Biogas, Bakterien, Wirkungsgrad, Flächenbedarf, Herstellung, Übersicht, Verzeichnis, Flächenverbrauch, Energie, Kraftstoff, Treibstoff, Methan, Subvention, Mais, Landwirtschaft, Roggen, Getreide, Zuckerrüben, Energieausbeute, ... (dies sind einige Zeilen aus der untenstehenden ausführlichen Beschreibung)

Biogas-3. Wirtschaftlichkeit von Biogas.

Hinweis: Am 28.5.2010 habe ich eine erweiterte Rechnung eingefügt, sie berücksichtigt auch den Energieaufwand in der Landwirtschaft, das heißt Stickstoffdüngunug, Dieselbedarf und sonstiges. Diese Zusatzangaben stehen unterhalb des folgenden Kastens.

http://www.agriserve.de/Biogas-3.html           26. März 2010 bis 26.März 2010 neuester Stand zum Haupt-Verteiler                     zu meiner alten Seite über Biogasanlagen zur Seite mit den Hilfshinweisen zum Betrieb einer Biogasanlage Wirtschaftlichkeit von Biogas. 1. Vorbemerkung. Biogas wird zumGroßteil aus Mais hergestellt. Es wird zwar seit Jahren erzählt, daß Biogasanlagen der "zweiten Generation" in der Zukunft "billige Reststoffe wie Stroh" als Rohstoff verwenden. Aber die Anlagen, die bisher laufen, laufen meistens mit Mais. Über die anderen Anlagen kann man sprechen, sobald es sie gibt und sie sich auch mengenmäßig in der Praxis durchgesetzt haben. Es muß sich dann auch zeigen, ob die "anderen Stoffe" dann auch wirklich so billig bleiben werden. Der Wirkungsgrad wird bei den billigen Rohstoffen eher schlechter sein, weil diese nur schwer in einer Biogasanlage zu verarbeiten sind. Die Biogasanlagen verwenden deshalb Mais, weil dieser sich leicht von den Bakterien zu Biogas zersetzen läßt. Das ist derselbe Grund, warum Mais auch ein sehr gutes Rinderfutter ist, weil es sich eben in den Mägen der Kuh schnell und gut verdauen läßt. 2. Vorbetrachtungen zum Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad ist umso höher, je mehr Nutzenergie beim Endkunden ankommt. Grob gesprochen: Gesamt-Wirkungsgrad= Nutzenergie geteilt durch die im Gesamtverfahren eingesetzte Energiemenge. Die Nutzenergie ist klar: Das ist die Strommenge beim Verbraucher. Diese läßt sich leicht und genau mit einem Elektrizitätszähler (Stromzähler) messen. Die im Gesamtverfahren eingesetzte Energie läßt sich viel weniger leicht messen. Hier muß man das Gesamtverfahren genau betrachten und die einzelnen Energiemengen aufsummieren. Wenn man Wirkungsgrade für einzelne Teilschritte berechnet, so sind diese meist höher als der Wirkungsgrad des Gesamtverfahrens. Man kann und muß auch solche Teilwirkungsgrade berechnen, diese sind wichtig, damit man sieht, an welcher Stelle des Gesamtverfahrens Verbesserungen viel oder wenig Nutzen bringen. Wenn aber durch die Angabe eines Teilwirkungsgrades der Anschein erweckt werden soll, es handele sich um den Gesamtwirkungsgrad, dann ist das Betrug. Beim Wirkungsgrad handelt es sich auch um eine Abgrenzungsfrage darüber, was zur eingesetzten Energiemenge gehört und was nicht. Es ist wichtig, daß man zusammen mit dem Zahlenwert des Gesamtwirkungsgrades auch angibt, welche Dinge zur eingesetzten Energiemenge mitberücksichtigt sind und welche nicht. Wenn diese Nebenbedingungen nicht genannt werden oder zumindest stillschweigend bekannt sind, dann ist die Zahlenaussage wertlos. 3. Verfahrensschritte und Teilwirkungsgrade. Den Anbau und die Ernte des Maises lasse ich zunächst einmal außen vor. Wer will, kann die damit verbundenen Energiekosten (Energie für die Herstellung des Düngers, Energie für den Kraftstoff des Traktors und des Maishäckslers) ebenfalls in die Gesamtbetrachtung mit einbeziehen. Der Gesamtwirkungsgrad wird dann noch deutlich geringer. Vom Feld muß der Mais mit dem Traktor zur Biogasanlage gefahren werden. Das sind meistens etliche Kilometer, und weil der feuchte Mais sehr viel Wasser enthält (ungefähr zwei Drittel der Frischmassse sind Wasser, die Frachtmasse ist sehr hoch) fallen hier schon einmal Kraftstoffkosten an. Dann muß der Mais siliert werden. Während der Silage findet ein teilweiser Abbau des Maises statt. Ich schätze den sogenannten Energieverlust durch das Silageverfahren auf rund 10 vom Hundert. Quelle: http://www.atb-potsdam.de/Hauptseite-deutsch/Forschung/Verbuende/Forschungsplattform/Dokumente/2007_11_FHE_AGLawi_Biogas_SyB_MZ.pdf (diese Arbeit hat sehr schöne Karten und Übersichtsdarstellungen) Dann muß die Silage in der Biogasanlage zu Biogas umgewandelt werden. Es handelt sich um große Rohstoffmengen, die gehandhabt, gefrachtet, aufgerührt werden müssen. Dazu sind erhebliche mechanische Leistungen erforderlich. Die Antriebskräfte hierfür werden meist durch Elektromotore bereitgestellt. Das entstandene Biogas muß gereinigt werden. Auch hierzu ist Hilfsenergie notwendig und zugleich ist die Energiemenge im Reingas geringer als die Energiemenge im Rohgas. Das Reingas wird in einem Gasmotor in mechanische Energie umgesetzt. Die mechanische Energie wird im Generator in elektrische Energie bei mittelhoher Spannung umgesetzt. Die elektrische Energie wird mit einem Trafo in Hochspannung umgewandelt und in das Elektrizitätsnetz geschickt. Die Hochspannung wandert durch das Netz in Richtung zur Stadt des Endkunden hin. Dort wird sie mittels Trafo wieder heruntergespannt und kommt zum Endkunden. 4. Vorläufige Grobabschätzung des Gesamtwirkungsgrades. Die Teilwirkungsgrade sind ganz grobe Schätzungen von mir. Wer genauere Zahlen hat, der soll diese eintragen. Wirkungsgrad vom Acker zur Biogasanlage 0,99 Wirkungsgrad Siloplatz rein, Lagerverluste, Entnahme 0,90 Wirkungsgrad Biogasanlage Silage rein, Bioreingas aus der Reinigung raus 0,75 Wirkungsgrad des Gasmotors mit Stromgenerator 0,35 Wirkungsgrad der Stromübertragung zum Verbraucher 0,95 Der vorläufige Gesamtwirkungsgrad als Malgenommenes der Teilwirkungsgrade. Gesamtwirkungsgrad=0,98mal0,90mal0,75mal0,35mal0,95=0,22 5. Einbeziehung weiterer Energieaufwandmengen. Biogasanlagen sind räumlich sehr groß, sie benötigen vergleichsweise zu anderen Energieanlagen wie beispielsweise Feuerungsanlagen einen sehr hohen Aufwand an Energie für die Baustoffe. Wenn man diesen Energieaufwand miteinrechnet und auf die Nutzungsjahre der Anlage verteilt, dann sinkt der rechnerische Gesamtwirkungsgrad weiter. Tatsächlich sinkt er nicht weiter, weil der tatsächliche Wirkungsgrad unabhängig von allen Rechenkunststücken ist, er wird einfach von der Wirklichkeit gegeben. Es ist nur die Frage, ob man den tatsächlichen Wirkungsgrad auch sehen will oder wegen absichtlicher Dummheit nicht sehen will. Man muß auch bedenken, daß man teilweise "hochwertigen" Rohstoff wie Dieselkraftstoff dazu einsetzt, um "geringwertigen" Rohstoff wie Silage "aufzuwerten", allerdings nur mit einem Wirkungsgrad von rund 20%. Anfahrzeiten: Es dauert Wochen, bis die Bakterien richtig ins Arbeiten kommen und der bestmögliche Wirkungsgrad erzielt wird. Bei jeder Störung und Unterbrechung oder einem Wechsel in der Rohstoffzusammensetzung dauert es wiederum Wochen, bis sich die Bakterien eingestellt haben. Der Durchschnittswirkungsgrad über die Zeit liegt ein ganzes Stück unter dem bestmöglichen Wirkungsgrad. Maßgebend für eine Wirtschaftlichkeitsberechnung ist der Durchschnittswirkungsgrad. Zumindest muß man immer angeben, ob es sich um den Durchschnittswirkungsgrad einschließlich der Anlaufwochen handelt oder um den Wirkungsgrad zum besten Zeitpunkt. 6. Wie weit soll man die Nutzwärme berücksichtigen? Beim Gasmotor fallen rund zwei Drittel Abwärme an. Ein Teil davon wird zur Beheizung der Biogasanlage genutzt. Das ändert am Gesamtwirkungsgrad nichts, es ist in den Teilwirkungsgraden bereits enthalten. Inwieweit wird die übrige Abwärme tatsächlich zum Verkauf genutzt? Die Abwärme ist sozusagen kostenlos, man könnte nun annehmen, daß sie fleißig genutzt wird. Ist es wirklich so? Dazu braucht man nur die vielen tausend Biogasanlagen betrachten, die bereits in Betrieb sind. Bei kaum einer wird die Abwärme genutzt, eben weil es sich aus verschiedenen Gründen nicht lohnt. Selten wird eine Biogasanlage neben eine Wohnsiedlung gestellt, eben weil die Bewohner das meist nicht wollen. Meist steht die Biogasanlage aus gutem Grund etwas abseits. Die Leitungswege für die Fernwärme dann lang, teuer, verlustreich. Zudem läuft ein Heizkessel etwa 1400 Stunden jährlich unter Vollast, die Biogasanlage aber 8000 Stunden. Deshalb paßt es schon von dieser Seite her schlecht zusammen. Der Staat hat auch gemerkt, daß die Abwärme, obwohl sie am Ort der Biogasanlage kostenlos anfällt, kaum genutzt wird. Was tut der Staat? Wie sind seine Gedankengänge? "Wenn es sich schon nicht rechnet, obwohl die Abwärme kostenlos ist, dann geben wir halt noch etwas Geld dazu, dann wird es schon genutzt werden!" Also gibt es zusätzlich zur Biogassubvention noch obendrauf eine Subvention zur Nutzung der kostenlosen Abwärme. Die Lenkungswirkung des staatlich verordneten Geldregens führt dazu, daß die Abwärme in Scheinanlagen pro forma "genutzt" wird, um nach außen hin die staatlichen Auflagen zu erfüllen. So werden Trocknungsanlagen für nasse Hackschnitzel neben Biogasanlagen errichtet. Ziel ist nicht der wirtschaftliche Betrieb dieser Anlagen, sondern die Erlangung der Zusatzsubvention für die "Abwärmenutzung". Aus diesen Gründen berücksichtige ich die Abwärmenutzung nur insoweit, wie sie tatsächlich auch in der Praxis Anwendung findet. Was theoretisch möglich ist, wenn alle günstigen Umstände gleichzeitig zustandekommen, das hat mit der tatsächlichen Praxis nichts zu tun. 7. Moralische Anmerkungen und Blick in die Zukunft. Das Geld für die Biogassubvention stammt von den Kunden der Stromversorger. Im Unterschied zum Steuergeld, das im Grundsatznach der wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit der Menschen berechnet wird, ist es beim Stromverbrauch anders. Hier werden Familien mit Kindern und Niedrigverdiener anteilmäßig stärker herangezogen als Kinderlose und Reiche, eben weil bei Familien und Niedrigverdienern die Stromrechnung einen sehr viel höheren Anteil an den monatlichen Gesamtausgaben hat als bei der anderen Gruppe. Die Biogassubvention ist eine Zwanzig-Jahre-Subvention für jede Einzelanlage. Die Beschlüsse zur Subvention fordern zwanzig Jahre lang die Zahlung von sehr hohen Geldbeträgen. Damit ist die Forschung in der Zukunft blockiert, weil eben das Geld für die Altanlagen gezahlt werden muß. Es handelt sich um riesige Beträge. Dies ist ein Grund, warum das Ganze in die Zwanzig-Jahre-Form gepackt wurde, damit man es am Anfang nicht so sieht. Zur Zeit steigen die Beträge jährlich, weil sowohl die Altanlagen bezahlt werden müssen als auch jährliche neue Anlagen dazu kommen. Weil das ganze Spiel schon einige Jahre läuft und vielleicht auch noch einige Jahre weiterlaufen wird, ist es auch kein Zwanzig-Jahre-Spiel, sondern eher ein Dreißig-Jahre-Spiel. Die Rolle der Geldentwertung: Die Biogasanlagen haben meiner Ansicht nach einen ganmz schlechten Gesamtwirkungsgrad. Zur Zeit lebt das ganze Biogasspiel davon, daß die Anlagen vom Staat so gewollt sind und mti einem reichen Geldregen beschüttet werden. Das zweite Standbein sidn die äußerst niedrigen Getreidepreise, sodaß manche Bauern einen Ausweg darin sehen, ihre Ackerflächen als Zulieferfläche für eine Biogasanlage zu sehen. In dem Moment, in dem die landwirtschaftlichen Preise steigen, sei es im Rahmen einer allgemeinen Geldentwertnug, sei es durch eine Ölpreissteigerung alleine, diese zieht die Verwendung von landwirtschaftlichen Stoffen als Energieträger nach sich und zwar in Anlagen mit einem hohen Wirkungsgrad, beispielsweise Feuerungsanlagen mit 80 bis 90% Wirkungsgrad. Dann fehlt den Biogasanlagen der Rohstoff und sie werden pleite gehen, insoweit die Bankkredite noch nicht abgezahlt sind. Denn die Modellrechnungen zur einzelbetrieblichen Wirtschaftlichkeit einer Biogasanlage basieren auf dem staatlich verursachten Geldregen einerseits, sehr niedrigen Getreidepreisen andererseits. Sowie nur eines der beiden Standbeine wegbricht, fällt die Biogasgeschichte um. Den Grenzpreis schätze ich auf 18 bis 20 Euro je 100 kg Weizen (die anderen landwirtschaftlichen Preise leiten sich vom Weizenpreis ab). Derzeit liegt der Erzeuger-Weizenpreis im Bereich 10 bis 12 Euro je hundert kg Weizen (zuzüglich MwSt.)

Einbeziehung des landwirtschaftlichen Energieaufwandes in die Wirkungsgradberechnung. a) Stickstoffdünger frei Acker hat einen Energiebedarf von 44 MJ je Kilogramm Stickstoff. Quelle: http://www.duengung.net/downloads/IVA_Arbeitsblatt_3.pdf Sehr aufschlußreicher Bericht über den Energieverbrauch bei der Stickstoffdüngung. Herstellung, Fracht und Verteilung des Stickstoffs brauchen etwa 44 MJ je Kilogramm Stickstoff. Der Energiebedarf des Stickstoffs ist etwa 50% des Gesamtenergiebedarfs beim Weizenbau. b) Der Mengenertrag des Silomaises ist etwa 20.000 kg Trockenmasse je Hektar. Quelle: http://www.lwk-nrw.de/landwirtschaft/ackerbau/pdf/tabellen-energiemais-sv-2006.pdf Ertrag des Silomaises beträgt etwa 20 Tonnen Trockenmasse je Hektar. Dieser hat eine Bruttoenergie von 20.000kg zu je 16 Megajoule ergibt 320.000 Megajoule. c) Mais wird mit etwa 200kg Stickstoff gedüngt. Das sind 8800 Megajoule je Hektar, ungefähr 2,5% der Energiemenge im Erntegut. Der Dieselverbrauch in der Landwirtschaft ist etwa 100 Liter Diesel je Hektar Ackerfläche. Das sind etwa 3500 Megajoule je Hekar. Der übrige Energiebedarf der Landwirtschaft beträgt ebenso etwa 3500 MJ/ha. d) Bei dem geschätzten Wirkungsgrad von 0,22 erhält man 320.000 MJ mal 0,22 ergibt rund 70.000 Megajoule/ha als Strom. Dieses Ergebnis war ohne die Energiekosten des Pflanzenbaus gerechnet. Deshalb kann man, wenn man diesen Energieaufwand einbezieht, vom Stromergebnis noch die Dieselenergie in Höhe von 3.500 MJ/ha abziehen, denn Dieselenergie ist wichtiger als Stromenergie (Diesel ist, weil es Kraftstoff für Fahrzeuge ist, sehr hochwertig), deshalb kann man es im Preis mindestens als gleichwertig ansetzen.. Die übrigen Energieverbräuche kann man zur Hälfte abziehen, denn Strom ist ein hochwertiger Energieträger, höherpreisig als die Kohle zur Stickstoffdüngerherstellung. Somit kann man noch 8800/2 MJ/ha und 3500/2 MJ/ha abziehen. Dann kann man vom Stromergebnis etwa 9.700 MJ abziehen, dann erhält man netto etwa 60.300 MJ/ha an Stromenergie. Unter diesen Annahmen errechnet sich der Wirkungsgrad zu 60.300MJ/ha geteilt durch 320.000 MJ/ha ergibt rund 0,19. e) Hinweis: es gibt auch Betriebe, die einen Teil des Stickstoffbedarfs aus Gülle decken. Hierbei ist der Energiebedarf der Stickstoffdüngung geringer, möglicherweise steigt dann der Gesamtwirkungsgrad von 0,19 auf 0,20. (eingefügt am 28.5.2010)

Der Verfasser bittet die Leser darum, Ihre Meinung und Ihre Erfahrungen mitzuteilen.

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- agriserve - Biogas-3. Wirtschaftlichkeit von Biogas vom 26. März 2010 bis 26. März 2010 Agriserve GmbH Karlfried Cost Zum Schäferköppel 200 60437 Frankfurt Ferndruck 06101 - 43.513 agriserve2000@yahoo.de www.agriserve.de Holz Getreide Biomasse Heizungen Beratung Entwicklung Herstellung Geschäftsführer: Karlfried Cost