12 innovative Konzepte zur zusätzlichen Wärmenutzung bei der Biogasproduktion

Bei der Verbrennung des gewonnenen Gases in der Biogasanlage entsteht Strom und Wärme. Der energetische Wirkungsgrad liegt dabei, abhängig von der verwendeten Verstromungstechnologie, bei bis zu 43%. Dank der zunehmenden Verwendung von Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), wie  Blockheizkraftwerken (BHKW) hat sich auch die Möglichkeit zur thermischen Nutzung des Biogases stark entwickelt und ist technologisch gesehen sehr effizient. Die beiden energetischen Produkte Strom und Wärme umfassend zu nutzen, ist einer der entscheidenden Faktoren für den betriebswirtschaftlichen Erfolg einer Biogasanlage. Diese Tatsache ist vor allem bei der Planung der Wärmenutzung nicht immer einfach.

Um einige Inspirationen zu geben, habe ich die mir bekannten Nutzungsideen in einer Liste zusammengestellt.

Liste der Nutzungskonzepte für Wärme aus Biogasanlagen

1. Wärmenutzung aus Biogasanlagen für Gewächshäuser

Schon ziemlich verbreitet ist die Kombination von der Biogastechnologie mit dem Pflanzenanbau (z.B. Gemüse) in Gewächshäusern. Die entstandene Wärme kann dabei in das Gewächshaus eingeleitet werden und hilft vor allem im Winter eine gewünschte Temperatur zu halten und die sonst verschenkte Wärme zu nutzen. Eine individuelle Regelung der Temperatur ist natürlich möglich.

2. Wärme zur Herstellung von Luxusprodukten

So hat ein Anlagenbetreiber im niedersächsischen Affinghausen eine Geschäftsidee umgesetzt, bei welcher die produzierte Wärme vor Ort genutzt wird, um eine modern ausgebaute Schrimpszucht zu betreiben. Die „Affinghauser Meeresfarm“ für hochwertige Schrimps wird die ersten Edelhappen im Frühjahr anbieten. Eine ähnliche kreative Idee kann sicher auch anderorts realisiert werden. Solche Pionierprojekte erfordern neben spezieller Sachkenntnis auf einem weiteren Gebiet natürlich Mut und Leidenschaft, machen dann aber bestimmt besonders viel Spaß.

3. Wärmenutzung für die Landwirtschaft

Neben dem Beheizen der Fuhrpark-Halle, welche meist als weniger günstige Nutzenalternative für Wärme betrachtet wird, können viele Synergien in einem landwirtschaftlichen Betrieb erzeugt werden. So wurde bei dem dänischen Projekt „Pig City“ (link) auf die Kombination von Schweinezucht, Tomatenanbau und Biogasproduktion gesetzt.

Auch das Beheizen von Ställen ist eine vergleichsweise unkomplizierte und sinnvolle Möglichkeit die kostbare Wärme in den Produktionskreislauf zu integrieren.

4. Prozesswärme für den Betrieb der Biogasanlage

Die Gewinnung von Biogas basiert auf der Vergärungsarbeit vieler Mikroorganismen, die für ihren Stoffwechsel eine bestimmte Umgebungstemperatur benötigen. Je nachdem, für welche Betriebstemperatur man sich als Anlagenbetreiber entschieden hat (meistens um die 40-45° C, Forschungsprojekte experimentieren jedoch auch mit 70° C) ist mehr oder weniger Wärme nötig. Die Fermentertemperatur selbst bestimmen zu können, ohne extern Wärme dazu kaufen zu müssen, kann die Biogasanlage rentabler und umweltfreundlicher machen.

5. Biogasanlage liefert Heiz- und Raumwärme

Die direkte Verwendung als Heizwärme ist die naheliegendste Wärmenutzungsform. Vor allem im Winter können private Haushalte oder öffentliche Gebäude von dieser Wärmequelle stark profitieren und als Komplettabnehmer einspringen. Für Biogasanlagen in Siedlungsnähe kann mit Hilfe eines Nahwärmenetzes ein Schulgebäude, Krankenhaus, eine Schwimmhalle oder eine Sauna preiswert und umweltfreundlich mit Wärme versorgt werden. Für Anlagen, die sehr dezentral gelegen sind oder für die nicht genügend Wärmeabnehmer gefunden werden können, kann über die Investition in ein Fernwärmenetz nachgedacht werden um den Verteilungsbereich der Wärme zu erhöhen.

6. Kühlung durch Wärmepumpen

Mit Hilfe von Kältemaschinen kann die vorhandene Wärme sogar genutzt werden, um die Temperatur an einem bestimmten Ort zu reduzieren und eine Kühlung vorzunehmen. So können Produktionsprozesse, welche auf niedrige  Temperaturen angewiesen sind (Supermärkte, Lagerhäuser) von der Wärmeumwandlung profitieren. Das besondere ist, dass diese Nutzungsform auch im Sommer interessant ist und zur Klimatisierung von Gebäuden genutzt werden kann!

7. Biogasanlagen liefern Prozesswärme für Trocknungsvorgänge

In der Landwirtschaft (Getreidetrocknung) oder vielen anderen Industrien sind Trocknungsvorgänge nötig. Dieser Vorgang kann durch das Verdunsten von Wasser mit Hilfe von hohen Raumtemperaturen realisiert oder unterstützt werden. Hieraus ergibt sich auch die Möglichkeit der Kombination von zwei Formen der Bioenergie. So muss für die Pelletherstellung das Rohholz (oder die Sägespäne) zuerst getrocknet werden, um einen möglichst geringen Wassergehalt und somit höheren Brennwert zu erreichen. Dafür kann die Wärme der Biogasanlage verwendet werden.

8. Erzeugung von Druck mit Hilfe von Wärme

Eine Idee, die mir neulich selbst gekommen ist, wäre auch das Nutzen der Wärmeenergie für das Pressen der Pellets. So kann das heiße Gas direkt genutzt werden, um einen hohen Druck aufzubauen oder indirekt über das Erzeugen von Wasserdampf. In dem Fall könnte die Biogasanlage die Prozesswärme für eine Hammer- oder Spindelpresse liefern.

9. Wärme für Waschvorgänge

Waschvorgänge benötigen bestimmte Chemikalien und eine bestimmte Wassertemperatur. Für die Wassertemperatur beim Waschen kann für verschiedene Industrien die entstehende Wärme der Biogasverbrennung genutzt werden.

10. Wärmelieferung für Papier- und Zellstoffproduktion

Nun gibt es bei weitem nicht so viele Anlagen zur Papierherstellung, wie es Biogasanlagen gibt, aber die Kombination beider Technologien oder Vorgänge verspricht besonders viele Synergien. Es können sowohl ein energetischer, wie auch ein stofflicher Austausch stattfinden.

11. Einspeisung in Wärmespeicher und Wärmenetze

Bei einem stark schwankenden Wärmebedarf an einem Ort kann die produzierte Wärme auch in einen Wärmespeicher eingespeist werden, um bei Spitzenlasten abgerufen zu werden. So würde eine Wärmenutzung mit zeitlicher Verzögerung ermöglicht.

12. Nutzen der Wärme zur Nachverstromung

Die Restwärme kann theoretisch auch genutzt werden, um erneut Wasser zu erhitzen, mit dem gewonnen Dampf eine Turbine anzutreiben und somit in einem weiteren Kreislauf Strom zu erzeugen. Diese Art der Nachverstromung ist bei sonst fehlender Nutzungsmöglichkeit sicher eine Möglichkeit, die Abwärme in einem anschließenden  Verstromungskreislauf zu nutzen. Wie groß der Wirkungsgrad besonders bei kleinen Anlagen ist, muss von Fall zu Fall ausgerechnet werden.

Für sehr hohe Drücke und Temperaturen, wie sie in der Schwerindustrie gebraucht werden, ist die entstehende Wärme bei der Biogasverbrennung natürlich nicht ausreichend. Für den Einsatz in kleinerer Betrieben oder der Leichtindustrie können sich aber sehr gute Nutzungsmöglichkeiten ergeben. Die Frage nach der betriebswirtschaftlichen Effizienz für den Wärmeabnehmer hängt auch vom jeweiligen Wärmepreis (also letztlich dem Heizöl und Erdgas) ab. Da man als Betreiber einer Biogasanlage für die Wärmenutzung eine weitere Förderung nach dem EEG bekommt (aktuell 3 cent / kWh), lohnt sich das Finden eines Abnahmepartners aber in jedem Fall.

Die Entwicklungen auf dem Biomethanmarkt (Biogaseinspeisung) werden auch die Suche nach Wärmeabnehmern erleichtern, da die Wärmenutzung nicht mehr in direkter Nähe stattfinden oder mit Verlusten über Fernwärmenetze transportiert werden muss. Gerade in Großstädten wie Berlin hat die Kraft-Wärme-Kopplung ein großes Potential (link).

Wenn sie selbst noch weitere Ideen haben oder diese sogar realisiert wurden, dann schreiben sie doch einen Kommentar. Die Weiterentwicklung und der Erfolg der Biogastechnologie hängen, meiner Meinung nach, mittelfristig auch von guten Wärmenutzungskonzepten ab.