Energie aus organischen Abfällen: wie man das Biogaspotenzial aus Bioabfällen abschätzt

Die Energie aus Bioabfällen schätzen wir über eine Rechenkette ab: Masse der Abfälle × Anteil der Trockensubstanz (TS) × Anteil der organischen Substanz (oTS) × Methanpotenzial (BMP) × Heizwert von Methan × Umwandlungswirkungsgrad; für Abfälle mit einer Ausbeute von 100 m³ CH₄ je Tonne bedeutet das ca. 1000 kWh chemische Energie, also ca. 380–420 kWh elektrische Energie in der Kraft-Wärme-Kopplung. Das ist eine Größenordnung, die eine schnelle Bewertung eines Projekts erlaubt, aber Laboruntersuchungen nicht ersetzt.

Schritt für Schritt

1. Masse der Abfälle in Tonnen pro Jahr (Frischmasse).
2. TS und oTS: Umrechnung auf die Masse der organischen Trockensubstanz. Beispiel: 25% TS und 90% oTS ergeben 0,225 t oTS je Tonne Frischmasse.
3. BMP: Methanausbeute je Einheit oTS; 1 NmL CH₄/g oTS entspricht 1 m³ CH₄ je Tonne oTS. Bei einem BMP von 450 NmL/g oTS entstehen aus einer Tonne Frischmasse ca. 101 m³ CH₄ (0,225 t oTS × 450 m³/t oTS).
4. Chemische Energie: Der Heizwert von Methan beträgt ca. 35,8 MJ/m³, also ca. 10 kWh/m³. Aus einer Tonne: ca. 1000 kWh.
5. Wirkungsgrad der Kraft-Wärme-Kopplung: elektrisch ca. 38–42%, thermisch zusätzlich einige Dutzend Prozent. Aus einer Tonne: ca. 380–420 kWh elektrische Energie.

Der Wert von ca. 50–55 MJ, der im ursprünglichen Text auftauchte, entspricht dem Energiewert von Methan je Kilogramm und nicht je Kubikmeter (die Dichte von Methan beträgt ca. 0,66–0,72 kg/m³).

Beispiel für 1 Mio. t Abfall

Nehmen wir hypothetisch 1 Mio. t Abfall mit einer Ausbeute von 100 m³ CH₄ je Tonne an. Das ergibt 100 Mio. m³ Methan, also ca. 3,6 PJ (ca. 1000 GWh) chemische Energie, und bei einem elektrischen Wirkungsgrad von 40% ca. 400 GWh elektrische Energie pro Jahr. Im nationalen Maßstab erhalten wir selbst dann, wenn es gelänge, die gesamten organischen Abfälle (in der Größenordnung von einigen bis zu mehr als zehn Mio. t, je nach Definition) zu verarbeiten, höchstens einzelne TWh, also einen Bruchteil der nationalen Stromerzeugung, und keine „128 TWh“. Biogas ist daher eine wichtige, aber begrenzte Energiequelle.

Faktoren, die die tatsächliche Leistung beeinflussen

• Zusammensetzung der Abfälle: Fette liefern ein Vielfaches mehr Biogas als Kohlenhydrate, hemmen den Prozess im Überschuss aber leicht.
• Feuchte: Zu trockene oder zu nasse Masse erschwert Pumpen und Durchmischen.
• Temperatur: Der thermophile Prozess ist schneller, erfordert aber mehr Wärmeenergie.
• Verweilzeit und Belastung des Fermenters (organische Raumbelastung (OLR)).
• Inhibitoren: Ammoniak, Schwermetalle, Antibiotika.
• Störstoffe in kommunalen Abfällen (Verpackungen) und Verluste bei der Sammlung.

Vom Potenzial zum Projekt

Das theoretische Potenzial ist die Obergrenze. Ein Projekt erfordert: eine stabilisierte Sammlung, die Analyse von TS und oTS, einen BMP-Test, eine Wärmebilanz und einen Plan für die Verwertung des Gärrests. BMP-Untersuchungen aus der Literatur sind in den BMP-Untersuchungen zusammengestellt, die Methodik im Beitrag Was ist der BMP-Test.

Vergleich mit anderen Quellen

Biogas hat den Vorteil der Verfügbarkeit: Die Anlage kann rund um die Uhr laufen, unabhängig vom Wetter, was sie von Wind und Photovoltaik unterscheidet. Zugleich ist ihr Maßstab durch die Menge der verfügbaren Substrate begrenzt. Eine Gegenüberstellung der Technologien zur Abfallbehandlung: Energie aus Abfällen: Vergärung, Verbrennung, Pyrolyse und Deponiegas im Vergleich.

Wie man in der Praxis genau rechnet

Für eine konkrete Anlage ist es besser, mit eigenen Daten zu beginnen als mit allgemeinen Kennwerten: Wägedaten der Lieferungen, TS und oTS aus Laboranalysen sowie BMP aus dem Test. In den Berechnungen sollten Verluste (z. B. Lagerung), der Eigenenergiebedarf der Anlage (Durchmischung, Pumpen, Beheizung des Fermenters) und die jährliche Verfügbarkeit (in der Regel deutlich unter 100% der Zeit) berücksichtigt werden. Das erlaubt es, die Nettoenergie statt der Bruttoenergie zu erhalten und die Amortisation der Investition realistisch zu bewerten. Beispielsweise wird die elektrische Bruttoenergie aus der Kraft-Wärme-Kopplung um die Energie gemindert, die für den Betrieb der Biogasanlage selbst benötigt wird.

Zusammenfassung

Schätzungen des Energiepotenzials organischer Abfälle sind für die Vorabbewertung nützlich, aber nur, wenn die Rechnung transparent ist und Verluste berücksichtigt. Stellen Sie die Annahmen (TS, oTS, BMP, Wirkungsgrad) stets den Ergebnissen gegenüber und prüfen Sie die Größenordnung, indem Sie sie mit der eigenen Anlage oder Daten aus der Literatur vergleichen. Ein Fehler um eine Zehnerpotenz, wie in der ursprünglichen Fassung dieses Artikels, kann die Investitionsschlussfolgerung völlig verändern.