Erzeugung von Biogas aus Abfällen für Heizung, Stromerzeugung und Transport.

Die Erzeugung von Biogas durch anaerobe Vergärung bietet erhebliche Vorteile gegenüber anderen Techniken der Bioenergieerzeugung. Biogas besteht aus mehreren unerwünschten Bestandteilen wie H2S, CO2, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Wasserdampf, die dazu beitragen, den Heizwert im Vergleich zu Erdgas zu senken. Die in geringer Konzentration vorhandenen Schadstoffe beeinträchtigen die kommerzielle Nutzung von Biogas in großem Maßstab und müssen daher vor der Verwendung entfernt werden. Es werden verschiedene Reinigungs- und Aufbereitungstechniken zur Verbesserung der Qualität von Rohbiogas erörtert, die in physiochemische und biologische Technologien eingeteilt werden. Fortgeschrittene Techniken wie Hydratabtrennung, kryogene Abtrennung, biologische Methoden, Membrananreicherung, In-situ-Aufbereitung, mehrstufige anaerobe Vergärung und Hochdruckvergärung stellen die modernen Entwicklungen bei den Biogasaufbereitungstechniken dar. Biogas ist eine erneuerbare grüne Energiequelle und wird derzeit in vielen Entwicklungsländern als alternative und erneuerbare Energiequelle für ein breites Spektrum von Anwendungen genutzt. Die meisten Länder sind dabei, Gesetze zur Regulierung der Biogasindustrie einzuführen. Biogas gilt als die Zukunft der erneuerbaren und nachhaltigen Energie.

Biogasanwendungen gibt es zum Beispiel für Heizung, Stromerzeugung und Transport. In den letzten 10 Jahre gab es einen Anstieg von ca. 90% in der Biogasindustrie (120 GW im Jahr 2019 im Vergleich zu 65 GW im Jahr 2010). Europa (z. B. im Jahr 2017) trug mit 64 TWh zu über 70 % der weltweiten Biogaserzeugung bei.

Seit den 1980er Jahren wurde der sprunghafte Anstieg des weltweiten Energieverbrauchs weitgehend durch fossile Energieressourcen angetrieben. Im Allgemeinen hatten Erdöl, Kohle, Erdgas, Elektrizität, Kernenergie und erneuerbare Energien im Jahr 2018 einen Anteil von 33, 27, 24, 7, 4 bzw. 4 % an der gesamten Primärenergie auf der Welt. Ungefähr 85% des weltweiten Primärenergieverbrauchs wurden 2018 durch fossile Brennstoffe gedeckt.

Die Umwandlung von Biomasse in Energie wurde in den letzten Jahren von 65 GW im Jahr 2010 auf 120 GW im Jahr 2019 gefördert, was auf den Klimawandel, günstige Energiepreise, die Zunahme der dezentralen Erzeugung und Umweltaspekte zurückzuführen ist. Abfälle mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt sind für die Umwandlung durch anaerobe Vergärung, Deponie- und Vergärungstechnologien besser geeignet. Die weltweite Kapazität von Biogasanlagen betrug Ende 2019 etwa 19,5 GW. Organische Abfälle sind aufgrund ihres hohen Feuchtigkeitsgehalts und ihrer hohen Abbaubarkeit die häufigsten Ausgangsstoffe für die Erzeugung von Biogas aus Abfällen, einschließlich häuslicher Abfälle (Lebensmittel, Obst und Gemüse) oder öffentlicher feuchter Abfälle (Cafés und Restaurants, Tagesmärkte und Bioabfälle von Unternehmen). Diese Inputmaterialien werden als OFMSW klassifiziert, was die organische Fraktion der festen Siedlungsabfälle darstellt.

Biogas ist im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen von Natur aus erneuerbar, da es aus Biomasse erzeugt wird und diese Quelle praktisch eine Reserve der Sonnenenergie über den Prozess der Photosynthese ist. Durch die anaerobe Vergärung von Biogas wird nicht nur der Status des Energiekorbs eines Landes verbessert, sondern auch ein wichtiger Beitrag zur Erhaltung der natürlichen Ressourcen und zum Schutz der Umwelt geleistet.

Biogas besteht aus biogenem Material. Dieses natürlich vorkommende Biogas breitet sich in der Umwelt aus, und sein Hauptbestandteil, das Methan, trägt erheblich zur globalen Erwärmung bei.

Methan wurde in den letzten Jahrzehnten als wichtiger fossiler Brennstoff verwendet und zur Stromerzeugung, für den Transport und zum Heizen umgewandelt. Heutzutage stammt der größte Teil des Methanverbrauchs und der Methannutzung aus Erdgasressourcen, aber die Produktion von Biomethan aus Abfallverwertungskonzepten wurde erheblich gesteigert.

Das Produktionspotenzial wurde innerhalb von 9 Jahren (von 2010 bis 2018) um 4 % gesteigert. Derzeit werden weltweit etwa 3,5 Mio. t RÖE Biomethan produziert, und das Potenzial für die Biomethanproduktion liegt heute bei über 700 Mio. t RÖE.

Dies bedeutet natürlich nicht, dass die Umwandlung von Methan aus allen Arten von natürlichen Ressourcen möglich ist. Mit anderen Worten, die Infrastrukturen für die Entwicklung von Biogas hängen in hohem Maße von spezifischen Anlagen und der Verfügbarkeit von Kontroll- und Managementsystemen ab. Daher kann eine nachhaltige Industrie zur Erzeugung von Bioenergie aus erneuerbaren und umweltfreundlichen natürlichen Ressourcen installiert und umgesetzt werden.

In den Industrieländern werden fortschrittliche Großanlagen zur Nutzung von Biogas eingesetzt. Biogas wird regelmäßig zur Erzeugung von Wärme, Kraft und Strom eingesetzt. Auch verschiedene industrielle Anwendungen für die Nutzung von Biogas in Biogasanlagen als Ersatz für Erdgas werden vorangetrieben. Basierend auf den analysierten Daten ist ein kontinuierlicher Anstieg der Biogaserzeugung aufgrund der globalen Politik und Programme zu beobachten.

Da der Anteil der erneuerbaren Energien von 0,5 %, d. h. etwa 12,8 GW im Jahr 2020 für den Verkehrssektor erreicht werden soll, wurde die Biokraftstoffproduktion in verschiedenen Regionen als Hauptquelle für diesen Plan betrachtet. Es ist zu beachten, dass die Biogasproduktion nicht als Bedrohung für die Nahrungsmittelproduktion entwickelt werden sollte. Aus diesem Grund werden Biokraftstoffe hauptsächlich aus zellulosehaltigen und ligninhaltigen Abfällen erzeugt.

Ein breiter globaler Markt für Biogas wurde in den vergangenen Jahrzehnten in verschiedenen Ländern auffällig gefördert. Darüber hinaus wurden die fortschrittlichen Biogaserzeugungstechnologien durch nationale oder internationale Förderregelungen unterstützt, wie z. B. Finanzmittel für Forschung, Design und Entwicklung (RD&D), Subventionen und garantierte Stromabnahmeverträge, um einen wettbewerbsfähigen Markt gegenüber konventionellen Energieversorgern zu schaffen.

Die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten der Biogastechnologie bieten eine Mehrzwecklösung zur Erzeugung der benötigten Energie für den industriellen oder sozialen Sektor. Biogas wird hauptsächlich für Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, Wasserstoffproduktionsanlagen und fortschrittliche Energiesysteme wie Brennstoffzellen verwendet.

Im Allgemeinen wurden in der Europäischen Union (EU) und Nordamerika (NA) in den letzten 40 Jahren mehr Biogasanlagen entwickelt als in anderen Kontinenten. Die Hauptvorteile der Anlagen in den genannten Regionen sind der industrielle Maßstab, die Energieeffizienz und der hohe Komplexitätsgrad. Die Biogasproduktion wurde von akademischen Zentren und Regierungen aufgrund ihres Potenzials zur Bewältigung verschiedener globaler Herausforderungen in Betracht gezogen. Es sollte auch darauf hingewiesen werden, dass der Einsatz von Biogastechnologien es der Industrie ermöglicht, Treibhausgasemissionen und Abfallverschmutzungen zu eliminieren, während es aufgrund seines erneuerbaren Charakters ein breites Spektrum an Energienutzung wie Wärme, Strom und Transportzwecke bietet.Weltweit gibt es verschiedene Strategien zur Erzeugung von Biogas aus landwirtschaftlichen Produkten. In Deutschland beispielsweise liefert die Produktion billiger landwirtschaftlicher Erzeugnisse, die nur wenig verarbeitet werden müssen (ohne Folgen für die Verbraucher), Ausgangsmaterial für Biogasanlagen. Neue Erkenntnisse empfehlen die Nutzung von Pflanzen und Pflanzenresten, Reststoffen und Deponien.

Quelle 05/2022