Was ist "bio" an Biogas?
In der Debatte um erneuerbare Energien und Nachhaltigkeit spielen Biogasanlagen eine prominente, allerdings auch heftig umstrittene Rolle. Ganz selbstverständlich reden wir dabei von "Biogas" und "Biogasanlagen" und transportieren die positive Grundbewertung von "bio", wie wir sie vom Lebensmitteleinkauf im "Bioladen" kennen, zumeist unreflektiert auf hochtechnische Anlagen, die sich gerne mit dem Etikett "bio" schmücken, auch wenn nicht immer "bio" drin ist.
Biogas wird ein Gasgemisch genannt, das überwiegend aus Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2) besteht. Es entsteht bei der Gärung organischer Materialien ("Biomasse") sowohl pflanzlicher als auch tierischer Herkunft. Bekannt ist es vom Misthaufen oder von morastigen Teichen her. Die häufige Verbindung mit seichten stehenden Gewässern und Sümpfen führte auch zur Bezeichnung "Sumpfgas" für Methan. Methan und Kohlendioxid sind geruchlos. Was als Biogas-Geruch gilt, geht überwiegend auf Schwefelwasserstoff zurück.
Eine wichtige Quelle für die natürliche Produktion von Biogas ist der Magen von Wiederkäuern, insbesonders bei Kühen. Eine heutige Hochleistungskuh entlässt pro Tag ca. 400 Liter Methan. Bei einem Jahresbedarf von 690.000 cbm Methan für eine Anlage mit 500 kW Leistung (die Normalanlagengröße in Deutschland im landwirtschaftlichen Bereich) werden 4.726 Kühe für eine Anlage benötigt. Die 12,5 Millionen Kühe in Deutschland könnten mit ihrem Methanausstoß ca. 2.539 Biogasanlagen mit 500 kW Leistung optimal betreiben. Ihr "Biogas" geht jedoch ungenutzt in die Luft.
Die Hauptbestandteile von Biogas sind aktuell als Treibhausgase in Verruf geraten. Methan ist dabei etwa 23-mal so schädlich wie CO2. Den höchsten anthropogenen Methanausstoß verursacht die Landwirtschaft, insbesondere über die Viehhaltung. Über die Düngung wird Lachgas frei, das etwa 300-mal so schädlich ist wie CO2.
Es sind biologische Prozesse, die für die Gasentstehung in Biogasanlagen zuständig sind. Analog zum Kuhmagen werden überwiegend pflanzliche Produkte vergoren, wobei vor allem Methan und Kohlendioxid entstehen. Ein Gütesiegel, wie bei Bioprodukten im Lebensmittelbereich, ist damit jedoch nicht verbunden.
Auch aus hochgradig mit Pestiziden belastetem Mais kann "Biogas" entstehen. Und die Substratreste (Anlagenabfall, Anlagengülle), auf Äcker ausgebracht, können den Boden belasten. Durch auslaufende Gülle aus Biogasanlagen wurden schon öfter Bäche und Flüsse vergiftet, teilweise über Kilometer jedes Wasserleben zerstört. Inzwischen wird die Gülle aus Biogasanlagen in bestimmten Regionen Nordrhein-Westfalens und anderswo auch zu einem Problem für das Grundwasser, als Nitratbelastung.
Mit Blick auf die Stromerzeugung in Biogasanlagen titelte die ZEIT am 14.07.2011 sogar "Biostrom, nein danke!". Denn Biogasanlagen schaden der Umwelt, so der Tenor des Beitrags.
Biogasanlagen gibt es in den unterschiedlichsten Varianten. Differenzierungsmerkmale sind: Verwendetes Verfahren zur Vergasung, Durchsatzgröße der Anlage, Stromleistung des angeschlossenen BHKW/Generators, erzeugte Produkte, verwendete Substrate.
Nach dem Verfahren unterscheiden wir Anlagen mit Trockenfermentation und solche mit Nassfermentation. Wobei die Nassfermentation die häufigste Anwendung in Biogasanlagen ist. Die Nassfermentation hat den Vorteil, billiger, schneller und leichter handhabbar zu sein. Allerdings benötigt die Nassfermentation ein nährstoffreiches Substrat.
Bei der Trockenfermentation ist der Aufwand zur Umschichtung des Substrats wesentlich höher als bei der Nassfermentation. Dafür ist die Trockenfermentation in der Lage, auch aus wenig gehaltvollem Substrat Methan zu gewinnen. Sie wird daher bei Anlagen eingesetzt, die mit landwirtschaftlichen oder landschaftspflegerischen Abfällen arbeiten, mit Stroh, Grasschnitt, Heckenschnitt.
Kleine landwirtschaftliche Anlagen etwa zur Verarbeitung der hofeigenen Rinder- oder Schweinegülle arbeiten in der Regel mit einem Mengendurchsatz von 10 Tonnen am Tag. Der dominierende Anlagentypus ist allerdings die Anlage mit einem Durchsatz von 50 Tonnen am Tag, vorwiegend mit Mais als Hauptsubstrat - was zur "Vermaisung" der Landschaft in Deutschland wesentlich beigetragen hat.
Die 50-Tonnen-Anlagen sind in der Regel mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) verbunden, das eine Leistung von 500 kW Stromerzeugung aufweist. Von der Stromeinspeisung ins Netz, die nach dem EEG (Erneuerbare-Energie-Gesetz) von den Stromkunden gemeinschaftlich vergütet wird, werden die meisten Biogasanlagen finanziert.
Ein weniger bedeutsames Differenzierungsmerkmal von Biogasanlagen ist die Produktpalette. Zunächst einmal erzeugen die Anlagen Biogas, das entweder in gereinigter Form als Bio-Erdgas ins Gasnetz eingespeist werden kann, oder aber - was meist geschieht - im angeschlossenen BHKW in Strom (unter 50% der Energieausbeute) und Abwärme verwandelt wird. Die Abwärme liefert Prozesswärme für den Fermenter und kann ein Nahwärmenetz versorgen. Durch die häufig isolierte Lage von Höfen mit Biogasanlage geht jedoch ein Großteil der erzeugten Wärme verloren, lediglich die Hofanlage kann dann ihre Heizung und Warmwasserversorgung sichern.
Darüber hinaus kann der Substratrest, der Abfall der Biogasanlage, als Dünger eingesetzt werden - sofern keine Belastungen durch Schadstoffanreicherungen o.ä. vorliegen. Allerdings produzieren Biogasanlagen häufig mehr Dünger, als die umliegenden Äcker aufnehmen können, was u.a. zu Belastungen des Grundwassers mit Nitrateinträgen führen kann.
Zu den Substraten, dem wichtigsten Differenzierungsmerkmal, gibt die nachfolgende Folie Auskunft.
Wichtigstes Differenzierungsmerkmal von Biogasanlagen ist das verwendete Substrat.
Die ältesten Anlagen arbeiten mit landwirtschaftlicher Gülle, seit Anfang der 80er Jahre. Sie sind häufig im Zusammenhang mit Schweinemastanlagen entstanden. Aber auch Rindergülle kann verarbeitet werden. Gülleanlagen haben auf den ersten Blick erhebliche Argumente auf ihrer Seite. Die Gülle fällt ohnedies an und kann vor der Ausbringung auf die Felder (als Dünger) sinnvoll zur Gas- bzw. in der Folge Stromerzeugung genutzt werden. Problematisch ist allerdings, dass die Spezialisierung in der Landwirtschaft dazu geführt hat, dass Schweinemastanlagen häufig gar nicht mehr über genügend Felder verfügen, ihre Substratreste selbst sinnvoll zu verwerten. Dies führt gerade im Umfeld von Gülleanlagen zu steigenden Nitratbelastungen im Grundwasser. Auch die Anreicherung von Hormonen und Medikamenten, die in der Mast eingesetzt werden, ist problematisch. Hinzu kommt, dass die konventionelle Schweine- und Rinderhaltung in Großställen (zur Güllegewinnung sinnvoll/notwendig) zunehmend strittig wird.
Zu Beginn dieses Jahrtausends kamen Biogasanlagen auf den Markt, die mit nachwachsenden Rohstoffen (NAWAROs) arbeiten, in der Regel Mais. Einen massiven Anstieg der Anlagenzahl für diesen Typus gab es nach der ersten Novelle des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes (EEG) von 2004. Das EEG selbst wurde im Jahr 2000 verabschiedet, es löste das Stromeinspeisungsgesetz von 1991 ab. Dieser Anlagentypus ist mit für die häufig kritisierte "Vermaisung" der Landschaft verantwortlich. Da die Anlagen - ähnlich wie heutige Hochleistungskühe - nur mit gehaltvollem Substrat ihre volle Leistung erbringen, werden diese Maisäcker weiterhin mit Pestiziden bearbeitet.
NawaRo-Anlagen könnten auch mit landwirtschaftlichen Abfällen, Landschaftspflegeschnitt oder Energiepflanzen, die keine Pestizide benötigen, beschickt werden. Für diesen Anlagentypus steht das Bild der Ziege. Allerdings ist die Gewinnspanne hier weit geringer und das Investitionsrisiko größer. Die hier sinnvolle Trockenfermentation ist zudem technisch aufwendiger und - wie auch die Substratbeschaffung - mit mehr Arbeitsaufwand verbunden.
Ein dritter Anlagentypus, der jüngste, arbeitet mit Lebensmittelabfällen, sogenannten K3-Abfällen. Er verdankt sich internationalen Entwicklungen und Debatten und wird stark von EU-Recht geprägt. K3-Anlagen sind, wie das Schweinesymbol andeutet, Allesfresser und Resteverwerter. Hier können Küchenabfälle und verdorbene bzw. sonstig nicht (mehr) zum Verzehr geeignete Lebensmittel verwertet werden. Allerdings bergen diese Substrate erhebliche Belastungsrisiken, bei Küchenabfällen etwa durch Reinigungsmittel, bei Fleischabfällen durch Krankheitskeime, bei nicht zum Verzehr geeigneten Lebensmittel durch Pestizidrückstände u.ä.. Unzeitgemäß ist auch, dass einzelne Schadstoffe nicht isoliert und konzentriert werden, sondern verdünnt und mit anderen kombiniert. Die Substratreste (die Biogasanlagengülle) können damit zum riskanten Schadstoffcocktail werden, weshalb auch die anschließende Nutzung als Dünger hoch problematisch ist.
Der Gärprozess findet im Fermenter statt, einer geschlossenen kuppelförmigen Halle, die das Gas abfangen, den Geruch zurückhalten und eine gleichmäßig hohe Temperatur im Fermenter sichern soll. Dabei wird die Kuppelform gewählt, da sie eine optimale Druckverteilung leistet. Eine andere Bezeichnung für Fermenter ist Bioreaktor. Im Fermenter wird das Anlagensubstrat (Mais, Schweinegülle, Lebensmittelabfall) von Mikroorganismen zersetzt/fermentiert. Ziele bei diesem Prozess können die Vermehrung/Kultivierung von Mikroorganismen oder die gezielte Produktion bestimmter Zersetzungsprodukte sein. Im Falle von Biogasanlagen ist das Ziel die Produktion einer möglichst großen Menge von Methan. Häufig wird der Fermenter mit einem Kuhmagen verglichen.
In Biogasanlagen wird in der Regel die Nassfermentation eingesetzt, die bei gehaltvollen Substraten effizient und technisch risikoarm eingesetzt werden kann. Das nasse Substrat ist gut rührfähig, was wichtig ist für die Prozessführung und was den technischen Aufwand reduziert. Dazu muss das verwendete Material bereits entsprechend Feuchtigkeit mitbringen.
Die Nassfermentation besteht aus vier ineinander greifenden, anaerob ablaufenden Prozessen. Sie beginnt mit der Hydrolyse, in welcher Cellulose, Hemicellulose, Zucker, Eiweiße und Fette gespalten bzw. abgebaut werden zu einem breiig-flüssigen Gemenge. In der Acidogenese werden organische Säuren und Alkohole gebildet, in der Acetogenese Essigsäure und Acetat, wobei die Alkohole verschwinden. In der abschließenden Methanogenese wird aus Essigsäure durch Methanbakterien das erwünschte Gasprodukt erzeugt. Parallel entsteht Methan auch auf chemischem Wege aus Wasserstoff und CO2.
Die Temperatur in einem Fermenter ist abhängig von den Mikroorganismen, die zum Einsatz kommen. Eine Anlage kann mesophil (ca. 40 Grad), thermophil (ca. 55 Grad) und hyperthermophil (ca. 70 Grad) geführt werden - wobei 75 Grad der obere Grenzwert ist.
Auch die Trockenfermentation benötigt Feuchtigkeit, allerdings entsteht kein komplett rührfähiges Gemisch, sondern eine eher kompakte Masse, die durch den Fermenter wandert und mehr Zeit für die Fermentation benötigt als die Nassfermentation ("first in, first out"). Das Verfahren ist wirtschaftlich weniger attraktiv, ermöglicht jedoch die Verarbeitung von stärkearmen, grobfaserigen Materialien mit Problemstoffanteilen - etwa aus der Biotonne oder der Landschaftspflege.
Trockenfermentation ist ein Verfahren, das die Verarbeitung von Biomasse mit geringem Stärkeanteil und hohem Faseranteil, also z.B. Wiesenschnitt oder Bioabfall, erlaubt. Im Unterschied zur Nassfermentation ist das Substrat bei diesem Verfahren nicht fließ- und rührfähig. Feuchtigkeit enthält es dennoch und in der Hydrolyse wird das Substrat weitgehend gleichmäßig durchfeuchtet.
Es gibt zwei grundsätzlich unterschiedliche Anlagentypen, die mit diesem Verfahren arbeiten können. Einmal den Batch-Betrieb, einmal den Dauerbetrieb. Im einstufigen Batch-Betrieb wird eine Kammer/ein Fermenter mit Substrat befüllt und dieses "geimpft" mit flüssigem Substratrest. Anschließend durchläuft das Material in dieser Kammer den gesamten Umbauprozess (Hydrolyse, zweifache Säurebildung, Methanproduktion) ohne weiteren Eingriff. Um eine kontinuierliche Gasproduktion zu erreichen, werden mehrere Kammern/Fermenter nacheinander befüllt und geleert, in der Regel 6 Kammern, die im Abstand von einer Woche befahren werden.
Im Dauerbetrieb wird ein Fermenter kontinuierlich mit neuem Material beliefert, das im Fermenter dann weitertransportiert wird durch eine Schnecke und am Ende des Fermenters nach sechs Wochen die Halle verlässt. Dieses Verfahren ist störungsanfällig - zum einen durch Blockierungen oder Beschädigungen der Transportschnecke, zum anderen durch Störungen im Fermentationsprozess.
In der Praxis hat sich der Batch-Betrieb besser bewährt und aktuell (Stand 2016) auch durchgesetzt. Die Folie zeigt ein Modell der bepeg (Bio-E-Power-Engineer-Group) mit einer Weiterentwicklung des einstufigen Batch-Betriebs zu einem mehrstufigen Betrieb. Das Ausgangssubstrat wird zunächst zu einer Maische verarbeitet. Diese kommt in eine Kammer zur Hydrolyse und Acidogenese. Danach erst werden vier Hauptfermenter nacheinander mit Substrat befüllt zur Acetogenese und Methanogenese.
NawaRo-Anlagen wurden zunächst im Hype regenerativer Energien und unter dem massiven PR-Einsatz vor allem der landwirtschaftlichen Lobbygruppen überschwänglich gelobt und gefördert. Ihre Zahl stieg in Deutschland von 139 Anlagen im Jahr 1992 (Gülle-Anlagen) auf etwa 9000 Anlagen 2015 (weit überwiegend NawaRo-Anlagen). Die dazu inzwischen notwendige landwirtschaftliche Fläche beträgt etwa 1,2 Millionen Hektar.
Der Kater kam zügig, die Unfälle häuften sich, viele Unfälle waren mit erheblichen Umweltzerstörungen (Bachläufe insbesondere waren betroffen) verbunden. In Bayern gab es 2015 insgesamt 278 registrierte Gülleunfälle - laut Passauer Neuer Presse vom 31.05.2016 die meisten verursacht durch Biogasanlagen. Nitratbelastungen im Grundwasser durch Anlagengülle und Sickersäfte aus Maissilage werden zunehmend problematisch, der Verbrauch landwirtschaftlicher Flächen für den Substratanbau, vorwiegend Maisanbau, verringert die Akzeptanz weiter.
Die Vorteile klangen zunächst vielversprechend. Durch die Einbindung in landwirtschaftliche Anlagen konnte zumindest theoretisch eine interessante Kreislaufwirtschaft errichtet werden: Rohstoffe vom Acker kamen in die Anlage, aus der Anlage kamen die Substratreste (Anlagengülle) zurück auf die Äcker als Dünger. Anders als die von den erneuerbaren Energiequellen Sonne und Wind getriebenen Anlagen können Biogasanlagen rund um die Uhr liefern, sind "grundlastfähig".
Doch all dies ist eher schöne Theorie. Häufig stammen die Rohstoffe nicht oder nicht nur von den Flächen der Anlagenbetreiber, sondern von zusammengepachteten Flächen oder werden angeliefert. Die Anlagengülle fällt ständig an und nicht nur dann, wenn gerade Düngezeit ist. Und bei durchschnittlich ca. 60 (zumeist allerdings geringfügigen) Störfällen im Jahr pro 500 kW-Anlage ist von einer Grundlastfähigkeit auch nur bedingt zu sprechen.
Strom ist nur bedingt und mit hohem Aufwand und Energieverlust speicherbar. Daher ist das Primärprodukt von Biogas, nämlich Methan, durchaus interessant als Energie, die ins Netz eingespeist wird. Interessant ist auch der Betrieb der Anlagen mit pflanzlichen Abfällen aus der Landwirtschaft, der Landwirtschaft und kommunalem Grünabfall. Allerdings benötigt der die Trockenfermentation, die wirtschaftlich nicht so ergiebig ist.
K3-Anlagen werden nicht als eigenständiger Anlagentypus geführt, sondern den NawaRo-Anlagen subsummiert. Es handelt sich um Anlagen, die Lebensmittel- und Küchenreste bzw. -Abfall verarbeiten. In der Regel sind bei diesen Abfällen auch tierische Produkte mit dabei, die von entsprechenden EU-Verordnungen als K3-Abfälle bezeichnet werden - nicht mit Krankheitserregern infizierte Abfälle tierischer Herkunft, die nicht zum menschlichen Verzehr zugelassen sind (in sog. "Ekelfleisch" jedoch gelegentlich im Lebensmittelhandel auftauchen). Diese Anlagen weisen besondere Merkmale auf, die es sinnvoll machen, sie besonders abzugrenzen. Allerdings ist diese Grenze weitgehend verwischt, da Abfallanlagen in der Regel auch hochwertige NawaRos (etwa Getreidekorn) zugeführt werden. Seit der Novelle des EEG von 2014 dürfen NawaRo-Anlagen bis zu 49% Lebensmittelabfälle zugeführt werden.
Ein wesentliches PR-Argument für die Einführung der K3-Anlagen war die Kritik an den NawaRo-/Mais-Anlagen, mit den Hauptpunkten Flächenverbrauch/Vermaisung und Mißbrauch von Lebensmitteln. Dass Mais, ein Lebensmittel, das in armen Ländern fehlt, in reichen Ländern zu Strom verarbeitet wird, gilt zunehmend als ethisch unverantwortlich. Da liegt es nahe, stattdessen Lebensmittel zu verarbeiten, die als Abfall in unseren Wohlstandsgesellschaften in erheblichem Umfang anfallen und Entsorgungsprobleme schaffen.
Dabei wurde jedoch insbesondere der Einsatz von K3-Abfällen strittig, wenn etwa im Ausbringungsbereich eine entsprechenden Biogasanlage Spaziergänger mit Hunden Knochen von Schlachttieren fanden. Auch die Botulismus-Debatte verweist auf eine mögliche Gefährdung durch die Verwendung von K3-Abfällen in Biogasanlagen.
Nun ist es allerdings bei der Verwendung von Küchenabfällen, die nicht gerade aus einem veganen Restaurant stammen, nicht zu vermeiden, dass auch Abfälle tierischen Ursprungs zum Einsatz kommen. Auch bei sonstigen Lebensmittelabfällen, etwa aus der Biotonne, ist die Einbringung tierischer Reste (tierische Bratfette, Käsereste, Wurstreste etc. pp.) nicht zu vermeiden, selbst dort, wo etwa ein Verbot besteht, diese in die Biotonne zu geben.
Unabhängig von den Resten tierischen Ursprungs bergen Lebensmittel- und Küchenabfälle ein erhebliches Risikopotential an Schadstoffen, die bei Ausbringung der Anlagengülle auf landwirtschaftliche Flächen in die Umwelt geraten und sich in Ackerboden und Grundwasser anreichern können.
Anlagen zur Verarbeitung von Lebensmittelabfällen und Küchenresten (u.a. Fettabscheiderreste, Frittierfette etc.) verarbeiten fast zwangsläufig auch sogenannte K3-Abfälle, also Abfälle tierischer Herkunft, die als nicht, auch nicht potentiell, belastet mit Krankheitserregern eingestuft werden - im Unterschied zu K1- und K2-Abfällen. Eine eigene Kategorie bilden solche Anlagen nicht, zumal nach der Novelle des EEG von 2014 bis zu 49% Lebensmittelabfälle in NawaRo-Anlagen eingespeist werden dürfen. Und Abfallanlagen arbeiten häufig mit hochwertigen NawaRos als Substratergänzung, um eine bessere Methanausbeute zu erzielen.
Abfallanlagen könnten mit lokalen Ressourcen arbeiten. Da sie jedoch wie NawaRo-Anlagen in der Regel im ländlichen Raum stehen, benötigen sie faktisch in der Regel ein weites Einzugsgebiet für ihren Rohstoff, zumal die Konkurrenzabnehmer auf dem Markt zunehmen und viele Rohstoffe nicht mehr verarbeitet werden dürfen oder Belastungsprobleme bei Gülleausbringung erzeugen können. Der Bioabfall einer Stadt mit 300.000 Einwohnern reicht gerade dazu aus, eine Anlage von 500 kW Leistung zu speisen. Lange Transportwege schlagen sich negativ in der Ökobilanz nieder und Probleme der Substratbeschaffung könnten einen Landwirt dazu verleiten, größere Risiken im Blick auf eventuelle Schadstoffbelastungen oder Prozessstörungen in Kauf zu nehmen. Keine guten Voraussetzungen, die geringe öffentliche Akzeptanz solcher Anlagen zu erhöhen.
Wie Biogasanlagen allgemein haben auch die Abfallanlagen den Pluspunkt, grundsätzlich grundlastfähig zu sein. Und sie produzieren einen Energieträger, der grundsätzlich speicherbar ist, Biogas. Das stärkste Argument für solche Anlagen ist, auch wieder nur grundsätzlich, dass keine Ackerflächen hierfür belegt werden. Allerdings werden, wie schon ausgeführt, häufig besonders hochwertige NawaRos "zugefüttert".
Nachteile solcher Anlagen sind die Probleme bei der Kontrolle der Stoffströme und die Risiken der Prozessführung bei inhomogener Substratzusammensetzung. Havarien auf dem Transportweg der Substrate, in der Anlage oder bei der Substratrestausbringung bzw. deren Entsorgung bergen für die Umwelt höhere Risiken als bei NawaRo-Anlagen. Auch die gut geführte Substratrestausbringung kann Schadstoffbelastungen aus den Substraten für Boden und Grundwasser bringen.
Wirtschaftlich sind für den Anlagenbetreiber Biogasanlagen nur mit massiver Unterstützung nach dem EEG, also mit Zuschüssen aus den Haushaltskassen aller Stromkunden (mit Ausnahme befreiter Industriebetriebe), zu betreiben.
Nimmt man alle landwirtschaftlichen Subventionen und die Zuschüsse für Biogasanlagen zusammen, könnte der Beitrag der deutschen Landwirtschaft zur Ernährung der Bevölkerung in Deutschland auf dem Weltmarkt eingekauft werden. Daraus lässt sich ableiten, dass die hiesige Landwirtschaft in der Pflicht steht, ökologisch und landschaftsfreundlich zu wirtschaften - also Mehrwerte über die reine Nährstoffversorgung hinaus zu produzieren.
Gesamtwirtschaftlich ist der Wert von Biogasanlagen schwierig zu veranschlagen. Die CO2-Einsparung wird als positives Argument vorgetragen, ist bei Windkraftanlagen und Solaranlagen jedoch weit erheblicher. Die negativen Faktoren für die Gesellschaft lassen sich wirtschaftlich kaum erfassen. Was "kosten" eine vermaiste Landschaft, Geruchsbelästigungen im Umfeld, nitratbelastetes Grundwasser etc. pp.?
Biogasanlagen sind von komplexen Regelwerken abhängig und daher in ihrer langfristigen Wirtschaftlichkeit für die Betreiber mit Risiken behaftet, insbesondere wo es um die Verarbeitung von Biomaterial diffuser Herkunft geht, wozu auch Lebensmittelreste und nicht zum Verzehr geeignete Nahrungsmittel gehören.
In einer auch im Nahrungsmittelbereich globalen Wirtschaft unterliegen die Substratmärkte erheblichen Schwankungen. Viele Biogasanlagenbetreiber standen in den vergangenen Jahren vor der Situation, dass sie ihren Mais auch hätten zu guten Preisen direkt auf dem Markt anbieten können - statt ihn aufwendig zu Strom zu verarbeiten.
Eingeschränkt wird die Wirtschaftlichkeit auch dort, wo die Wärme der Stromerzeugung nicht oder nur zum Teil genutzt werden kann. Nicht unerheblich ist der Gasverlust aus den Anlagen, der auch die CO2-Bilanz beeinträchtigt - aber kaum zu erfassen ist.
Die Ökobilanz von Biogasanlagen sieht nicht erfreulich aus - anders als dies lange behauptet wurde.
Der positive Faktor "Beitrag zur Energiewende/Klimaschutz" wird zunächst eingeschränkt dadurch, dass eine effiziente Nutzung der Wärme, die bei der Stromerzeugung entsteht, häufig nicht gegeben ist. Bei Standardanlagen wird lediglich bis zu 40% der Energie in Strom verwandelt, bei ORC-Anlagen steigt der elektrische Wirkungsgrad auf bis zu 44%. Wird das Methan in einem Heizverbund zur Wärmeerzeugung verwendet, kann durch Kraft-Wärme-Kopplung ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden. Meist ist durch die Abseitslage der Biogasanlage dies nicht möglich. Die einseitige Ausrichtung des EEG auf die Belohnung der Stromerzeugung hat hier eine Fehlentwicklung massiv gefördert.
Der interne Energiebedarf von Biogasanlagen (Strom, Prozesswärme) kann durch die Anlage selbst wirtschaftlich sinnvoll befriedigt werden. Allerdings verbrauchen viele Anlagen exorbitant viel an externer Energie durch die Produktion, Ernte, Anlieferung, Aufbereitung, Umschichtung der Substrate und den Abtransport der Substratreste.
Der Bau einer Biogasanlage in der freien Landschaft ist mit erheblichem Anlieferaufwand und Wegebeanspruchung bereits bei der Errichtung, später beim Betrieb verbunden. Dazu kommt besonders gravierend die Bodenversiegelung in der freien Landschaft mit einer semiindustriellen Anlage. Die Umweltrisiken durch den Betrieb der Anlagen sind vielfältig, von Sickerflüssigkeiten aus den Silagen über Transportrisiken flüssiger Substrate und Substratreste bis hin zu überlaufender Gülle aus der Anlage selbst. Dazu kommt der oft unangepasste Nährstoffeintrag durch Düngung mit den Substratresten auf die Böden. Gefährdet sind vor allem die Böden sowie offene Gewässer und das Grundwasser. Schadstoffeinträge in die Luft sind vor allem bei Havarien bedenklich - allerdings sind die Klagen durch Geruchsbelästigungen aus Anlagenbetrieb und Substratrestausbringung bei manchen Anlagen auch erheblich.
Der NawaRo-Anbau, oft unter erheblichem Pestizideinsatz, belastet die Biodiversität. Durch den Biogasanlagen-Boom wurden seit 2008 (Stillegungsverpflichtung für Ackerflächen von der EU ausgesetzt) in großem Umfang Brach- und Stillegungsflächen einer landwirtschaftlichen Nutzung zugeführt - zum Maisanbau insbesonders und zur legitimen Gülleentsorgung. Wertvolle magere Standorte wurden dabei zerstört, das Artenspektrum durch Düngung massiv verschoben und verengt.
In vielen Regionen, insbesondere in Baden-Württemberg und Bayern, kommt es zu einer oft ideologisch geführten Frontstellung Biogasanlagen-Windkraft. Eine Seite sieht Biogasanlagen als eine existenzerhaltene Erwerbsmöglichkeit für Landwirte an und betrachtet Windkraftanlagen als Landschafts- und Dorfbildzerstörung ("höher als der Kirchturm"), die andere Seite sieht in Windkraftanlagen Potential für kommunale Autarkie sowie bürgerschaftlich-genossenschaftliche Partizipation an der Energiewende und betrachtet Biogasanlagen als Umweltzerstörung im Interesse Einzelner. Etwas überspitzt formuliert erscheinen für die einen Biogasanlage als konservativ-heimatlich, Windkraftanlagen als links-utopisch, für die anderen Biogasanlagen als hinterwäldlerisch-egozentrisch, Windkraftanlagen als fortschrittlich-bürgerlich.
Dahinter verbergen sich jedoch auch materiell konfligierende Interessen. Genehmigungsverfahren für beide Anlagentypen sind einfacher zu realisieren, sofern es nicht schon eine Anlage der "Gegenseite" in der Nähe gibt. Häufig tritt dazu noch eine Flächenthema: In den südlichen Bundesländern sind geeignete Windkraftstandorte zumeist in öffentlichem Besitz, in kommunalen Wäldern z.B.. Der Bauer auf den Äckern oder im Hof daneben profitiert also nicht einmal von der Bodenpacht. Er wird alle Hebel in Bewegung setzen, die Anlage zu verhindern. Ein wesentliches Argument ist dabei der Rodungsbedarf im Wald für eine Windkraftanlage.
Dabei ist der Flächenverbrauch durch Windkraftanlagen wesentlich geringer als für Biogasanlagen der gleichen Leistung. Für eine Windkraftanlage mit 3,2 mW Nennleistung ergibt sich in der Bauphase ein Rodungsbedarf von ca. 0,4 Hektar. Im Betrieb reicht weniger als die Hälfte der Fläche. Eine Biogasanlage von 0,5 mW Nennleistung, die in etwa die gleiche jährliche Stromproduktion erreicht, benötigt alleine für die Anlage die gleiche Fläche, dazu kommt noch die Fläche für die Substraterzeugung (150 Hektar bei Maissilage) und das Problem der Fläche für die Gülleentsorgung bei K3-Anlagen.
Erheblich differieren die beiden Wege der Erzeugung erneuerbarer Energien in den Umwelteingriffen, die bei Biogasanlagen wesentlich gravierender sind. Ein oft durchschlagendes Umweltargument gegen Windkraftstandorte ist der Vogelschutz. Zweifellos wurden beim großflächigen Anlagenbau in Norddeutschland hier gravierende Fehler gemacht - ganze Landschaften vorschnell Windkraftinvestoren überlassen um die Energiewende voranzutreiben.
Ein objektiver Blick, der Anlagen mit der gleichen Stromausbeute miteinander vergleicht, zeigt jedoch auch im Bereich Vogelschutz, dass Windkraftanlagen grundsätzlich überlegen sind. Skizziert sei hier das Beispiel des Rotmilans, der durch Windkraftanlagen besonders gefährdet ist. Die neuen Bundesländer waren vor der Wende ausgezeichnet durch einen Rotmilanbestand von ca. 10.000 Paaren (alte Bundesländer 5.000). Im Zeitraum 1989-1999 sank der Bestand dramatisch um 25%, das ist ein Verlust von 500 Tieren im Jahr. Verantwortlich dafür war hauptsächlich (Aebischer und Savoy in Wemdzio 2012) die Einführung "moderner", EU-fördergünstiger Anbau- und Viehhaltungsprinzipien in der Landwirtschaft des Ostens. Aktuell sterben an den deutschen Windkraftanlagen hochgerechnet (mit Dunkelziffer) 60 Tiere pro Jahr.
Ein wesentlicher zivilisatorischer Fortschritt hat die Misthaufen und Sickergruben in Siedlungen ersetzt durch Toiletten mit Wasserspülung, Kanalisation und Klärwerke. Und nun kehrt der Misthaufen zurück als ein Symbol erneuerbarer Energien. Mist ist im landwirtschaftlichen Bereich zum energieliefernden Rohstoff geworden, Toiletten könnten bald eine gewichtige Rolle in der energetischen Zukunft der Menschheit spielen.
Wie wir schon gehört haben, waren die ersten Biogasanlagen Gülleanlagen, die mit Beginn der 80er Jahre an Tierhalterbetriebe angeschlossen wurden. Inzwischen treten Kleinstanlagen auf den Plan, die vor allem für arme Länder mit kleinagrarischen Strukturen von Bedeutung sind, die auch menschliche Fäkalien verarbeiten, summarisch als Energie-Toiletten bezeichnet.
Begonnen hat die Entwicklung in den 70er Jahren in Indien, mit einem Projekt des Soziologen Bindeshwar Pathak, der Zwei-Gruben-Toiletten baute, die für Hygiene sorgten und zugleich Methan zum Kochen und für die Beleuchtung produzierten. Pathak gründete die Sulabh-Bewegung, die inzwischen in Indien ca. 10 Millionen Menschen mit Toiletten versorgt hat. "Sulabh" bedeutet in Hindi soviel wie "Ganz einfach".
In der Entwicklungshilfe wird weltweit inzwischen auf Energie-Toiletten gesetzt, dafür engagieren sich neben der Sulabh-Bewegung auch z.B. aus Deutschland "Ingenieure ohne Grenzen", die Stiftung "Natur Mensch Kultur" und die "German Toilet Organization".
Inzwischen ist die Idee im Kontext der Energiewende auch in den entwickelten Ländern angekommen. In Hamburg und in Bremen werden bereits Pilotprojekte gebaut.
Interessante Alternativen zur Gasproduktion sind die unmittelbare Erzeugung von Strom aus Urin durch Mikroorganismen in den "Pee Power" Toiletten der University of the West of England in Bristol oder die Verkohlung menschlicher Fäkalien durch Mikrowellen.
Im November 1776 stocherte der italienische Physiker Alessandro Volta (der Name ist bekannt) durch die Uferzone des Lago Maggiore. Das aus dem Untergrund aufsteigende Gas sammelte er in einem Glasgefäß. Zuhause im Labor verbrannte er das Gas - und hatte den Brennstoff Methan entdeckt.
Dieser Brennstoff hat das Zeug dazu, im 21. Jahrhundert zu einem der wichtigsten gezielt produzierten Energieträger zu werden. Jede Haustoilette könnte zu einer kleinen Biogasanlage werden für den Eigenbedarf - statt dies nur den Klärwerken zu überlassen. In vielen armen Regionen wird dies bereits mit Erfolg praktiziert.
Vielleicht gelingt es uns auch, das ungenutzt aus Seen, Sümpfen und Kuhmägen (und künftig, hochproblematisch, eventuell aus tauenden Dauerfrostböden) entweichende Methan in ökologisch und wirtschaftlich vertretbarer Weise einzufangen oder aus der Umgebungsluft zu separieren. Am "National Institute of Agricultural Technology" in Argentinien wurde eine Technik entwickelt, Methan unmittelbar im Pansen der Kuh abzuzapfen. Aus tierschützerischen Gründen ist dieses Verfahren sicherlich nicht zukunftsfähig.
Absehbar werden Biogasanlagen weiterhin ihren Platz behaupten. Ohne Maiseinsatz, stattdessen mit Grünabfällen oder in kommunalen Bioabfallanlagen. Dabei werden Biogasanlagen vermutlich zunehmend ergänzt durch Bio-to-Liquid-Anlagen, Anlagen zur hydrothermalen Karbonisierung und andere Neuentwicklungen.
Der Biogasanlagen-Hype, unter dem Stichwort: "Drittes Standbein für die Landwirtschaft", hat verdrängt, dass viele der schadstoffhaltigen Substrate und auch der Grünabfälle sich bei entsprechender Aufbereitung thermisch oder hydrothermal sinnvoller und risikoärmer nutzen lassen. Problematische Substratreste aus Bioabfallanlagen werden in avancierten Anlagen entfeuchtet, getrocknet und thermisch genutzt - statt sie in den Lebensmittelkreislauf einzuschleußen als Problemdünger.
Ein gravierender Mangel der meisten Biogasanlagen ist die unzureichende Nutzung der Anlagenwärme durch die oft isolierte Lage der Bauernhöfe, die solche Anlagen betreiben. Mehr als 50% der Gasenergie wird bei Verstromung in Wärme verwandelt. Dieses Potential geht durch eine Fehlsteuerung der Entwicklung weitgehend verloren.
Die Landwirtschaftslobby und die politisch Verantwortlichen werden begreifen müssen, dass die Verstromung von Mais keine Zukunft hat. Ebenso müssen sie akzeptieren, dass riskante und chemisch-technisch anspruchsvolle Anlagen zur Verarbeitung von Lebensmittelresten nicht in die Hände von Landwirten gehören. Und die Gesellschaft kann es sich auf Dauer auch nicht leisten, die ausgreifende Verschwendung von Wärmeenergie in Biogasanlagen über Strompreisumlagen zu finanzieren.
