Sinnvolle Abfallnutzung durch anaerobe Gärung

Digester for biogas production
Anne Palmio
Jan 29, 2019

Der produzierte Abfall stellt eine der größten globalen Herausforderungen dar. Gleichzeitig lässt sich der Mensch immer wieder neue Wege einfallen, um Abfall zu reduzieren und zu recyceln. Für beinahe alle Arten von Abfällen finden sich im Rahmen verschiedener Material- und Nährstoffkreisläufe neue Wege durch die Kreislaufwirtschaft. Ebenso werden immer größere Mengen unseres Bioabfalls durch anaerobe Gärung zu Biogas, Gärresten, Abwasser sowie in weiteren Nebenströmen verarbeitet. Selbige können zur Fertigung einer Vielzahl anderer Produkte eingesetzt werden. In diesem Blog-Post werfen wir einen näheren Blick auf die Grundlagen der Biogasindustrie sowie darauf, welchen Beitrag sie zur sinnvolleren Nutzung von Abfällen leistet.

Was sind Biogas und anaerobe Gärung?
Bei Biogas handelt es sich um ein Gasgemisch, das im Rahmen der anaeroben Gärung entsteht und sich aus Methan, Kohlendioxid und einigen Spurengasen zusammensetzt. Die Zusammensetzung kann variieren, wobei der Volumenanteil in der Regel jedoch etwa bei 60–65 % Methan und 30–35 % Kohlendioxid liegt. Ebenfalls enthalten sind andere Gase in ppm-Werten. Biogas entsteht durch anaerobe Gärung. Der Wasseranteil des Rohgases, das den Fermenter verlässt, hängt von der Temperatur ab, bei der die bakteriellen Prozesse ablaufen, wobei die relative Feuchte im Fermenter üblicherweise 100 % beträgt.

Der Prozess der anaeroben Gärung
Bei der anaeroben Gärung handelt es sich um einen enzymatischen Prozess, für den anaerobe Bedingungen sowie verschiedene Arten von Mikroben erforderlich sind, von denen jede eine entscheidende Rolle im Gesamtprozess spielt. Die Gärung beginnt mit der Hydrolyse, bei der Proteine, Kohlenhydrate und Lipide in kleinere Bestandteile aufgespalten werden. Bei der Acidogenese werden diese Bestandteile in flüchtige Fettsäuren umgewandelt, wobei Ammoniak (NH3), Kohlendioxid (CO2) und Schwefelwasserstoff (H2S) entstehen. Bei der Acetogenese werden einige der flüchtigen Fettsäuren in Essigsäure (CH3COOH), Wasserstoff (H2) und CO2 umgewandelt. Diese sind nützlich für die Methanogenese, bei der sie von methanbildenden Mikroorganismen in verschiedenen biochemischen Prozessen zu Methan (CH4) umgewandelt werden. 

Verschiedene Arten von Biogas
In der internationalen Nomenklatur und von der Internationalen Energieagentur wird Biogas nach der Herkunft des als Ausgangsstoff verwendeten Abfalls sowie nach seiner nachfolgenden Aufbereitung kategorisiert:
-    Klärschlammgas = Methanisierung von Klärschlamm aus der Abwasserreinigung
-    Deponiegas = Biogas, das im Rahmen der ungefährlichen Abfalllagerung erzeugt wird 
-    Sonstiges Biogas = Methanisierung von ungefährlichem Abfall oder von pflanzlichem Rohmaterial

Ebenfalls auf dem Vormarsch ist eine vierte interessante Unterkategorie mit der Bezeichnung „Biogas aus thermischen Prozessen“. Hierbei handelt es sich um Biogas, das durch Pyrolyse oder Entgasung von fester Biomasse (hauptsächlich Forstabfälle oder fermentierbarer Hausmüll) produziert wird. Bei diesem Prozess entstehen H2 und Kohlenmonoxid (CO). Beide Stoffe können in synthetisches Biogas umgewandelt werden, um Erdgas (CH4) zu ersetzen. EurObserv’Er hat diese Biogasart in die Kategorie „Sonstige Biogase“ aufgenommen.

Warum wird Biogas produziert?
Die Biogaserzeugung hat zwei Gründe: Der erste ist, dass Länder ihre Bioabfälle auf umweltfreundliche Weise verarbeiten und die in organischen Abfällen enthaltenen Nährstoffe wieder in die Landwirtschaft zurückführen möchten, indem sie die Abfälle vergären und kompostieren. Der zweite Grund für die Biogaserzeugung ist, dass es sich bei Biogas um eine erneuerbare Energiequelle handelt, die auf verschiedenste Art und Weise genutzt werden kann. Die häufigste Lösung ist die kombinierte Erzeugung von Wärme und Strom mittels Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) am Anlagenstandort. Immer häufiger wird Biogas gereinigt und in Biomethan umgewandelt, das entweder über das Erdgasnetz oder als verflüssigtes Erdgas verteilt werden kann. Biomethan kann dann als umweltfreundliche Alternative verwendet werden auf dem Weg zu einem biogenen Kohlenstoffzyklus. 

Manche Forscher sehen in der Biogaserzeugung eine Möglichkeit, den Wohlstand und das Wohlbefinden in ländlichen Gegenden zu fördern, da organische Abfälle dort als natürliche und erneuerbare Ressource verfügbar sind. Obwohl die Biogaserzeugung auf lange Sicht gesehen nur einer von vielen Schritten auf dem Weg hin zur photosynthesebasierten Energieerzeugung ist, bietet sie für die kommenden Jahrzehnte dennoch weiterhin großes Potenzial. Das gilt insbesondere für Gegenden, in denen Solar- und Windenergie keine tragfähigen Alternativen darstellen.

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Quellen
EurObserv’Er. https://www.eurobserv-er.org/.
Caruana, D. & Olsen, A. 2011. Anaerobic Digestion. Nova Science Publishers. ProQuest Ebook Central Academic Complete International Edition.

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