Infobrief der FNR 01 / 2021: Bioenergie

Fachtagung „Biomasse in künftigen Energiesystemen“ (Post-EEG) am 30./31.3.21

In den kommenden Jahren, insbesondere aber ab 2025 endet für viele Biogasanlagen und Holzheizkraftwerke der im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) geregelte Vergütungszeitraum. Diese über zwanzig Jahre festgeschriebene Vergütung für Strom aus Bioenergie ist bisher die wesentliche Grundlage für den wirtschaftlichen Betrieb von Biomasseanlagen.

Um die Energieerzeugung aus Biomasse zu sichern und dadurch wichtige Systemdienstleistungen in Strom- bzw. Energieverteilnetzen auch künftig bereitzustellen, sind tragfähige Konzepte erforderlich, auf deren Basis ein erfolgreicher Weiterbetrieb der Anlagen möglich ist. Dies sichert darüber hinaus Arbeitsplätze und Wertschöpfung vor allem in ländlichen Regionen und den Klimaschutzbeitrag durch Bioenergie, der für das Erreichen nationaler Zielvorgaben unverzichtbar ist.

Das BMEL hat aus diesen Gründen eine ganze Anzahl von Forschungs- und Entwicklungsprojekteprojekte über den Förderaufruf „Strom aus Biomasse in künftigen Bioenergiesystemen“ unterstützt.

Am 30. und 31. März 2021 möchten wir Ihnen die Ergebnisse auf der Fachtagung „Biomasse in künftigen Energiesystemen – Post-EEG“ vorstellen und zukunftsfähige Optionen und Geschäftsmodelle gemeinsam mit Ihnen diskutieren.

Informationen zur Online-Fachtagung finden Sie auf der Internetseite zur Veranstaltung.

Visuflex: Biogasanlagen produzieren Strom flexibel und bedarfsgerecht

Mit der Direktvermarktung und der Flexibilitätsprämie des EEG fördert die Bundesregierung die Anpassung von Biogasanlagen an das Stromnetz der Zukunft. Obwohl die Stromeinspeisung zu Hochpreisphasen Mehrerlöse verspricht, fahren die meisten Biogas-BHKW-Anlagen bislang aber noch nicht marktpreisorientiert.

Mit dem Projekt „Visualisierung der Netz-/Systemdienlichkeit flexibilisierter Biogasanlagen – VisuFlex“ zeigt Agrarservice Lass GmbH (ASL), dass die Strompreise sehr genau der Residuallast folgen und somit eine geeignete Steuerungsgröße für eine flexible Stromeinspeisung darstellen. In Zusammenarbeit mit Flexperten und Direktvermarktern wurden bestehende, zukunftsweisend flexibilisierte Anlagen identifiziert und deren Stromeinspeisung den Strompreisen sowie der Residuallast gegenübergestellt. Ergebnis: Die ausgewählten Biogasanlagen speisen sehr zuverlässig zu Zeiten von Last- und Preisspitzen ein, werden also optimal markt- und systemdienlich betrieben.

Die Anzahl der zukunftsweisend flexibilisierten Biogasanlagen ist noch gering. Daher sind die Effekte der Flexibilisierung bislang unsichtbar. Der Wert real existierender Biogas-Speicherkraftwerke für den Strommarkt wird nicht wahrgenommen. ASL ist überzeugt, dass die Bedeutung von Stromlieferanten, die auf Strompreisschwankungen flexibel reagieren, insbesondere vor dem Hintergrund der fluktuierenden Einspeisung aus Photovoltaik und Windkraft, in den nächsten Jahren weiter zunehmen wird. Flexible Speicherkraftwerke werden gebraucht. Das wird sich auch in den künftig zu erzielenden Strompreisen widerspiegeln.

Um die Effekte der Flexibilisierung für die Öffentlichkeit, die Politik, aber auch als Vorbild für andere Biogasanlagenbetreiber deutlich sichtbar zu machen, wird in einer zweiten Projektphase die Visualisierung der Stromeinspeisung zukunftsweisend flexibilisierter Biogasanlagen auf einer Online-Plattform in Echtzeit erfolgen.

Visualisierung der Netz-/Systemdienlichkeit von flexibilisierten Biogasanlagen, Quelle: FNR

Visualisierung der Netz-/Systemdienlichkeit von flexibilisierten Biogasanlagen, Quelle: FNR

Angesäuerte Wirtschaftsdünger in Biogasanlagen

Bei der Ausbringung von Wirtschaftsdüngern bzw. Gärrückständen aus Biogasanlagen kommt es häufig zu erhöhten Ammoniak-Emissionen, die sich negativ auf die Umwelt auswirken und zusätzlich Nährstoffverluste bedeuten. Der relativ hohe Anteil an Ammonium-Stickstoff im Wirtschaftsdünger bei schwach basischem pH-Wert hat ein höheres Freisetzungspotenzial für Ammoniak zur Folge. Durch die Ansäuerung wird das chemische Gleichgewicht zum Ammonium-Ion verschoben, wodurch deutlich weniger Ammoniak freigesetzt wird und mehr Stickstoff im Wirtschaftsdünger verfügbar bleibt.

Für die Ausbringung von Gülle wurde die pH-Wert-Absenkung bereits vielfach erprobt. Bei Gärrückständen ist das Emissionsrisiko aufgrund des höheren Anteils an Ammoniumstickstoff und des höheren pH-Wertes jedoch deutlich höher einzuschätzen. Daher führen Forscher der Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern (LFA) Feldversuche mit angesäuerten Gärrückständen durch, bewerten die resultierenden Ammoniak-Emissionen und die Stickstoff-Effizienz und vergleichen sie mit Mineraldüngern auch bezüglich der Auswirkungen auf den Ertrag.

Neben der Ansäuerung während der Ausbringung wäre eine pH-Wert-Absenkung auch bereits im Stall oder im Lager möglich. Dann würden jedoch Biogasanlagen mit dem angesäuerten Substrat konfrontiert. Die Christian-Albrecht-Universität zu Kiel (CAU) wird dazu in einem Biogaslabor untersuchen, welcher Anteil an Schwefel- und Essigsäure mit verschiedenen Kosubstraten sinnvoll in den Biogasprozess eingebracht werden kann und wie sich dies auf die Prozessstabilität und den Gasertrag auswirkt. In Bodenversuchen wird weiterhin untersucht, in welchem Umfang Ammoniak-Emissionen durch Ansäuerung von Gärrückständen bei der Düngung eingespart werden können, wie die Nährstoffverfügbarkeit von Schwefel und Phosphor im Boden beeinflusst wird und welche Auswirkungen auf den Ertrag entstehen. Ergänzende Untersuchungen zum Bodenmikrobiom und der mikrobiellen Aktivität bei der Düngung sollen Aussagen über die Nachhaltigkeit der Bodengesundheit treffen.

Im Ergebnis des Verbundvorhabens wollen die Forscher Handlungsempfehlungen ableiten, um die positiven Wirkungen der Ansäuerung auf die Nährstoffeffizienz, das Düngemanagement sowie den Umwelt- und Klimaschutz sinnvoll zu nutzen.           

Das Verbundvorhaben „Angesäuerte Wirtschaftsdünger in Biogasanlagen und in der Gärrestdüngung“ wurde im Rahmen des Förderaufrufs „Nachhaltige Aufbereitung und Verwertung von Gärrückständen“ des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft initiiert (FKZ: 2220NR053A, 2220NR053B). Die Fördermittel werden durch das Förderprogramm Nachwachsende Rohstoffe bereitgestellt.

Ausbringung von Wirtschaftsdüngern, Quelle: Daniel Saß

Ausbringung von Wirtschaftsdüngern, Quelle: Daniel Saß

Biogasanlagen-Batterie-System

Das Projekt BioBatSys des Fraunhofer-Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) kombiniert Biogasanlagen mit Batteriespeichern, um neue Vermarktungswege zu eröffnen. Dabei gilt es, sowohl technologisch als auch ökonomisch vorteilhafte Lösungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Nachhaltigkeit in der Betriebsführung zu finden.

Beide Formen der Energiespeicherung unterscheiden sich in ihren technischen und ökonomischen Eigenschaften und damit in ihren Einsatzfeldern. Batterien können kurzfristig sehr hohe Leistungen zur Verfügung stellen, während Biogasanlagen mit einer höheren mechanischen Trägheit versehen sind, dafür aber über einen im Vergleich zu Batterien längeren Zeitraum Energie speichern und bedarfsgerecht abrufen können. Systeme mit einer gezielten und aufeinander abgestimmten Kombination aus flexibel betriebener Biogasanlage und einem hochdynamischen Batteriespeicher können nicht nur die bisher adressierten Einsatzfelder bedienen – wie die Einspeisung nach EEG oder die Vermarktung über Direktanbieter – sondern auch den Weg für neue Anwendungsfelder freimachen

Im Rahmen von BioBatSys werden zunächst potenzielle Anwendungsfälle ermittelt, bevor im Anschluss an repräsentativen landwirtschaftlichen Betrieben mit eigener Biogasanlage überprüft wird, welche der Anwendungsfälle aus techno-ökonomischer Sicht machbar sind. Um den Praxisbezug weiter zu schärfen, wird abschließend für zwei bestehende Biogasanlagen berechnet, ob durch einen oder mehrere Anwendungsfälle der Betrieb der Biogasanlagen optimiert werden kann. In einer zweiten Phase ist die Umsetzung an einer realen Biogasanlage durch das Fraunhofer IEE geplant, um die Rentabilität des ermittelten Anwendungsfalls in der Praxis zu beweisen. 

Das Projekt BioBatSys (FKZ: 2220NR036X) wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert.

Biogasmessprogramm III

Das Biogas-Messprogramm III beschreibt den aktuellen Stand der Technik zur Biogaserzeugung und -verwertung in Deutschland. Das Deutsche Biomasseforschungszentrum gGmbH (DBFZ), das Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e. V. (ATB) sowie fünf weitere Forschungseinrichtungen verglichen in den vergangenen Jahren ca. 60 typische Biogasanlagen im Hinblick auf ihre technische und biologische Effizienz, die Wirtschaftlichkeit und die mikrobielle Diversität Biogasanlagen mit Hilfe unterschiedlicher wissenschaftlichen Methoden auf der Grundlage von Betreiberbefragungen und Datenerhebungen sowie messtechnischen und mikrobiologischen Untersuchungen. Sie analysierte die Erfolgschancen von Repowering-Maßnahmen und untersuchten die Möglichkeiten und Ergebnisse einer flexiblen Energiebereitstellung.

Die von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. jetzt herausgegebene Broschüre ist das Resultat aufwendiger Datenerhebungen unter Zuarbeit von beteiligten Anlagenbetreibern und fasst die Ergebnisse auf ca. 180 Seiten zusammen. Sie kann in der Mediathek der FNR heruntergeladen werden und steht auch in gedruckter Fassung zur Verfügung. Auf einer Onlineplattform werden neben der vorliegenden Broschüre zusätzliche Ergebnisse sowie detaillierte Anlagen- und Methodenbeschreibungen ebenso bereitgestellt wie die Abschlussberichte der beiden Teilvorhaben. Am 27.01.2021 wurde die Ergebnisse im Rahmen eines Online-Statusseminars präsentiert.

Das Vorhaben wurde vom BMEL gefördert. Die Abschlussberichte stehen unter den Förderkennzeichen 22403515, 22403615, 22403715,22403815, 22403915, 22404015 und 22404115 zur Verfügung.

Gülzower Fachgespräche Band 60: Gärresttagung

Nährstoffüberschüsse in Veredelungsregionen und die jüngsten Änderungen der Düngeverordnung stellen Biogasanlagenbetreiber und tierhaltende Landwirte vor immer größere Herausforderungen. Im Umgang mit Wirtschaftsdüngern und Gärprodukten steigt deshalb der Bedarf an neuen Lösungen für Aufbereitung, Handling und die bedarfsgerechte Ausbringung.

Diese Ansätze fasst der jetzt vorliegende Tagungsband zur 4. Fachtagung „Pflanzenbauliche Verwertung von Gärrückständen aus Biogasanlagen“ zusammen, den die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) jetzt herausgibt. Experten aus Wissenschaft und Praxis präsentieren darin ihre Lösungen und Konzepte, um künftig den steigenden Anforderungen an das Gärresthandling gerecht zu werden, die Nährstoffe im Kreislauf zu halten und nicht längerfristig in den Boden oder in die Luft zu verlagern.

Der Tagungsband ist in der Schriftenreihe „Gülzower Fachgespräche“ erschienen und steht zum Download zur Verfügung.

Geschäftsmodelle für Bioenergiedörfer

Mit dem Portal energiewendedörfer.de  stellen die Universität Kassel und die Georg-August-Universität Göttingen erste Ergebnisse aus dem Verbundprojekt „Innovative Konzepte und Geschäftsmodelle für zukunftsfähige Bioenergiedörfer - klimafreundlich, demokratisch, bürgernah“  vor.  Insbesondere werden Konzepte für Bioenergie- bzw. Biogasanlagen entwickelt, die einen weiteren wirtschaftlichen Betrieb im Anschluss an die bisherige 20-jährige EEG-Phase ermöglichen können.

Mit Handlungsempfehlungen aus den Bereichen Reststoffnutzung, alternative Energiepflanzen, Optimierung der Wertschöpfung durch Kreislaufwirtschaft, zukünftige Stromvermarktung, effiziente Wärmenetze und Sektorenkopplung der Bioenergie mit anderen erneuerbare Energien werden Bioenergiedörfern bzw. Betreibern von Energieanlagen neue Geschäftsmodelle aufgezeigt. Die Forscher arbeiten dazu in sogenannten Reallaboren mit den Bioenergiedörfern Krebeck/Wollbrandshausen und Altenmellrich/Anröchte zusammen, um die neuen Modelle unter Praxisbedingungen auf ihre Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit untersuchen zu können.

Die Plattform energiewendedörfer.de bietet zudem Informationen zu Biomasse- bzw. Reststoffpotenzialen.

Das Verbundprojekt wird vom BMEL gefördert. Informationen zum Projekt stehen auf energiewendedörfer.de  und in der FNR-Projektdatenbank auf fnr.de unter den Förderkennzeichen „22405817 “ und „22405218 “ zur Verfügung.

Nahwärmeversorgung aus Biomasse und Solarthermie im Bioenergiedorf Mengsberg, Quelle: Bioenergiegenossenschaft Mengsberg eG

Nahwärmeversorgung aus Biomasse und Solarthermie im Bioenergiedorf Mengsberg, Quelle: Bioenergiegenossenschaft Mengsberg eG

Hemmstoffe und Mykotoxine in Fermenter und Silage schnell erfassen

Hemmungen der Fermenterbiologie kommen in der Praxis häufiger vor und können die Biogasmenge und –qualität negativ beeinflussen. Mit dem neu entwickelten sogenannten Hemmquicktest steht nun ein System zur Verfügung, das Hemmungen innerhalb von drei Tagen zuverlässig anzeigt.

Für den Test passten die Forscher der Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen das bereits existierende Ankom-Biogastestsystem an. Der neue Hemmquicktest stellt die Biogaserträge verschiedener Substrate und Fermenterproben als Gasproduktionskurven dar. Kurven, die gegenüber einem Referenzsubstrat abfallen oder gar einbrechen, zeigen Hemmungen an. Eine Arbeitsanweisung für die Praxis ergänzt das Analysesystem.

Die Versuche im Projekt bestätigten, dass sich Biogas-Mikroorganismen an eine langsame Zugabe der potenziellen Hemmstoffe Natriumchlorid (NaCl), Harnstoff und Kupfersulfat anpassen können. Der Hemmquicktest als Batchtest mit einmaliger Substrat-Zugabe kann solche Gewöhnungseffekte nicht abbilden, er reagiert etwas sensitiver und zeigt Hemmungen frühzeitiger an. NaCl und Harnstoff können sogar Nährstoffe für die Mikroorganismen bereitstellen und die Biogasproduktion steigern. Eine abrupte Zugabe größerer Mengen bringt die Mikrobiologie hingegen aus dem Gleichgewicht, dafür reichen bei Kupfersulfat 0,5 g/L, bei Harnstoff 2,5 g/L und bei NaCl 6 g/L. Auch hier gilt also: „Die Dosis macht das Gift!“

Das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik und die Aokin AG konzentrierten sich auf den Nachweis von Mykotoxinen und entwickelten dazu ein zweites Testsystem. Das unkompliziert einzusetzende Handmessgerät „mycontrol“ könnte künftig auch bei Futtermittel-Silagen zum Einsatz kommen, da Nutztiere sehr empfindlich auf Mykotoxine reagieren. Für Betreiber von Biogasanlagen ist der Tester ebenfalls interessant. Denn verschimmelte Silage mindert den Biogasertrag, der bei den Versuchen im Projekt um rund 30 Prozent geringer als bei unbelasteter Silage ausfiel. Als Ursache vermuten die Forscher, dass die Schimmelpilze die leicht verwertbaren Substratkomponenten verstoffwechseln und so der schwer verdauliche Faseranteil im Substrat für die Biogas-Mikroben ansteigt. Im eigentlichen Sinne gehemmt wurden diese hingegen nicht von den Pilzgiften – selbst bei unnatürlich hohen Mykotoxin-Konzentrationen gab es keine Hinweise auf eine Hemmung der Mikroben.

Das Vorhaben wurde vom BMEL gefördert (FKZ: 22013813, 22004316, 22005916).

Einzelraumfeuerungen: Regelungen ab 2021

Die 1. Bundes-Immissionsschutz-Verordnung (1. BImSchV) verlangt die Einhaltung strengerer Emissionsgrenzwerte von Öfen der Baujahre 1985 bis 1994. Im Zeitraum von Januar 1985 bis Dezember 1994 errichtete Kaminöfen sowie weitere Typen von Einzelraumfeuerstätten für feste Brennstoffe unterliegenden den sogenannten Übergangsregeln der Kleinfeuerungsanlagenverordnung (§ 26, 1. BImSchV). Ab Januar 2021 dürfen sie nur weiterbetrieben werden, sofern sie die strengeren Anforderungen an Feinstaub- und Kohlenmonoxid-Emissionen erfüllen.

Für Einzelraumfeuerungsanlagen für feste Brennstoffe, also u. a. Kachelöfen, Kaminöfen und Heizkamine, die vor dem 31.12.1994 errichtet wurden, gelten seit 1. Januar folgenden Grenzwerte für Schadstoffe im Rauchgas:

  • Staub: 0,15 g/m³
  • Kohlenmonoxid: 4 g/m³

Die Einhaltung dieser Grenzwerte kann durch eine Prüfbescheinigung des Herstellers oder durch die Messung eines Schornsteinfegers nachgewiesen werden. Sofern dieser Nachweis nicht erbracht werden kann, sind bestehende Einzelraumfeuerungsanlagen außer Betrieb zu nehmen bzw. auszutauschen. In Einzelfällen mag auch die Nachrüstung eines Feinstaubabscheiders sinnvoll sein.

Auch für die zwischen dem 1. Januar 1995 und dem 21. März 2010 errichteten Öfen, die die Emissionsanforderungen nicht erfüllen, steht der Austauschtermin bereits fest. Sie müssen ab dem 31. Dezember 2024 die strengeren Emissionswerte einhalten oder ausgetauscht bzw. stillgelegt werden.

Aktuelle Ofen- und Kesselmodelle weisen gegenüber veralteten Modellen deutlich höhere Wirkungsgrade und wesentlich geringere Schadstoffemissionen auf. Die Anschaffung einer modernen Holzheizung leistet so einen wichtigen Beitrag zur Luftreinhaltung und zum Klimaschutz. Mit einem deutlich niedrigeren Holzverbrauch sind moderne Öfen zudem auch wirtschaftlich vorteilhaft.

Achten Sie beim Ofenkauf auf hohe Wirkungsgrade und niedrige Luftschadstoffwerte. Lassen Sie sich durch Schornsteinfeger und Fachleute im Kaminstudio bzw. beim Ofenbauerhandwerk fachkompetent beraten. Informationen zum Heizen mit Holz bietet die FNR unter heizen.fnr.de/.

Alte Kaminöfen dürfen nur weiter betrieben werden, wenn sie strenge Anforderungen an Feinstaub- und Kohlenmonoxid-Emissionen erfüllen (Quelle: FNR/Dr. Hansen)

Alte Kaminöfen dürfen nur weiter betrieben werden, wenn sie strenge Anforderungen an Feinstaub- und Kohlenmonoxid-Emissionen erfüllen (Quelle: FNR/Dr. Hansen)