Abgedeckte Güllelagunen in den USA: So funktioniert der verbreitetste Typ landwirtschaftlicher Biogasanlagen

Eine abgedeckte Vergärungslagune ist ein Erdbecken für Gülle, abgedeckt mit einer dichten, in der Regel flexiblen Membran, unter der unter anaeroben Bedingungen Biogas entsteht. In der Auswertung der EPA AgSTAR ist es der häufigste Typ von Biogasanlagen auf Farmen in den USA: Abgedeckte Lagunen (174 Anlagen) liegen vor Plug-Flow-Reaktoren (107) und Complete-Mix-Reaktoren (105), und die übrigen Technologien — Reaktoren mit aufsteigendem Schlammbett (5), sequenzielle Reaktoren (3), Festbettreaktoren (2) und andere — sind Einzelstücke. Laut EPA wird die abgedeckte Lagune den „Standard-Rate“-Anlagen zugerechnet, da sie weder beheizt noch durchmischt wird.

So funktioniert es

Die Gülle gelangt in eine tiefe Lagune mit entsprechend geformter Sohle und Böschung. Die Oberfläche wird mit einer widerstandsfähigen Geomembran abgedeckt, unter der sich das Biogas sammelt. Das Gas wird über Rohre zu einem Reinigungssystem geleitet — Feuchtigkeit wird entfernt und bei Bedarf Schwefelwasserstoff — und weiter zur Fackel, zu einem Kraft-Wärme-Kopplungsmotor, zu einem Kessel oder zu einer Anlage zur Aufbereitung zu Biomethan. Die Vergärung findet bei annähernd Umgebungstemperatur statt (in der Regel im psychrophilen oder unteren mesophilen Bereich), sodass die Lagune keine Beheizung benötigt, doch die Geschwindigkeit der Biogasproduktion hängt von der Jahreszeit ab.

Für welche Gülle

Abgedeckte Lagunen eignen sich für verdünnte Gülle, also solche, wie sie auf Farmen mit Wasserspülung der Ställe anfällt. Bei dickeren Exkrementen werden eher Complete-Mix-Reaktoren (durchmischt und beheizt) oder Plug-Flow-Reaktoren benötigt; laut AgSTAR-Handbuch betrifft die konventionelle Vergärung Gülle mit einem Trockensubstanzgehalt von bis zu 10–12%. Die Wahl des Anlagentyps ergibt sich also aus der Tierhaltungstechnik — je mehr Wasser, desto sinnvoller die Lagune.

Vorteile

• Niedrige Investitionskosten — ein Erdbecken mit Abdeckung ist günstiger als ein Stahlbeton- oder Stahlreaktor mit Rührwerken und Heizung.
• Einfacher Betrieb — weniger mechanische Geräte, weniger Störungen.
• Wirksame Methanminderung — Erfassung des Gases an einer Stelle, die im klassischen System eine Quelle von Emissionen in die Atmosphäre wäre.

Einschränkungen

• Klimaempfindlichkeit — in kühlen Zonen verlangsamt sich die Vergärung im Winter oder kommt zum Erliegen, daher sind Lagunen in wärmeren Regionen verbreiteter.
• Große Fläche und großes Volumen je Einheit Gasproduktion — der langsamere Prozess erfordert eine längere Verweilzeit.
• Absetzen fester Fraktionen — erfordert periodische Reinigung.
• Gefahren für die Dichtheit — eine Beschädigung der Membran (z. B. durch Wind, Tiere, Spannungen) führt zu Gasaustritt und Brandgefahr.

Vergleich mit Complete-Mix

Betrieb und Sicherheit

Bei der Abdeckung der Lagune sind entscheidend: die richtige Verankerung der Membran, die Kontrolle des Güllestands (Volumenänderungen heben oder senken die Abdeckung), die Ableitung von Regenwasser von der Oberfläche der Abdeckung sowie Vorkehrungen gegen das Eindringen von Luft in den Gasraum. Biogas enthält Methan, daher erfordert die Anlage Explosionsschutzzonen, eine geeignete Notfackelanlage und Verfahren für das Vorgehen bei Beschädigung der Abdeckung. Zusätzlich ist Schwefelwasserstoff giftig und korrosiv, was Messungen und die richtige Werkstoffauswahl in der Gasanlage erforderlich macht.

Rolle bei der Emissionsminderung

Für eine Farm mit offener Lagune ist die Abdeckung mit Gasrückgewinnung eine der einfachsten Möglichkeiten, die Methanemissionen zu begrenzen, da sie keinen Umbau des Systems zur Güllebeseitigung aus den Tierhaltungsgebäuden erfordert. Zugleich löst die Vergärung in der Lagune allein das Problem der Nährstoffe nicht — der Rückstand nach der Vergärung enthält weiterhin Stickstoff und Phosphor, die nach den Düngungsregeln verwertet werden müssen.

Wann die Lagune, wann ein anderer Typ

Die Entscheidung sollte auf drei Fragen beruhen: Wie hoch ist der Trockensubstanzgehalt der Gülle, wie hoch ist die Umgebungstemperatur im Jahresverlauf und soll das Gas ein einfaches System (Fackel, Kessel) oder ein anspruchsvolles Aufbereitungssystem speisen. Die Antworten „verdünnt, warm, einfaches System“ sprechen für die Lagune; die umgekehrten – für einen beheizten Reaktor.

Wo man Daten findet

Die EPA führt die Datenbank AgSTAR (Livestock Anaerobic Digester Database) mit Daten zu den Anlagen, und das Betreiberhandbuch (AgSTAR Operator Guidebook) beschreibt die Betriebspraxis von Farmanlagen. Die Auswertungen der Anlagentypen auf den Seiten der EPA unterscheiden sich nach Datum und Umfang, daher ist beim Zitieren von Zahlen stets der aktuelle Stand der Datenbank zu prüfen.

Was das für Polen und Europa bedeutet

Im gemäßigten Klima wie dem polnischen haben abgedeckte Lagunen ohne Beheizung nur begrenzte Anwendung, und die meisten landwirtschaftlichen Anlagen sind beheizte Behälterreaktoren. Dennoch bleibt die Idee der Abdeckung von Güllebehältern und der Biogaserfassung eine wichtige Richtung der Methanminderung aus bestehenden Lagerbehältern.