CHP, Wärme oder Biomethan? Technische Kriterien für die Wahl des Biogasverwertungswegs

Die Wahl des Verwertungswegs für Biogas ist die Entscheidung darüber, in welcher Form die Energie die Anlage verlässt: als Strom und Wärme aus Kraft-Wärme-Kopplung (CHP), als reine Wärme aus einem Biogaskessel oder als Biomethan nach der Aufbereitung, das in das Netz eingespeist oder als Kraftstoff verwendet wird. Technischer Ausgangspunkt sind drei Fragen: Wie groß ist die Gasproduktion, gibt es das ganze Jahr über einen Wärmeabnehmer, und befindet sich in der Nähe ein Gasnetz mit ausreichender Aufnahmefähigkeit oder ein Abnehmer für Biomethan?

Vergleich der Wege

CHP

Stärken: bekannte Technologie, Service im Land verfügbar, Betrieb im Inselbetrieb oder am Netz möglich, Modularität. Schwächen: elektrischer Wirkungsgrad im Bereich von einigen Dutzend Prozent, der Rest der Energie fällt als Wärme an, deren Nutzung mitunter saisonal ist. Entscheidend ist die Wärmebilanz: wie viel Wärme sich verkaufen oder verbrauchen lässt (Trocknungsanlagen, Gebäude, industrielle Prozesse). Eine gute Wärmenutzung hebt den Gesamtwirkungsgrad auf über 80%, eine schlechte lässt einen erheblichen Teil der Energie ungenutzt.

Reine Wärmenutzung

Ein Biogaskessel ist einfach und günstig, hat einen hohen Wirkungsgrad (in der Regel ca. 90%), ist aber nur dort sinnvoll, wo es einen ständigen Wärmeabnehmer gibt. Er wird bei kontinuierlichen Industrieprozessen, in der Lebensmittelverarbeitung, bei Trocknungsanlagen und in der lokalen Wärmeversorgung eingesetzt. Nachteilig sind das Fehlen eines höherwertigen Produkts (Strom) und die Abhängigkeit von einem einzigen Abnehmer.

Biomethan

Die Aufbereitung besteht in der Entfernung von CO₂ (sowie von Resten von H₂S, Wasser und anderen Verunreinigungen), um ein Gas mit Eigenschaften zu erhalten, die denen von Erdgas nahekommen. Technologien: Wasserwäsche, Aminwäsche, Membranen, Druckwechseladsorption (PSA). Vorteile: Das Gas kann in das Netz eingespeist, gespeichert und als Kraftstoff im Verkehr (CNG, LNG) verwendet werden, und die Energie ist nicht durch die Notwendigkeit eines lokalen Wärmeabnehmers begrenzt. Nachteile: höhere Investitionskosten, Anforderungen an Anlagengröße und Gasqualität, Methanverluste im Prozess (sog. Methanschlupf), Netzanschluss, Mess- und Formalanforderungen.

Biomethan kann sich für Anlagen mit größerem Gasstrom oder für Cluster kleinerer Anlagen lohnen, die ihr Gas sammeln (z. B. über eine Rohbiogasleitung zu einer gemeinsamen Aufbereitungsanlage).

Entscheidungskriterien

1. Anlagengröße: Wie viele m³ Biogas pro Stunde? Kleine Gasströme erschweren die Aufbereitung.
2. Wärmeabnehmer: Menge, Beständigkeit, Entfernung, Bereitschaft zu einem langfristigen Vertrag.
3. Netzzugang: Entfernung zum Gasnetz, Druck, Aufnahmefähigkeit im Sommer, Kosten des Anschlusses.
4. Zugang zum Stromnetz: Anschlussbedingungen, Leistungsbeschränkungen.
5. Rechtsrahmen und Förderung: verfügbare Systeme, Nachhaltigkeitsanforderungen, Zertifizierung.
6. Kompetenzen und Service: Verfügbarkeit von Auftragnehmern und Ersatzteilen.
7. Entwicklungspläne: Möglichkeit eines späteren Wechsels des Verwertungswegs (Flächenreserve, auf Erweiterung ausgelegte Planung).
8. Risiko: Abhängigkeit von einem einzigen Abnehmer, Veränderlichkeit der Regulierung.

Beispiel für einen vereinfachten Energievergleich

Bei 1.000 kW Brennstoffenergie: Eine CHP mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 38% und einem thermischen von 45% liefert 380 kW Strom und 450 kW Wärme; wenn der Abnehmer 50% der Wärme nutzt, beträgt der Gesamtwirkungsgrad 60,5%. Ein Kessel mit 90% liefert 900 kW Wärme, wenn die gesamte Wärme abgenommen wird. Die Aufbereitung mit der Annahme von 1% Methanverlusten und einem Eigenenergieverbrauch von etwa einigen Prozent des Brennstoffs erlaubt es, etwa 90–95% der Energie in Form von Biomethan in das Netz zu übergeben (je nach Technologie und Energieversorgung). Die Zahlen sind illustrativ; die tatsächlichen hängen von Technologie und Bedingungen ab.

Zwischenwege

• Kraft-Wärme-Kopplung mit Fernwärmenetz und Wärmespeicher.
• Rohbiogasleitung zu einer gemeinsamen Anlage oder einem Abnehmer.
• Hybrid: CHP plus Kessel in der Wärmespitze.
• Transport von verflüssigtem oder komprimiertem Biomethan zu den Abnehmern (bioLNG, bioCNG).

Fazit

Es gibt keinen universell besten Weg. Für kleine Anlagen mit Wärmeabnehmer bleibt die CHP vernünftig; für große Gasströme und bei Netzzugang ist Biomethan mitunter interessant; reine Wärmenutzung ist bei konstantem Bedarf sinnvoll. Die Entscheidung sollte durch eine Energiebilanz, eine Risikoanalyse und die Prüfung der aktuellen Vorschriften untermauert werden.

Wann ein Wechsel des Verwertungswegs in Betracht kommt

Ein Wechsel von der CHP zu Biomethan wird mitunter bei auslaufenden Verträgen, steigenden Servicekosten der Motoren, verfügbarem Anschluss oder dann erwogen, wenn der lokale Wärmeabnehmer wegfällt. Dann lohnt es sich zu prüfen: die nach der Modernisierung der Anlage verfügbare Gasmenge, die Biogasqualität, die Anforderungen an die Aufbereitung, das Risiko für bestehende Verträge sowie den technischen Zustand der Fermenter. Erstellen Sie eine Machbarkeitsstudie mit Varianten und einer Sensitivitätsanalyse hinsichtlich der Preise für Substrate und Energie sowie der Kapitalkosten.

Rolle der Abwärme

Auch bei der Wahl von Biomethan benötigt der Prozess Wärme (Beheizung der Fermenter, Regeneration bei der Aminwäsche), die aus einem Kessel oder einer anderen Quelle bereitgestellt werden muss. Die Wärmebilanz ist daher Bestandteil jeder Variante, nicht nur der CHP.