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Leitfaden Biogas in der Lebensmittelindustrie

Kurzbeschreibung

Die anaerobe Verwertung von organischen Reststoffen dient zur Reduzierung der Menge an organischen Reststoffen sowie der Bereitstellung des methanhältigen Energieträgers Biogas. Dieses Biogas kann in bestehender Infrastruktur wie beispielsweise Brennkesseln oder BHKWs genutzt werden und somit zur Deckung des Energiebedarfs beitragen.

Vorgehensweise zur Integration

Für die Bereitstellung von Biogas können zwei Systeme zur Integration unterschieden werden. Die bislang gängigste Schiene in der Lebensmittelindustrie ist die Gewinnung von Biogas aus Abwässern. Hierzu gibt es unterschiedliche Systeme wie beispielsweise UASB oder EGSB. Bei der Vergärung von Feststoffen bzw. pastösen Stoffen können folgende Technologien eingesetzt werden, volldurchmischte Reaktoren oder Pfropfenstromfermenter. In Abhängigkeit der Trockensubstanzen können entsprechende Systeme installiert werden. Für eine erste Planung sind die Mengen an Reststoffen (fest, flüssig, pastös) zu eruieren sowie deren saisonales Aufkommen. Somit kann ein erstes Energiepotential abgeschätzt werden.

Das gewonnene Biogas kann in Folge in bestehender Infrastruktur genutzt werden. Hierzu kann zur reinen Wärmenutzung ein Brennkessel bzw. für eine Strom- und Wärmenutzung ein BHKW verwendet werden. Der Vorteil einer Implementierung der Biogastechnologie besteht darin, dass bestehende Infrastruktur genutzt werden kann und ausschließlich eine Substitution des Energieträgers Methan/Erdgas erfolgen kann.

Wirtschaftlichkeit

Anlagen zur energetischen Nutzung biogener Reststoffe bestehen in der Regel aus den folgenden Komponenten Reaktorsystem, Gasspeicher und Gasnutzung (BHKW oder Upgrading). Die Vergärung selbst findet in einem Reaktor, bestehend aus Einbringung, Haupt- und Nachfermenter sowie Endlager, statt. Um das statt, das gewonnene Biogas nutzen zu können, wird muss in der Regel bevor es in einem BHKW genutzt wird, teilweise entschwefelt und getrocknet werden.danach in einer Gasaufbereitungsanlage gereinigt, meist wird es entschwefelt und getrocknet um bessere Eigenschaften in der Verbrennung zu ermöglichen. Das Biogas kann Zwischengelagert wird es in einem Gasspeicher zwischengelagert werden, um beispielweise Unregelmäßigkeiten in der Gasproduktion oder Produktionsspitzen auszugleichen. , denn meistens fallen die biogenen Reststoffe nicht kontinuierlich an, sondern sind die Nebenprodukte aus Batchprozessen. Hinzu kommt bei thermischer Verwertung des Biogases ein BHKW, in dem das Biogas zu Strom und Wärme umgewandelt wird. Die Investitionskosten von Biogasanlagen zur Nutzung in einem BHKW liegen für kleine Anlagen im Bereich von 43.000 – 6.000 €/kWel, manchmal auch darüber, für größere Anlagen über 1 MWel auch unter um 23.5000 €/kWel. Neben den Kosten für die Anlagenteile und die Installation fallen auch Kosten für die Planung und die Genehmigung an. Bei Biogasanlagen ist eine starke Degression der anfallenden Kosten mit der Anlagengröße zu beobachten. Dies liegt zu einem Teil daran, dass Komponenten mit zunehmender Größe günstiger zu erwerben sind und der Planungsaufwand und die Installationskosten mit zunehmender Größe nur leicht ansteigen. Dies führt zu geringeren spezifischen Investitionskosten für größere Anlagen. Zum anderen tritt aber auch bei den spezifischen laufenden Kosten eine starke Reduktion mit der Anlagengröße auf. Bei allen Biogasanlagen ist der laufende Einsatz von Personal notwendig, relativ unabhängig von der Anlagengröße. Dabei handelt es sich einerseits um bürokratische Tätigkeiten wie die Abwicklung von Abrechnungsangelegenheiten oder die Beschickung der Anlage Organisation der Gärrestabholung, sowie technische Tätigkeiten wie die Beschickung der Anlage bzw. die Prozessüberwachung oder Gärproduktverwertung. Dieser Personalaufwand ergibt in Summe etwa 0,4 – 0,5 Vollzeitäquivalent (VZÄ), was derzeit zu Kosten von 30 – 40.000 € pro Jahr führt. Ein Ansteigen der elektrischen Wirkungsgrade mit der Anlagenleistung verstärkt zusätzlich den Effekt der Kostendegression. Die Verwertung der anfallenden Gärreste spielt für die Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen eine nennenswerte Rolle. So kann die Verwertung der Gärreste entweder mit Kosten verbunden sein, oder aber zu zusätzlichen Erlösen führen. Dabei sind in erster Linie die folgenden Faktoren von Bedeutung. Zunächst hängt der Wert von Gärresten von der Konzentration an Inhaltsstoffen mit Düngewirkung ab (Stickstoff, Phosphor und Kalium). Gärreste aus der Vergasung von Schlachtabfällen etwa hätten einen theoretischen Wert im Bereich zwischen € 6 – 10/m³, natürlich in starker Abhängigkeit von den herrschenden Marktpreisen für industriell hergestellte Düngemittel. Inwieweit die Gärreste tatsächlich in der Düngung landwirtschaftlicher Flächen eingesetzt werden können hängt dann davon ab, ob in erreichbarer Umgebung die dafür notwendigen Flächen vorhanden sind, und ob dies gesetzlich und strukturell durchführbar ist. Je größer dabei die Entfernung zwischen dem Betrieb und den Agrarflächen ist, desto größer werden die anfallenden Transportkosten. Grundsätzlich sind dadurch Betriebe in ländlicher Umgebung besser für den Einsatz von Biogasanlagen geeignet, als Betriebe in städtischer Umgebung. Ein weiterer nicht zu unterschätzender Faktor bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ist der Eigenstrombedarf der Biogasanlage. Die größten Eigenstromverbraucher sind dabei die Peripheriekomponenten des BHKWs (Notkühler, Umwälzpumpen, Raumlüfter und eventuell ein Gasverdichter), die Rührwerke sowie die Einbringsysteme. Der Eigenstromanteil der Biogasanlage, also der Anteil des erzeugten Stroms, der für den Betrieb der Anlage eingesetzt werden muss, liegt je nach Effizienz der Anlagen im Bereich zwischen 4 und 12%. (SeV, 2006) Zur Förderung der Installation von Biogasanlagen zur gleichzeitigen Bereitstellung von Strom und Wärme wird derzeit ein Einspeisetarif für Strom aus erneuerbaren Quellen gewährt. Die Regelung erfolgt dabei im Rahmen des Ökostromgesetztes, welches im Abstand von zwei Jahren an die jeweils aktuellen Rahmenbedingungen angepaßt wird. Für Strom aus Biogasanlagen wird derzeit ein Tarif in der Höhe von etwa 16 Cent/kWh gewährt, für kleine Anlagen etwas mehr, für große etwas weniger. (vgl. (NOEST and LEV, 2012))

Vorteile

Die anaerobe Verwertung von organischen Reststoffen und Abwässern besitzt in zweierlei Hinsicht Vorteile. Die Reduzierung von Reststoffen sowie ggf. deren Entsorgungskosten und der gleichzeitigen Gewinnung gasförmiger Energieträger. Große Teile der Lebensmittelindustrie nutzen bereits Brennkessel zur Wärmebereitstellung oder Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen zur Strom- und Wärmebereitstellung. Somit kann auf existierende Infrastruktur zurückgegriffen werden, was kostenintensive Neuinvestitionen hinfällig macht.

Die anaerobe Verwertung organischer Reststoffen vor Ort ermöglicht eine effiziente Nutzung der Reststoffe durch Entfallen des Transportes zu entfernten Biogasanlagen sowie eine effiziente Kraft-Wärme-Kopplung durch direkte Einbindung der Abwärme in den Produktionsprozess.

Notwendige Rahmenbedingungen

Die technischen Rahmenbedingungen sind in den meisten Betrieben der Lebensmittelindustrie gegeben, da die überwiegende Anzahl die Wärmeversorgung durch Erdgas abdeckt wird. Entsprechende Dampfnetze sind ebenso vorhanden und können genutzt werden.

Der Schwerpunkt der benötigten gesetzlichen Rahmenbedingungen ist im Ökostromgesetz verankert. Entsprechende Tarife zur Stromeinspeisung bzw. Wärmenutzung aus der Verbrennung von Biogas sind in den einzelnen Novellierungen zu finden. Im Abstand von 2 Jahren finden Anpassungen den sich rasch ändernden Rahmenbedingungen statt. Dies ist insbesondere im Bereich der Vergütung bei der Stromeinspeisung zu beachten.

oekostromgesetz_2012.pdf

Einsatzmöglichkeiten in den Sub-Branchen der Lebensmittelindustrie

Fleischverarbeitende Industrie

Der Einsatz von Biogas ist nicht an Prozesse gebunden sondern substituiert eingesetztes Erdgas. Substrate können aus dem Abwasser gewonnen werden.

Schlächtereien

Der Einsatz von Biogas ist nicht an Prozesse gebunden sondern substituiert eingesetztes Erdgas. Substrate können aus dem Abwasser gewonnen werden.

Früchte- und Gemüseverarbeitende Industrie

Der Einsatz von Biogas ist nicht an Prozesse gebunden sondern substituiert eingesetztes Erdgas. Substrate können aus dem Abwasser gewonnen werden.

Hersteller von Back- und Dauerbackwaren

Der Einsatz von Biogas ist nicht an Prozesse gebunden sondern substituiert eingesetztes Erdgas. Substrate können aus dem Abwasser gewonnen werden.

Milchverarbeitende Industrie

Der Einsatz von Biogas ist nicht an Prozesse gebunden sondern substituiert eingesetztes Erdgas. Substrate können aus dem Abwasser gewonnen werden.

start/leitfadenbiogas.txt · Last modified: 2013/10/21 18:09 by admin