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lucky1111
netanetaaaReferat - biogas
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1. Entstehung in natürlichen Prozessen und Vorteile für die Umwelt
Wohin uns das Energieproblem noch bringen wird, ist noch nicht abzusehen. Die fossilen Brennstoffe werden in spätestens 50 Jahren knapp werden (vgl. Grafik). Deshalb müssen neue Verfahren der Energiegewinnung entwickelt werden. Eine davon ist die Biogasgewinnung. Hier handelt es sich um eine völlig natürliche und erneuerbare Energiequelle, die uns ein Gas liefert, das zu 50 - 70 % aus Methangas besteht. Das Prinzip und der Bau einer solchen Biogasanlage ist relativ einfach. Angewendet können solche Anlagen in der Landwirtschaft, der Ernährungs- und Agrar-Industrie und der Kommunalen Entsorgung. In Verbindung mit Gülle sind organische Reststoffe besonders gut vergärbar. Angesichts solcher Möglichkeiten, sollten besonders die Kommunen ihre Kläranlagen mit Biogasanlagen ausstatten. Aber am häufigsten werden Biogasanlagen in der Landwirtschaft eingesetzt.
Biogas bildet sich in der Natur immer dann, wenn sich organische Verbindungen unter Luftabschluss zersetzen, z.B. bei der Verwesung von totem tierischem und pflanzlichem Material. Dafür sind anaerobe Bakterien, die ohne Sauerstoff leben können, verantwortlich. Der in mehreren Stufen ablaufende Prozess findet z.B. in Sümpfen und Mooren, auf Reisfeldern, im Dickdarm von Tieren und Menschen - vor allem in den Mägen der Wiederkäuer, in Misthaufen und Jauchegruben oder auf Müllkippen statt. Vereinfacht kann für die Biogasentstehung folgende Reaktionsgleichung angegeben werden:
Gülle ----anaerobe Bakterien/40°C----> Methan + Kohlenstoffdioxid + Faulschlamm
Methan gehört neben Kohlenstoffdioxid zu den Hauptverursachern des Treibhauseffekts. Bei der Biogasnutzung wird das entstehende Methan und Kohlenstoffdioxid kontrolliert verbrannt, daher ist die Energienutzung CO2-neutral. Fossile Energieträger, wie z.B. Erdöl oder Kohle, werden eingespart. Die Geruchsbelästigung wird im Vergleich zur Kompostierung minimiert, da die Vergärung in geschlossenen Behältern erfolgt. Für Landwirte stellt die Energeigewinnung eine sinnvolle Alternative dar, da sie die Grünmasse und den Stallmist sinnvoll umwandeln können. Darüber hinaus kann die Energie rund um die Uhr unabhängig vom Netzt für den Eigenbedarf produziert werden und ist speicherbar. Insofern erscheinen die erstmaligen und relativ hohen Kosten zum Bau einer Anlage durchaus sinnvoll.
2. Zusammensetzung und Eigenschaften von Biogas
Biogas (= Sumpfgas, Faulgas) ist ein durch den anaeroben, mikrobiellen Abbau von organischen Stoffen entstehendes Gasgemisch, das zu 50 - 70 % aus dem hochwertigen Energieträger Methan (CH4) besteht. Weitere Bestandteile sind 30-40% Kohlendioxid (CO2) sowie Spuren von Schwefelwasserstoff (H2S), Stickstoff (N2), Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO):
Zusammensetzung von Biogas
Quelle der Tabelle: Boxer-Infodienst
Methan
40-75 %
Kohlendioxid
25-55 %
Wasserdampf
0-10 %
Stickstoff
0-5 %
Sauerstoff
0-2 %
Wasserstoff
0-1 %
Ammoniak
0-1 %
Schwefelwasserstoff
0-1 %
Aufgrund des relativ hohen Energiegehaltes lässt sich Biogas als Energieträger für die Wärme- und Krafterzeugung nutzen. Der durchschnittliche Heizwert von Biogas beträgt etwa 6000 Kcal/m³ (entsprechen 25.000 KJ/m³). Somit entspricht der durchschnittliche Heizwert eines Kubikmeters Biogas etwa 0,6 Liter Heizöl.
Eigenschaften von Biogas
Quelle der Tabelle: Boxer-Infodienst
Dichte
1,2 kg/m³
Heizwert
4-7,5 kWh/m³
(abhängig vom Methangehalt)
Zündtemperatur
700 °C
Zündkonzentration Gasgehalt
6-12 %
Geruch
aufgrund des Schwefelwasserstoffs
nach faulen Eier
Zusammenfassung von wichtigen Zahlen: Das Biogas aus 1t organischer Reststoffe oder 3t Gülle/Festmist ersetzt ca. 60l Heizöl oder 120kWh Strom-Netto und vermindert den Schadstoffausstoß von Kohlenstoffdioxid um 200 kg! Eine Kuh produziert pro Tag etwa 10-20kg Mist. Daraus können 1-2 Kubikmeter Biogas hergestellt werden. Die Biomasse, welche eine Kuh in einem Jahr erzeugt, entspricht der Energie von 300 Liter Heizöl.
3.Technik der Biogaserzeugung
Das Gas (Methan) entsteht in Gärbehältern und wird in Kesseln (Dampf) oder Motoren zur Stromerzeugung verbrannt.
Als Ausgangsstoffe für die Biogaserzeugung kommen grundsätzlich alle Arten von Biomasse in Frage, deren Hauptkomponenten Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette, Cellulose und Hemicellulose sind (nicht jedoch Lignin und lignininkrustierte Cellulose, d.h. die strukturgebende Komponente von Holz und Stroh). Die für die Biogasproduktion nutzbaren organischen Stoffe (= Gärsubstrate) sind zumeist Rest- oder Nebenprodukte verschiedener Branchen und Bereiche in unserer Volkswirtschaft:
* in der Landwirtschaft: Flüssig- und Festmist, Reststoffe der Pflanzenproduktion (z.B. Rübenblätter)
* bei der industriellen Verarbeitung pflanzlicher Produkte (d.h. Extraktions-, Destillations- und Prozessrückstände beispielsweise aus Brauereien und gemüseverarbeitender Industrie, organische Schlämme und Abwässer der industriellen Aufarbeitung)
* bei der Aufbereitung tierischer Erzeugnisse (d.h. Schlachthofabfälle, Metzgereiabfälle)
* bei der Kommunalentsorgung (d.h. organische Anteile des Hausmülls (Biotonne), organische Schlammfraktion der Abwasserentsorgung (Klärschlamm), Abfälle des lebensmittelvertreibenden Gewerbes, organische Rückstände (Speisereste) des Hotel-, Gaststätten- und Großküchengewerbes)
* bei der Landschaftspflege (u.a. Grünschnitt von den kommunal bewirtschafteten Park-, Naherholungs- und Straßenbegrenzungsflächen)
Grundsätzlich gilt, dass der Trockensubstanzgehalt des Gärsubstrates zwischen 2% und 12% liegen sollte, damit einerseits ein guter Transport und leichtes Umrühren gewährleistet sind, andererseits die Umsetzung effizient erfolgen kann. Da die einzelnen Substrate sehr unterschiedlich in ihrer Zusammensetzung sind, seinen hier von den wichtigsten die maximal möglichen Gaserträge pro Tonne Material zusammengestellt :
Maximal mögliche Gaserträge pro Tonne Material
Rindergülle
25 m³/t
Schweinegülle
36 m³/t
Molke
55 m³/t
Biertreber
75 m³/t
Grünabfall
110 m³/t
Bioabfall
120 m³/t
Speiseabfälle
220 m³/t
Flotatfette
400 m³/t
Altfett (z.B. Fritierfett)
600 m³/t
Als Substrat zur Biogaserzeugung wird die bei der Tierhaltung anfallende Gülle oder Mist verwendet. Um die Gasausbeute zu erhöhen, werden vielfach auch andere organische Reststoffe, sogenannte Co-Substrate, zugesetzt. Das Funktionsprinzip einer Biogasanlage ist einfach: Die Gülle bzw. der Mist gelangt zusammen mit den eventuell zusätzlich eingesetzten Co-Substraten zum Vergären in den Gärbehälter (Fermenter). Dieser Fermenter besitzt bei ...
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Wohin uns das Energieproblem noch bringen wird, ist noch nicht abzusehen. Die fossilen Brennstoffe werden in spätestens 50 Jahren knapp werden (vgl. Grafik). Deshalb müssen neue Verfahren der Energiegewinnung entwickelt werden. Eine davon ist die Biogasgewinnung. Hier handelt es sich um eine völlig natürliche und erneuerbare Energiequelle, die uns ein Gas liefert, das zu 50 - 70 % aus Methangas besteht. Das Prinzip und der Bau einer solchen Biogasanlage ist relativ einfach. Angewendet können solche Anlagen in der Landwirtschaft, der Ernährungs- und Agrar-Industrie und der Kommunalen Entsorgung. In Verbindung mit Gülle sind organische Reststoffe besonders gut vergärbar. Angesichts solcher Möglichkeiten, sollten besonders die Kommunen ihre Kläranlagen mit Biogasanlagen ausstatten. Aber am häufigsten werden Biogasanlagen in der Landwirtschaft eingesetzt.
Biogas bildet sich in der Natur immer dann, wenn sich organische Verbindungen unter Luftabschluss zersetzen, z.B. bei der Verwesung von totem tierischem und pflanzlichem Material. Dafür sind anaerobe Bakterien, die ohne Sauerstoff leben können, verantwortlich. Der in mehreren Stufen ablaufende Prozess findet z.B. in Sümpfen und Mooren, auf Reisfeldern, im Dickdarm von Tieren und Menschen - vor allem in den Mägen der Wiederkäuer, in Misthaufen und Jauchegruben oder auf Müllkippen statt. Vereinfacht kann für die Biogasentstehung folgende Reaktionsgleichung angegeben werden:
Gülle ----anaerobe Bakterien/40°C----> Methan + Kohlenstoffdioxid + Faulschlamm
Methan gehört neben Kohlenstoffdioxid zu den Hauptverursachern des Treibhauseffekts. Bei der Biogasnutzung wird das entstehende Methan und Kohlenstoffdioxid kontrolliert verbrannt, daher ist die Energienutzung CO2-neutral. Fossile Energieträger, wie z.B. Erdöl oder Kohle, werden eingespart. Die Geruchsbelästigung wird im Vergleich zur Kompostierung minimiert, da die Vergärung in geschlossenen Behältern erfolgt. Für Landwirte stellt die Energeigewinnung eine sinnvolle Alternative dar, da sie die Grünmasse und den Stallmist sinnvoll umwandeln können. Darüber hinaus kann die Energie rund um die Uhr unabhängig vom Netzt für den Eigenbedarf produziert werden und ist speicherbar. Insofern erscheinen die erstmaligen und relativ hohen Kosten zum Bau einer Anlage durchaus sinnvoll.
2. Zusammensetzung und Eigenschaften von Biogas
Biogas (= Sumpfgas, Faulgas) ist ein durch den anaeroben, mikrobiellen Abbau von organischen Stoffen entstehendes Gasgemisch, das zu 50 - 70 % aus dem hochwertigen Energieträger Methan (CH4) besteht. Weitere Bestandteile sind 30-40% Kohlendioxid (CO2) sowie Spuren von Schwefelwasserstoff (H2S), Stickstoff (N2), Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO):
Zusammensetzung von Biogas
Quelle der Tabelle: Boxer-Infodienst
Methan
40-75 %
Kohlendioxid
25-55 %
Wasserdampf
0-10 %
Stickstoff
0-5 %
Sauerstoff
0-2 %
Wasserstoff
0-1 %
Ammoniak
0-1 %
Schwefelwasserstoff
0-1 %
Aufgrund des relativ hohen Energiegehaltes lässt sich Biogas als Energieträger für die Wärme- und Krafterzeugung nutzen. Der durchschnittliche Heizwert von Biogas beträgt etwa 6000 Kcal/m³ (entsprechen 25.000 KJ/m³). Somit entspricht der durchschnittliche Heizwert eines Kubikmeters Biogas etwa 0,6 Liter Heizöl.
Eigenschaften von Biogas
Quelle der Tabelle: Boxer-Infodienst
Dichte
1,2 kg/m³
Heizwert
4-7,5 kWh/m³
(abhängig vom Methangehalt)
Zündtemperatur
700 °C
Zündkonzentration Gasgehalt
6-12 %
Geruch
aufgrund des Schwefelwasserstoffs
nach faulen Eier
Zusammenfassung von wichtigen Zahlen: Das Biogas aus 1t organischer Reststoffe oder 3t Gülle/Festmist ersetzt ca. 60l Heizöl oder 120kWh Strom-Netto und vermindert den Schadstoffausstoß von Kohlenstoffdioxid um 200 kg! Eine Kuh produziert pro Tag etwa 10-20kg Mist. Daraus können 1-2 Kubikmeter Biogas hergestellt werden. Die Biomasse, welche eine Kuh in einem Jahr erzeugt, entspricht der Energie von 300 Liter Heizöl.
3.Technik der Biogaserzeugung
Das Gas (Methan) entsteht in Gärbehältern und wird in Kesseln (Dampf) oder Motoren zur Stromerzeugung verbrannt.
Als Ausgangsstoffe für die Biogaserzeugung kommen grundsätzlich alle Arten von Biomasse in Frage, deren Hauptkomponenten Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette, Cellulose und Hemicellulose sind (nicht jedoch Lignin und lignininkrustierte Cellulose, d.h. die strukturgebende Komponente von Holz und Stroh). Die für die Biogasproduktion nutzbaren organischen Stoffe (= Gärsubstrate) sind zumeist Rest- oder Nebenprodukte verschiedener Branchen und Bereiche in unserer Volkswirtschaft:
* in der Landwirtschaft: Flüssig- und Festmist, Reststoffe der Pflanzenproduktion (z.B. Rübenblätter)
* bei der industriellen Verarbeitung pflanzlicher Produkte (d.h. Extraktions-, Destillations- und Prozessrückstände beispielsweise aus Brauereien und gemüseverarbeitender Industrie, organische Schlämme und Abwässer der industriellen Aufarbeitung)
* bei der Aufbereitung tierischer Erzeugnisse (d.h. Schlachthofabfälle, Metzgereiabfälle)
* bei der Kommunalentsorgung (d.h. organische Anteile des Hausmülls (Biotonne), organische Schlammfraktion der Abwasserentsorgung (Klärschlamm), Abfälle des lebensmittelvertreibenden Gewerbes, organische Rückstände (Speisereste) des Hotel-, Gaststätten- und Großküchengewerbes)
* bei der Landschaftspflege (u.a. Grünschnitt von den kommunal bewirtschafteten Park-, Naherholungs- und Straßenbegrenzungsflächen)
Grundsätzlich gilt, dass der Trockensubstanzgehalt des Gärsubstrates zwischen 2% und 12% liegen sollte, damit einerseits ein guter Transport und leichtes Umrühren gewährleistet sind, andererseits die Umsetzung effizient erfolgen kann. Da die einzelnen Substrate sehr unterschiedlich in ihrer Zusammensetzung sind, seinen hier von den wichtigsten die maximal möglichen Gaserträge pro Tonne Material zusammengestellt :
Maximal mögliche Gaserträge pro Tonne Material
Rindergülle
25 m³/t
Schweinegülle
36 m³/t
Molke
55 m³/t
Biertreber
75 m³/t
Grünabfall
110 m³/t
Bioabfall
120 m³/t
Speiseabfälle
220 m³/t
Flotatfette
400 m³/t
Altfett (z.B. Fritierfett)
600 m³/t
Als Substrat zur Biogaserzeugung wird die bei der Tierhaltung anfallende Gülle oder Mist verwendet. Um die Gasausbeute zu erhöhen, werden vielfach auch andere organische Reststoffe, sogenannte Co-Substrate, zugesetzt. Das Funktionsprinzip einer Biogasanlage ist einfach: Die Gülle bzw. der Mist gelangt zusammen mit den eventuell zusätzlich eingesetzten Co-Substraten zum Vergären in den Gärbehälter (Fermenter). Dieser Fermenter besitzt bei ...
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