LARA)

Projektpartner:    

• Technische Hochschule Ingolstadt (22042218)                                                                                                                                                            Teilvorhaben 1: Anlagentechnische Untersuchungen                                                                               
• Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) (2219NR158)                                                                                                                 Teilvorhaben 2: Prozesstechnische Untersuchungen
• C.A.R.M.E.N. e.V. (2219NR196)                                                                                                                                                                                  Teilvorhaben 3: (sozio-) ökonomische Untersuchungen