Simple sketch of household biogas plant

Biogas is a renewable gaseous fuel generated from organic materials including agricultural residues, manure, municipal waste, plant matter, sewage, wastewater, green waste, and food waste. Biogas is produced industrially via anaerobic digestion with anaerobic organisms or methanogens inside an anaerobic digester or other type of bioreactor.[1] The gas composition is primarily methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) with small amounts of hydrogen sulfide (H2S) produced as a byproduct. Biogas is typically saturated with water vapour as a result of anaerobic micro-organisms living in water. Trace quantities of volatile organic compounds and siloxanes can also vapourize into biogas, if they are present in the biomass feedstock.

Biogas gilt als erneuerbare Energiequelle , da das darin enthaltene Methan zur Energiegewinnung verbrannt werden kann. Diese Energiefreisetzung ermöglicht die Nutzung von Biogas als Brennstoff . Biogas und seine Derivate werden für verschiedene Zwecke eingesetzt, darunter zum Heizen zum Kochen, zur Stromerzeugung und als Kraftstoff für Fahrzeuge. [ 2 ] Im Prinzip ist Biogas ein klimaneutraler Brennstoff, da die bei seiner Verbrennung entstehenden Kohlendioxidemissionen durch das aus der Atmosphäre entnommene Kohlendioxid zur Biomasseproduktion ausgeglichen werden. [ 3 ] In der Praxis kann die Kohlenstoffintensität von Biogas je nach Emissionen aus der Biomasseproduktion und den zur Erzeugung und Aufbereitung von Biogas eingesetzten Verfahren variieren. [ 4 ] In einigen Anwendungsbereichen kann die Biogasgewinnung Methanemissionen vermeiden und somit die Gesamtemissionen reduzieren. [ 5 ]

Biogas kann durch die Entfernung von Kohlendioxid und anderen Verunreinigungen auf Erdgasqualität aufbereitet werden . Biogas, das so aufbereitet wurde, dass es mit Erdgas austauschbar ist, wird als erneuerbares Erdgas (RNG) bezeichnet. RNG kann als direkter Brennstoff im Gasnetz verwendet oder zur Herstellung von komprimiertem Erdgas als Kraftstoff für Fahrzeuge eingesetzt werden. [ 4 ]

Produktion

Biogas entsteht durch anaerobe Atmung von Mikroorganismen wie Methanbildnern und sulfatreduzierenden Bakterien . Der Begriff Biogas kann sowohl natürlich als auch industriell erzeugtes Gas bezeichnen.

Natürlich

Im Boden wird Methan in anaeroben Umgebungen von Methanogenen produziert, in aeroben Zonen jedoch hauptsächlich von Methanotrophen verbraucht . Methanemissionen entstehen, wenn das Gleichgewicht zugunsten der Methanogene verschoben ist. Feuchtgebiete sind die wichtigste natürliche Methanquelle. Weitere Quellen sind Ozeane, Waldböden, Termiten und Wildwiederkäuer. [ 6 ]

Industrie

Die anaerobe Vergärung ist eine Abfolge von Prozessen, bei denen Mikroorganismen biologisch abbaubares Material unter Sauerstoffausschluss zersetzen . [ 7 ] Dabei entsteht Biogas, das als Brennstoff genutzt werden kann. Die industrielle Biogasproduktion kann entweder durch eigens dafür errichtete Anlagen, wie beispielsweise anaerobe Fermenter zur Verarbeitung von Gülle und organischen Abfällen, erfolgen oder Biogas, das als Nebenprodukt auf Deponien oder in Kläranlagen anfällt, nutzen . [ 8 ]

Biogasanlagen

Eine Biogasanlage ist die gängige Bezeichnung für eine anaerobe Vergärungsanlage , die landwirtschaftliche Abfälle, organische Siedlungsabfälle und/oder Energiepflanzen verarbeitet. [ 8 ] Industrielle Biogasanlagen verarbeiten organisches Material in einem luftdichten Behälter, um anaerobe Bedingungen zu schaffen. Das Material wird entweder auf mesophile (~38 °C) oder thermophile (>55 °C) Temperaturen erhitzt und typischerweise zwei bis dreißig Tage lang gehalten. [ 9 ] Das in diesen Anlagen erzeugte Biogas wird entweder zur Stromerzeugung in einem Blockheizkraftwerk verbrannt oder zu Biomethan aufbereitet , das dann in Fahrzeugen oder Erdgasverteilungsnetzen verwendet wird.

Diese Anlagen können mit Energiepflanzen wie Maissilage oder biologisch abbaubaren Abfällen wie Klärschlamm und Lebensmittelresten beschickt werden. Dabei wandeln Mikroorganismen die Biomasse in Biogas und Gärreste um . Höhere Biogasmengen lassen sich erzielen, wenn das Abwasser zusammen mit anderen Reststoffen aus der Milch-, Zucker- oder Brauereiindustrie vergoren wird. Beispielsweise konnte die Biogasproduktion um das 2,5-Fache gesteigert werden, indem 90 % Brauereiabwasser mit 10 % Kuhmolke vermischt wurden, verglichen mit der Biogasproduktion aus reinem Brauereiabwasser. [ 10 ]

Deponiegas

Eine indonesische Gemeinde installierte 2007 einen zylindrischen Biogasreaktor aus Kunststoff, um ihre organischen Abfälle in Energie umzuwandeln.

Deponiegas entsteht durch die anaerobe Zersetzung von feuchten organischen Abfällen, ähnlich wie Biogas. [ 11 ] [ 12 ] Die Abfälle werden abgedeckt und durch das Gewicht des darüber liegenden Materials mechanisch komprimiert. Dieses Material verhindert den Kontakt mit Sauerstoff und ermöglicht so das Wachstum anaerober Mikroorganismen. Biogas sammelt sich an und wird langsam in die Atmosphäre freigesetzt, wenn die Deponie nicht so konstruiert ist, dass es aufgefangen wird. Unkontrolliert freigesetztes Deponiegas kann gefährlich sein, da es beim Austreten aus der Deponie und der Vermischung mit Sauerstoff explosiv werden kann. Die untere Explosionsgrenze liegt bei 5 % Methan, die obere bei 15 % Methan. [ 13 ]

Methan im Biogas ist 28-mal [ 14 ] ein stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid. Daher kann unkontrolliertes Deponiegas, das in die Atmosphäre entweicht, erheblich zu den Auswirkungen der globalen Erwärmung beitragen . Darüber hinaus tragen flüchtige organische Verbindungen (VOCs) im Deponiegas zur Bildung von photochemischem Smog bei . [ 15 ]

Fäkalschlamm

Fäkalschlamm ist ein Produkt dezentraler Sanitärsysteme. Nach Sammlung und Transport kann er in einer konventionellen Kläranlage wie Abwasser oder separat in einer Fäkalschlammbehandlungsanlage behandelt werden. Fäkalschlamm kann zusammen mit organischen Feststoffabfällen kompostiert oder in einer anaeroben Vergärungsanlage mit Biogasproduktion verwertet werden. [ 16 ] Das Teilprogramm „Ressourcenrückgewinnung und -wiederverwendung“ des CGIAR -Forschungsprogramms zu Wasser, Land und Ökosystemen argumentiert, dass die Nachbearbeitung zur Energiegewinnung wirtschaftlich machbar sei und zur Lösung von Problemen in den Bereichen Sanitärversorgung, Gesundheit und Umwelt beitragen würde. [ 17 ]

Die Abwasserbehandlung wird im Jahr 2025 3–4 % des US-amerikanischen Stromverbrauchs ausmachen (gegenüber 0,5 % für das Laden von Elektrofahrzeugen). Konventionelle Behandlungsverfahren verursachen jährlich etwa 21 Millionen Tonnen Treibhausgase. Rund die Hälfte der etwa 15.000 Kläranlagen in den USA nutzt die anaerobe Vergärung , bei der typischerweise weniger als 40 % des Klärschlamms in Biogas umgewandelt werden. Der Rest wird üblicherweise auf Deponien entsorgt, wodurch Methan und CO₂ freigesetzt werden .

Gefahren

Der Gehalt an giftigem Schwefelwasserstoff birgt zusätzliche Risiken und hat bereits zu schweren Unfällen geführt. [ 18 ] Auch das Austreten von unverbranntem Methan stellt ein zusätzliches Risiko dar, da Methan ein starkes Treibhausgas ist . Eine Anlage kann bis zu 2 % des Methans verlieren. [ 19 ] [ 20 ]

Biogas bildet mit Luft bei Konzentrationen zwischen etwa 6 % und 22 Vol.-% ein explosives Gemisch. Um diese Gefahr bei Wartungsarbeiten zu vermeiden, müssen leere Fermenter vor dem Betreten ordnungsgemäß belüftet, von Gas befreit und überwacht werden. Entscheidend ist, dass das System so ausgelegt und betrieben wird, dass kein Unterdruck entsteht, der Luft ansaugen und eine explosionsfähige Atmosphäre erzeugen kann. Dies wird durch technische Kontrollmechanismen wie automatische Abschaltvorrichtungen gewährleistet, nicht nur durch das Vermeiden eines bestimmten Mindestdrucks. [ 21 ]

An einer Biogasanlage müssen regelmäßig Geruchskontrollen durchgeführt werden. Wird irgendwo Biogasgeruch wahrgenommen, müssen Fenster und Türen sofort geöffnet werden. Im Brandfall muss die Gaszufuhr am Absperrventil der Biogasanlage abgestellt werden. [ 22 ]

Zusammensetzung

Typische Zusammensetzung von Biogas
VerbindungFormelProzentualer Volumenanteil
MethanCH450–80
KohlendioxidCO215–50
StickstoffN20–10
WasserstoffH20–1
Schwefelwasserstoff H2S0–0,5
SauerstoffO20–2,5
Quelle: www.kolumbus.fi, 2007 [ 23 ]

Die Zusammensetzung von Biogas variiert in Abhängigkeit von der Substratzusammensetzung sowie den Bedingungen im anaeroben Reaktor (Temperatur, pH-Wert und Substratkonzentration). [ 24 ] Eine Studie aus Äthiopien aus dem Jahr 2025 kam zu dem Schluss, dass die Agrarökologie (die die Umgebungstemperatur beeinflusst), die Auslegung der Biogasanlage und die Temperatur die Qualität der Biogasausbeute signifikant beeinflussen. [ 25 ] Deponiegas weist typischerweise Methankonzentrationen um die 50 % auf. Moderne Abfallbehandlungstechnologien können Biogas mit 55–75 % Methan erzeugen, [ 26 ] was bei Reaktoren mit freien Flüssigkeiten durch In-situ -Gasreinigungstechniken auf 80–90 % Methan gesteigert werden kann . [ 27 ] Biogas enthält im erzeugten Zustand Wasserdampf. Der Wasserdampfanteil ist eine Funktion der Biogastemperatur; die Korrektur des gemessenen Gasvolumens hinsichtlich Wasserdampfgehalt und thermischer Ausdehnung kann leicht durch einfache Mathematik erfolgen [ 28 ] , woraus sich das standardisierte Volumen des trockenen Biogases ergibt.

Bei einer Beschickung eines typischen Biogasreaktors mit 1000 kg (Feuchtgewicht) beträgt der Anteil der Gesamtfeststoffe ca. 30 % des Feuchtgewichts, während die flüchtigen suspendierten Feststoffe ca. 90 % der Gesamtfeststoffe ausmachen. Proteine ​​machen 20 % der flüchtigen Feststoffe aus, Kohlenhydrate 70 % und Fette 10 %. Der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB) ist ein Maß für die Sauerstoffmenge, die aerobe Mikroorganismen zum Abbau der organischen Substanz in einer Probe des im Biogasreaktor verwendeten Materials benötigen. Der BSB des Abwassers ermöglicht die Berechnung der täglichen Energieausbeute eines Biogasreaktors.

Verunreinigungen

Schwefelverbindungen

Giftiger, ätzender und übelriechender Schwefelwasserstoff ( H₂SO₄) .2Schwefel ( SO₂ ) ist die häufigste Verunreinigung in Biogas. Wird er nicht abgetrennt, entsteht bei der Verbrennung Schwefeldioxid ( SO₂).2) und Schwefelsäure ( H2ALSO4), die korrosiv und umweltgefährdend sind., [ 29 ] Es können auch andere schwefelhaltige Verbindungen wie Thiole vorhanden sein.

Ammoniak

Ammoniak ( NH₃)3NO entsteht aus stickstoffhaltigen organischen Verbindungen, wie beispielsweise den Aminosäuren in Proteinen . Wird es nicht vom Biogas getrennt, entsteht bei der Verbrennung NO.XEmissionen. [ 29 ]

Siloxane

In manchen Fällen enthält Biogas Siloxane . Diese entstehen bei der anaeroben Zersetzung von Stoffen, die häufig in Seifen und Waschmitteln vorkommen. Bei der Verbrennung von siloxanhaltigem Biogas wird Silicium freigesetzt, das sich mit freiem Sauerstoff oder anderen Elementen im Verbrennungsgas verbinden kann . Es bilden sich Ablagerungen, die hauptsächlich aus Siliciumdioxid ( SiO₂) bestehen.2) oder Silikate ( SiXOySie können Kalzium , Schwefel , Zink und Phosphor enthalten . Solche weißen Mineralablagerungen erreichen eine Oberflächendicke von mehreren Millimetern und müssen chemisch oder mechanisch entfernt werden.

Debatte

Argumente dafür

Bei der Lagerung von Gülle unter anaeroben Bedingungen entstehen hohe Methanmengen . Während der Lagerung und bei der Ausbringung von Gülle auf landwirtschaftliche Flächen wird außerdem Lachgas ( N₂O) als Nebenprodukt der Denitrifikation gebildet.2Ozon (O₃ ) ist 273-mal aggressiver als Kohlendioxid und Methan 27-mal aggressiver als Kohlendioxid. [ 14 ]

Durch die Umwandlung von Kuhmist in Methan-Biogas mittels anaerober Vergärung könnten die Millionen Rinder in den Vereinigten Staaten 100 Milliarden Kilowattstunden Strom erzeugen – genug, um Millionen von Haushalten in den USA mit Energie zu versorgen. Eine Kuh produziert täglich genug Mist, um 3 Kilowattstunden Strom zu erzeugen. [ 30 ] Darüber hinaus könnten durch die Umwandlung von Rindermist in Methan-Biogas anstatt seiner natürlichen Verrottung die Treibhausgasemissionen um 99 Millionen Tonnen (97 × 10⁶ britische Tonnen; 109 × 10⁶ britische Tonnen) bzw. 4 % reduziert werden. [ 31 ]^^

Argumente dagegen

Andere Umweltgruppen argumentieren, dass Biogas aus Gülle eine Form von Greenwashing sei . Sie behaupten, es fördere und subventioniere die Massentierhaltung und setze weitere Schadstoffe wie Schwefelwasserstoff frei. [ 32 ] Im Jahr 2022 argumentierten sechs US-Senatoren, darunter Bernie Sanders und Elizabeth Warren, dass Biogas ohne Steuergelder nicht erfolgreich sein könne und diese besser für andere Methoden eingesetzt würden. Sie befürchteten zudem, dass Biogas die Konsolidierung in der Branche beschleunigen und dazu führen könnte, dass landwirtschaftliche Betriebe ihre Größe gezielt ausbauen, um Biogas-Subventionen zu erhalten. Sie verweisen auf Belege dafür, dass Landwirte dies nach der Einführung von Biogas-Förderprogrammen in Kalifornien getan hätten. [ 33 ]

Andere argumentieren, die Fördermittel für Biogas seien bereits überproportional hoch. So überstiegen beispielsweise in Wisconsin die Ausgaben für Biogas in nur zwei Jahren (2022–2023) die Ausgaben für Solarenergie in zwölf Jahren. [ 34 ] Die Biogasgewinnung aus gezielt angebautem Mais wird aufgrund der hohen Konzentration, Intensität und Bodenerosion dieser Plantagen als nicht nachhaltig und schädlich beschrieben. [ 35 ]

Anwendungen

Ein Biogasbus in Linköping, Schweden

Biogas kann zur Stromerzeugung in Kläranlagen genutzt werden [ 36 ] , beispielsweise in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) mit Gasmotor . Die dabei entstehende Abwärme kann zum Beheizen des Fermenters, zum Kochen, zur Raumheizung, zur Warmwasserbereitung und zur Prozesswärme verwendet werden. Komprimiert kann es komprimiertes Erdgas in Fahrzeugen ersetzen, wo es Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen antreiben kann und Kohlendioxid deutlich effizienter verdrängt als herkömmliches Biogas in dezentralen BHKW-Anlagen. [ 36 ]

Upgrade

Das erzeugte Biogas enthält bis zu 50 % Inertgase wie Kohlendioxid und Stickstoff, was seinen Heizwert mindert . Biogas enthält außerdem korrosive Verbindungen wie Schwefelwasserstoff, der Rohre und Maschinen angreift. [ 29 ] Methan im Biogas kann mittels einer Biogasaufbereitungsanlage auf die gleichen Standards wie fossiles Erdgas konzentriert werden. Dieses muss selbst einen Reinigungsprozess durchlaufen und wird so zu Biomethan . Sofern das örtliche Gasnetz dies zulässt, kann der Biogasproduzent dessen Verteilungsnetz nutzen. Das Gas muss sehr rein sein, um die Anforderungen für die Pipeline zu erfüllen, und die richtige Zusammensetzung für die Aufnahme durch das Verteilungsnetz aufweisen. Kohlendioxid , Wasser , Schwefelwasserstoff und Partikel müssen gegebenenfalls entfernt werden. [ 29 ]

Es gibt vier Hauptverfahren zur Biogasaufbereitung: Wasserwäsche, Druckwechselabsorption, Selexol-Absorption und Amin-Gasbehandlung . [ 37 ] Zusätzlich dazu gewinnt die Membrantrenntechnik für die Biogasaufbereitung zunehmend an Bedeutung, und in Europa und den USA sind bereits mehrere Anlagen in Betrieb. [ 29 ] [ 38 ] Das gängigste Verfahren ist die Wasserwäsche. Dabei strömt Gas unter hohem Druck in eine Kolonne, in der Kohlendioxid und andere Spurenelemente durch einen im Gegenstrom zum Gas fließenden Wasserstrom abgetrennt werden. Mit dieser Methode lassen sich bis zu 98 % Methan gewinnen, wobei die Hersteller einen maximalen Methanverlust von 2 % im System garantieren. Für den Betrieb einer Biogasaufbereitungsanlage werden etwa 3 % bis 6 % der gesamten Gasproduktion benötigt.

Gaseinspeisung ins Netz

Die Einspeisung von Biogas in das Erdgasnetz ist möglich, wenn Biogas zu Biomethan aufbereitet wird . Bis zum Durchbruch der Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung gingen zwei Drittel der gesamten von Biogasanlagen erzeugten Energie als Wärme verloren. Durch den Transport des Gases über das Netz zu den Verbrauchern kann die Energie zur Eigenstromerzeugung genutzt werden [ 39 ] , wodurch die Transportverluste reduziert werden. Typische Energieverluste in Erdgastransportsystemen liegen zwischen 1 % und 2 %, in Stromtransportsystemen zwischen 5 % und 8 % [ 40 ] . Vor der Einspeisung in das Gasnetz durchläuft das Biogas einen Reinigungsprozess, in dem es auf Erdgasqualität aufbereitet wird. Dabei werden Spurenbestandteile entfernt, die für das Gasnetz und die Endverbraucher schädlich sein könnten [ 41 ] .

Transport

Zug „Biogaståget Amanda“ („Amanda der Biogaszug“) in der Nähe des Bahnhofs Linköping , Schweden

Konzentriertes und komprimiertes Biogas kann im Fahrzeugverkehr eingesetzt werden. Komprimiertes Biogas findet in Schweden, der Schweiz und Deutschland zunehmend Anwendung. Ein mit Biogas betriebener Zug, der Biogaståget Amanda (Biogaszug Amanda), ist seit 2005 in Schweden im Einsatz. [ 42 ] [ 43 ] Biogas treibt auch Automobile an. 1974 dokumentierte der britische Dokumentarfilm „ Sweet as a Nut“ die Biogasproduktion aus Schweinegülle und zeigte, wie damit ein speziell angepasster Verbrennungsmotor betrieben wurde. [ 44 ] [ 45 ] Im Jahr 2007 wurden weltweit schätzungsweise 12.000 Fahrzeuge mit aufbereitetem Biogas betankt, hauptsächlich in Europa. [ 46 ]

Biogas zählt zu den feuchten und kondensierenden Gasen (bzw. Luft) und enthält Nebel oder Dunst im Gasstrom. Dieser Nebel oder Dunst besteht hauptsächlich aus Wasserdampf, der sich entlang des Gasstroms an den Wänden von Rohren oder Kaminen niederschlägt. Biogasanlagen finden sich beispielsweise in Kläranlagen, Deponien und Tierhaltungsbetrieben (überdachte Viehteiche). Ultraschall-Durchflussmesser gehören zu den wenigen Geräten, die in Biogasatmosphäre messen können. Die meisten thermischen Durchflussmesser liefern keine zuverlässigen Daten, da die Feuchtigkeit zu konstant hohen Messwerten und ständigen Durchflussspitzen führt. Es gibt jedoch thermische Massendurchflussmesser mit Einpunkt-Einführung, die Biogasströme präzise und mit minimalem Druckverlust überwachen können. Sie gleichen Feuchtigkeitsschwankungen im Gasstrom aufgrund täglicher und saisonaler Temperaturschwankungen aus und berücksichtigen diese, um einen Trockengaswert zu ermitteln.

Wärme/Elektrizität

Biogas kann in verschiedenen Arten von Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Jenbacher- oder Caterpillar -Gasmotoren, eingesetzt werden. [ 47 ] Andere Verbrennungsmotoren wie Gasturbinen und Kleinkraftwerke eignen sich zur Umwandlung von Biogas in Strom und Wärme. Der Gärrest, der nicht in Biogas umgewandelt wurde, kann als landwirtschaftlicher Dünger verwendet werden. Biogas kann als Brennstoff in Blockheizkraftwerken ( BHKW ) eingesetzt werden, die Biogas aus landwirtschaftlichen Abfällen gewinnen und gleichzeitig Strom und Wärme erzeugen . Im Gegensatz zu anderen grünen Energien wie Wind- und Solarenergie ist Biogas bedarfsgerecht und schnell verfügbar. Das Treibhauspotenzial kann durch die Verwendung von Biogas anstelle fossiler Brennstoffe deutlich reduziert werden . [ 48 ] Allerdings ist das Versauerungs- und Eutrophierungspotenzial von Biogas 25- bzw. 12-mal höher als bei fossilen Brennstoffen . Diese Auswirkungen lassen sich durch die richtige Kombination von Substraten, abgedeckte Lager für die Fermenter und verbesserte Techniken zur Rückgewinnung von entweichendem Material verringern. Insgesamt deuten die Ergebnisse weiterhin darauf hin, dass die Nutzung von Biogas im Vergleich zu fossilen Brennstoffen zu einer deutlichen Reduzierung der meisten Umweltauswirkungen führen kann. Das Verhältnis zwischen Umweltschäden und Treibhausgasemissionen sollte bei der Systemimplementierung jedoch weiterhin berücksichtigt werden. [ 49 ]

Technologische Fortschritte

Projekte wie NANOCLEAN entwickeln neue Wege zur effizienteren Biogasproduktion durch den Einsatz von Eisenoxid- Nanopartikeln bei der Behandlung organischer Abfälle. Dieses Verfahren soll die Biogasproduktion verdreifachen können. [ 50 ]

Gesetzgebung

europäische Union

Die Europäische Union (EU) verfügt über eine Richtlinie zur Abfallwirtschaft und zu Deponien, die sogenannte Deponierichtlinie . Länder wie das Vereinigte Königreich und Deutschland haben bereits Gesetze erlassen, die Landwirten langfristige Einkommens- und Energiesicherheit bieten. [ 51 ] Die EU schreibt vor, dass Verbrennungsmotoren, die mit Biogas betrieben werden, über ausreichend Gasdruck verfügen müssen, um eine optimale Verbrennung zu gewährleisten. Innerhalb der Europäischen Union sind ATEX- Radialventilatoren , die gemäß der europäischen Richtlinie 2014/34/EU (vormals 94/9/EG) gebaut wurden, obligatorisch. Diese Radialventilatoren , beispielsweise von Combimac , Meidinger AG oder Witt & Sohn AG, eignen sich für den Einsatz in den Zonen 1 und 2.

Vereinigte Staaten

Die Vereinigten Staaten verbieten die Nutzung von Deponiegas aufgrund seines Gehalts an flüchtigen organischen Verbindungen ( VOCs ) . Der US-amerikanische Clean Air Act und Titel 40 des Code of Federal Regulations (CFR) verpflichten Deponiebetreiber zur Schätzung der Menge an emittierten nicht-methanhaltigen organischen Verbindungen (NMOCs). Übersteigen die geschätzten NMOC-Emissionen 50 Tonnen pro Jahr, muss der Deponiebetreiber das Gas auffangen und behandeln, um die enthaltenen NMOCs zu entfernen. Dies bedeutet in der Regel die Verbrennung. Aufgrund der oft abgelegenen Lage von Deponien ist die Stromerzeugung aus dem Gas mitunter wirtschaftlich nicht rentabel. [ 52 ] Es gibt verschiedene Förderprogramme für die Entwicklung von Biogasanlagen. Das Rural Energy for America Program bietet ebenso wie das Environmental Quality Incentives Program , das Conservation Stewardship Program und das Conservation Loan Program Darlehen und Zuschüsse für Biogasanlagen an . [ 53 ]

Globale Entwicklungen

Vereinigte Staaten

Aufgrund seiner vielen Vorteile entwickelt sich Biogas zunehmend zu einer beliebten Energiequelle und findet auch in den USA immer mehr Anwendung. [ 54 ] Im Jahr 2003 verbrauchten die USA 43 Terawattstunden (147 Billionen BTU) Energie aus Deponiegas, was etwa 0,6 % des gesamten US-Erdgasverbrauchs entsprach. [ 46 ] Methanbiogas aus Kuhmist wird in den USA derzeit getestet. Laut einer Studie aus dem Jahr 2008, die von der Zeitschrift „Science and Children“ veröffentlicht wurde , könnte Methanbiogas aus Kuhmist 100 Milliarden Kilowattstunden Strom erzeugen – genug, um Millionen von Haushalten in ganz Amerika zu versorgen. Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass Methanbiogas den Ausstoß von 99 Millionen Tonnen Treibhausgasen reduzieren kann, was etwa 4 % der gesamten Treibhausgasemissionen der USA entspricht. [ 55 ]

Laut dem American Biogas Council stieg die Anzahl der Biogasanlagen auf landwirtschaftlichen Betrieben im Jahr 2021 um 21 %. [ 56 ] In Vermont wurde Biogas aus Milchviehbetrieben in das CVPS-Programm „Cow Power“ aufgenommen. Das Programm wurde ursprünglich von der Central Vermont Public Service Corporation als freiwilliger Tarif angeboten und firmiert nach der Fusion mit Green Mountain Power nun unter dem Namen GMP Cow Power Program. Kunden können einen Aufschlag auf ihre Stromrechnung zahlen, der direkt an die teilnehmenden Betriebe weitergeleitet wird. In Sheldon, Vermont , liefert Green Mountain Dairy im Rahmen des Cow-Power-Programms erneuerbare Energie. Auslöser war der Wunsch der Brüder Bill und Brian Rowell, die Herausforderungen der Güllebewirtschaftung in Milchviehbetrieben anzugehen, darunter Güllegeruch und Nährstoffverfügbarkeit für die Futterpflanzen. Sie installierten eine Biogasanlage, um die Kuh- und Melkstandabfälle ihrer 950 Kühe zu verarbeiten und daraus erneuerbare Energie, Einstreu als Ersatz für Sägemehl und pflanzenverträglichen Dünger zu gewinnen. Die Energie- und Umweltvorteile werden an das GMP Cow Power-Programm verkauft. Im Durchschnitt produziert die von Familie Rowell betriebene Anlage genügend Strom, um 300 bis 350 weitere Haushalte zu versorgen. Die Generatorleistung beträgt etwa 300 Kilowatt. [ 57 ]

In Hereford, Texas , wird Kuhmist zur Energiegewinnung in einem Ethanol- Kraftwerk genutzt. Durch die Umstellung auf Methan-Biogas spart das Kraftwerk täglich 1000 Barrel Öl ein. Insgesamt senkt das Kraftwerk die Transportkosten und schafft zahlreiche weitere Arbeitsplätze für zukünftige Biogas-Kraftwerke. [ 58 ] In Oakley, Kansas , nutzt eine Ethanol-Anlage, die zu den größten Biogasanlagen Nordamerikas zählt, ein integriertes Gülleverwertungssystem zur Wärmeerzeugung für ihre Kessel. Dabei werden Mastbetriebsmist , organische Abfälle aus kommunalen Betrieben und Abfälle aus der Ethanol-Anlage verwendet. Bei voller Auslastung soll die Anlage 90 % der fossilen Brennstoffe ersetzen, die bei der Herstellung von Ethanol und Methanol eingesetzt werden. [ 59 ] [ 60 ] In Kalifornien setzt sich die Southern California Gas Company für die Beimischung von Biogas in bestehende Erdgasleitungen ein. Kalifornische Staatsbeamte vertreten jedoch die Ansicht, dass Biogas „besser in schwer zu elektrifizierenden Wirtschaftszweigen wie der Luftfahrt, der Schwerindustrie und dem Fernverkehr eingesetzt wird“. [ 61 ]

Europa

Biogastankstelle in Mikkeli , Finnland

Der Entwicklungsstand der Biogasnutzung variiert in Europa stark. Während Länder wie Deutschland, Österreich, Schweden und Italien in der Nutzung von Biogas bereits recht weit fortgeschritten sind, schlummert im Rest des Kontinents, insbesondere in Osteuropa, ein enormes Potenzial für diese erneuerbare Energiequelle. MT-Energie ist ein deutsches Biogastechnologieunternehmen, das im Bereich der erneuerbaren Energien tätig ist . [ 62 ] Unterschiedliche rechtliche Rahmenbedingungen, Bildungsangebote und die Verfügbarkeit der Technologie zählen zu den Hauptgründen für dieses ungenutzte Potenzial. [ 63 ] Eine weitere Herausforderung für die Weiterentwicklung von Biogas stellt die negative öffentliche Wahrnehmung dar. [ 64 ]

Im Februar 2009 wurde die Europäische Biogasvereinigung (EBA) in Brüssel als gemeinnützige Organisation gegründet, um die nachhaltige Biogasproduktion und -nutzung in Europa zu fördern. Die Strategie der EBA definiert drei Prioritäten: Biogas als wichtigen Bestandteil des europäischen Energiemixes zu etablieren, die getrennte Sammlung von Haushaltsabfällen zur Steigerung des Gaspotenzials zu fördern und die Produktion von Biomethan als Kraftstoff zu unterstützen. Im Juli 2013 zählte die Vereinigung 60 Mitglieder aus 24 europäischen Ländern. [ 65 ]

Vereinigtes Königreich

Im September 2013 gab es in Großbritannien rund 130 Biogasanlagen, die nicht auf Kläranlagen basieren. Die meisten befinden sich auf landwirtschaftlichen Betrieben, einige größere Anlagen existieren außerhalb der landwirtschaftlichen Betriebe und verarbeiten Lebensmittel- und Haushaltsabfälle. [ 66 ] Am 5. Oktober 2010 wurde erstmals Biogas in das britische Gasnetz eingespeist. Abwasser von über 30.000 Haushalten in Oxfordshire wird zur Kläranlage Didcot geleitet , wo es in einem Faulturm zu Biogas verarbeitet wird. Dieses wird anschließend gereinigt und versorgt etwa 200 Haushalte mit Gas. [ 67 ] Im Jahr 2015 kündigte das Ökostromunternehmen Ecotricity Pläne zum Bau von drei Biogasanlagen mit Netzeinspeisung an. [ 68 ]

Italien

In Italien nahm die Biogasindustrie 2008 dank der Einführung vorteilhafter Einspeisevergütungen ihren Anfang. Diese wurden später durch Einspeiseprämien ersetzt, wobei Nebenprodukte und landwirtschaftliche Abfälle bevorzugt wurden, was seit 2012 zu einer Stagnation der Biogasproduktion sowie der daraus erzeugten Wärme und Elektrizität führte. [ 69 ] Im September 2018 gab es in Italien mehr als 200 Biogasanlagen mit einer Produktion von rund 1,2 GW. [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]

Deutschland

Deutschland ist Europas größter Biogasproduzent [ 73 ] und Marktführer in der Biogastechnologie. [ 74 ] Im Jahr 2010 waren landesweit 5.905 Biogasanlagen in Betrieb; die wichtigsten Regionen sind Niedersachsen, Bayern und die östlichen Bundesländer. [ 75 ] Die meisten dieser Anlagen werden als Kraftwerke genutzt. Üblicherweise sind die Biogasanlagen direkt mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) verbunden, das durch die Verbrennung des Biomethans Strom erzeugt. Dieser Strom wird dann in das öffentliche Stromnetz eingespeist. [ 76 ] Im Jahr 2010 betrug die gesamte installierte elektrische Leistung dieser Kraftwerke 2.291 MW. [ 75 ] Die Stromerzeugung belief sich auf rund 12,8 TWh, was 12,6 % des gesamten erzeugten Stroms aus erneuerbaren Energien entspricht. [ 77 ] Biogas wird in Deutschland hauptsächlich durch die Co-Vergärung von Energiepflanzen (sogenannte „NawaRo“, eine Abkürzung für nachwachsende Rohstoffe ) in Verbindung mit Gülle gewonnen. Die wichtigste Energiepflanze ist Mais. Auch organische Abfälle sowie Industrie- und Landwirtschaftsreste, beispielsweise Abfälle aus der Lebensmittelindustrie, werden zur Biogaserzeugung genutzt. [ 78 ] Insofern unterscheidet sich die Biogasproduktion in Deutschland deutlich von der in Großbritannien, wo die Biogasgewinnung aus Deponien am weitesten verbreitet ist. [ 73 ]

Die Biogasproduktion in Deutschland hat sich in den letzten 20 Jahren rasant entwickelt. Hauptgrund dafür sind die geschaffenen rechtlichen Rahmenbedingungen. Die staatliche Förderung erneuerbarer Energien begann 1991 mit dem Stromeinspeisegesetz ( StrEG ). Dieses Gesetz garantierte den Erzeugern von Energie aus erneuerbaren Quellen die Einspeisung in das öffentliche Stromnetz. Die Energieversorger waren somit verpflichtet, die gesamte von unabhängigen privaten Ökostromerzeugern produzierte Energie abzunehmen. [ 79 ] Im Jahr 2000 wurde das Stromeinspeisegesetz durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz ( EEG ) ersetzt. Dieses Gesetz garantierte sogar eine feste Vergütung für den erzeugten Strom über 20 Jahre. Der Betrag von rund 8  Cent/kWh bot Landwirten die Möglichkeit, Energielieferanten zu werden und eine zusätzliche Einnahmequelle zu erschließen. [ 78 ]

Die deutsche landwirtschaftliche Biogasproduktion erhielt 2004 durch die Einführung des sogenannten NawaRo-Bonus einen weiteren Schub. Dabei handelt es sich um eine Sonderzahlung für die Nutzung erneuerbarer Ressourcen, insbesondere von Energiepflanzen. [ 80 ] 2007 bekräftigte die Bundesregierung im Rahmen des Integrierten Klima- und Energieprogramms ihre Absicht, die Versorgung mit erneuerbaren Energien weiter auszubauen, um den wachsenden Herausforderungen des Klimawandels und den steigenden Ölpreisen zu begegnen. Diese kontinuierliche Förderung erneuerbarer Energien bringt eine Reihe von Herausforderungen für das Management und die Organisation der Versorgung mit sich, die sich auch auf die Biogasproduktion auswirken. [ 81 ] Eine der größten Herausforderungen ist der hohe Flächenbedarf für die Biogasversorgung. 2011 wurden in Deutschland rund 800.000 Hektar für den Anbau von Energiepflanzen zur Biogasproduktion genutzt. [ 82 ] Dieser hohe Flächenbedarf führt zu neuen, bisher nicht bestehenden Wettbewerben mit der Lebensmittelindustrie. Darüber hinaus entstanden in überwiegend ländlichen Regionen neue Industrien und Märkte mit unterschiedlichen neuen Akteuren aus den Bereichen Wirtschaft, Politik und Zivilgesellschaft. Ihr Einfluss und Handeln muss gesteuert werden, um alle Vorteile dieser neuen Energiequelle zu nutzen. Schließlich wird Biogas bei entsprechender Steuerung eine wichtige Rolle in der deutschen Versorgung mit erneuerbaren Energien spielen. [ 81 ]

Entwicklungsländer

Hausbiogasanlagen wandeln Tiermist und Fäkalien in Biogas und Gülle (fermentierten Dung) um. Diese Technologie eignet sich für Kleinbauern mit einem Viehbestand von 50 kg Mist pro Tag, was etwa 6 Schweinen oder 3 Kühen entspricht. Der Mist muss gesammelt werden können, um ihn mit Wasser zu vermischen und der Anlage zuzuführen. Toiletten können angeschlossen werden. Eine weitere Voraussetzung ist die Temperatur, die den Fermentationsprozess beeinflusst. Mit einem Optimum von 36 °C ist die Technologie besonders für (sub)tropische Klimazonen geeignet. Dadurch ist sie häufig auch für Kleinbauern in Entwicklungsländern anwendbar. [ 83 ]

Je nach Größe und Standort kann eine typische Biogasanlage mit gemauerter Kuppel im Hof ​​eines ländlichen Haushalts errichtet werden. Die Investitionskosten liegen in asiatischen Ländern zwischen 300 und 500 US-Dollar und in Afrika bei bis zu 1400 US-Dollar. [ 84 ] Eine hochwertige Biogasanlage benötigt nur minimale Wartungskosten und kann mindestens 15–20 Jahre lang ohne größere Probleme und Nachinvestitionen Gas produzieren. Für die Nutzer bietet Biogas saubere Energie zum Kochen, reduziert die Luftverschmutzung in Innenräumen und verkürzt die Zeit für die traditionelle Biomasse-Sammlung, insbesondere für Frauen und Kinder. Die Gülle ist ein sauberer organischer Dünger, der potenziell die landwirtschaftliche Produktivität steigert. [ 83 ] In Entwicklungsländern wurde zudem festgestellt, dass die Nutzung von Biogas im Vergleich zu Brennholz zu einer Reduzierung der Treibhausgasemissionen um 20 % führt. Darüber hinaus könnten pro Tier und Jahr Treibhausgasemissionen von 384,1 kg CO₂- Äquivalent vermieden werden. [ 85 ]

Energie ist ein wichtiger Bestandteil der modernen Gesellschaft und kann als einer der wichtigsten Indikatoren für sozioökonomische Entwicklung dienen. Trotz aller technologischen Fortschritte decken rund drei Milliarden Menschen, vorwiegend in ländlichen Gebieten von Entwicklungsländern, ihren Energiebedarf zum Kochen weiterhin auf traditionelle Weise, indem sie Biomasse wie Brennholz, Erntereste und Tiermist in einfachen Öfen verbrennen. [ 86 ]

Einweihung einer Biogasanlage von Südzucker in Drochia mit Interview von Octavian Armașu , 2012.

Die Nutzung von Biogas im Haushalt ist in vielen Teilen der Welt, insbesondere in Asien, eine bewährte und etablierte Technologie. [ 87 ] Mehrere Länder dieser Region, wie beispielsweise China [ 88 ] und Indien, haben groß angelegte Programme zur Nutzung von Biogas im Haushalt gestartet . Die Niederländische Entwicklungsorganisation (SNV) [ 89 ] unterstützt nationale Programme zur Nutzung von Biogas im Haushalt, die darauf abzielen, wirtschaftlich tragfähige Sektoren für Biogas im Haushalt zu etablieren, in denen lokale Unternehmen Biogasanlagen für Haushalte vermarkten, installieren und warten. In Asien ist SNV in Nepal [ 90 ] , Vietnam [ 91 ] [ 92 ] , Bangladesch [ 93 ] , Bhutan, Kambodscha [ 93 ] , Laos [ 94 ] , Pakistan [ 95 ] und Indonesien [ 96 ] aktiv , in Afrika in Ruanda [ 97 ] , Senegal, Burkina Faso, Äthiopien [ 98 ] , Tansania [ 99 ] , Uganda, Kenia [ 100 ], Benin und Kamerun. In Südafrika werden vorgefertigte Biogasanlagen hergestellt und verkauft. Ein wesentliches Merkmal ist, dass die Installation weniger Fachkenntnisse erfordert und schneller vonstattengeht, da der Fermenter aus vorgefertigtem Kunststoff besteht. [ 101 ]

Biogasanlagen spielen eine bedeutende Rolle beim Zugang zu Energie in vielen Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen (LMICs), insbesondere in Gebieten, in denen es an zuverlässiger Stromversorgung und Brennstoffen zum Kochen mangelt. Kleine Biogasanlagen werden häufig in Haushalten und Gemeinden eingesetzt, um Tiermist, landwirtschaftliche Reststoffe und organische Haushaltsabfälle in methanreiches Gas umzuwandeln, das zum Kochen, Beleuchten und Heizen genutzt werden kann. [ 102 ] [ 103 ]

Systeme auf Haushaltsebene und dezentrale Systeme

Im Gegensatz zu den vielen großen Industrieanlagen, die in einkommensstarken Ländern üblich sind, konzentrieren sich viele Biogasinitiativen in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen auf die dezentrale Produktion und ihre potenziellen Vorteile. Hausfermenter können eine von zentralen Stromnetzen unabhängige Energiequelle darstellen und gleichzeitig nährstoffreichen Gärrest produzieren, der als Dünger verwendet werden kann. [ 104 ] Diese Systeme finden sich in Regionen mit vielen Viehhaltern, darunter Teile Südasiens, Ostafrikas und Chinas. Dezentrale Biogassysteme werden oft als Möglichkeit gesehen, mehrere Entwicklungsziele gleichzeitig zu erreichen. Dazu gehören die Verbesserung des Energiezugangs, die Verbesserung der sanitären Verhältnisse, die Reduzierung der Raumluftverschmutzung durch traditionelle Biomassebrennstoffe und die Stärkung der regionalen Energieunabhängigkeit. [ 105 ]

Geografische und sozioökonomische Faktoren

Die Effizienz von Biogasanlagen kann je nach geografischen und sozioökonomischen Bedingungen stark variieren. Zu den wichtigsten Einflussfaktoren zählen Klima, Wasserverfügbarkeit, Substratversorgung und Haushaltseinkommen. Die mikrobielle Aktivität steigt mit der Temperatur und begünstigt in der Regel wärmere Klimazonen, wodurch der Bedarf an zusätzlicher Heizung sinkt. [ 102 ] Die Viehdichte ist ein weiterer entscheidender Faktor, da Gülle das gängigste Substrat für diese kleinen Fermenter ist. Regionen mit dünn besiedelten Gebieten oder geringem Tierbestand stehen möglicherweise vor größeren Herausforderungen bei der Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Energieproduktion. [ 105 ] Auch der Zugang zu technischen Dienstleistungen und Wartungsarbeiten beeinflusst den langfristigen Erfolg und die Akzeptanzrate. [ 103 ]

Rohstoffe und Agrarsysteme

In Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen (LMIC) bestehen Biogas-Rohstoffe üblicherweise aus lokal verfügbaren organischen Abfällen und nicht aus gezielt angebauten Energiepflanzen. Zu den gängigen Rohstoffen zählen Rinderdung, Geflügelmist, Erntereste, Lebensmittelabfälle und andere biologisch abbaubare Materialien. [ 105 ] Durch die Nutzung dieser Abfallströme können Regionen ökologische Vorteile erzielen, indem Methan aufgefangen wird, das andernfalls durch unkontrollierte Zersetzung freigesetzt würde. Zudem können durch die Verwendung von Gärresten als Dünger die Hygiene und die landwirtschaftliche Produktion verbessert werden. [ 105 ] In Ländern mit hohem Einkommen besteht eine stärkere Abhängigkeit von Energiepflanzen wie Mais und Soja. Vergleichende Studien zeigen, dass abfallbasierte Systeme in ressourcenarmen Umgebungen mit begrenzten Ressourcen wie Land, Wasser und finanziellen Mitteln besser geeignet sein können. [ 106 ]

Einschränkungen und Herausforderungen

Trotz vieler potenzieller Vorteile stehen kleine Biogasanlagen vor einigen Hürden, bevor sie sich flächendeckend durchsetzen können. Hohe Installationskosten können insbesondere für Haushalte mit niedrigem Einkommen problematisch sein und werden ohne staatliche Förderprogramme und Zuschüsse zunehmend schwieriger zu stemmen. [ 103 ] Saisonale Schwankungen in der Verfügbarkeit von Substraten und Wasserknappheit können die Gasproduktion zeitweise reduzieren und werden maßgeblich von klimatischen Faktoren beeinflusst. Ein weiteres Problem entsteht, wenn die Fermenter aufgrund mangelnder technischer Unterstützung nicht gewartet werden, was Reparaturen erschwert. [ 103 ] Forschungsprojekte in Subsahara-Afrika und Südasien haben gezeigt, dass die technische Machbarkeit allein keine nachhaltige Nutzung garantiert. Diese Systeme müssen auch gesellschaftlich akzeptiert und durch Schulungsprogramme, institutionelle Unterstützung und politische Rahmenbedingungen gefördert werden. Regionen, die neben der technischen Umsetzung auch die Einbindung der lokalen Bevölkerung berücksichtigen, verzeichnen oft höhere Akzeptanz- und Langzeitbetriebsraten. [ 105 ]

Neue alternative Energierohstoffe

Neben den traditionellen, abfallbasierten Inputmaterialien wie Gülle und Lebensmittelresten haben Forscher auch Biomassepflanzen für die anaerobe Vergärung untersucht und dabei vielversprechende Ergebnisse erzielt. Einige mehrjährige Gräser, darunter Rutenhirse (Panicum virgatum), Miscanthus (Miscanthus giganteus) und Napiergras (Cenchrus purpureus), haben in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erregt, da sie im Vergleich zu typischen Biokraftstoffpflanzen hohe Biomasseerträge liefern und zudem auf Grenzertragsböden mit relativ geringem Ressourcenbedarf wachsen. [ 107 ]

Indien

In Indien [ 108 ] basiert die Biogasproduktion traditionell auf Milchviehdung als Rohstoff. Diese Biogasanlagen, auch „Gobar-Anlagen“ genannt, sind seit Langem in Betrieb, insbesondere im ländlichen Indien. Die frühe Entwicklung der Biogastechnologie in Indien Mitte des 20. Jahrhunderts umfasste experimentelle und Demonstrationsarbeiten von Ingenieuren und Forschern, die Gobar-Anlagen für die ländliche Energieversorgung förderten. Zu ihnen gehörte Dr. Ram Bux Singh , der 1957 in Sitapur , Uttar Pradesh, eine der ersten erfolgreichen Biogasanlagen errichtete und später durch seine Arbeit an der Gobar-Gas-Forschungsstation in Ajitmal zur angewandten Forschung und Verbreitung von Biogassystemen beitrug. Seine technischen Arbeiten waren Teil der frühen Bemühungen Indiens, dezentrale, auf landwirtschaftlichen Abfällen basierende Lösungen für erneuerbare Energien zu fördern. In den letzten zwei bis drei Jahrzehnten haben Forschungseinrichtungen mit Schwerpunkt auf ländlicher Energiesicherheit die Systemkonstruktion verbessert und so neuere, effiziente und kostengünstige Anlagen wie das Deenabandhu-Modell entwickelt. Das Deenabandhu-Modell ist ein neues, in Indien weit verbreitetes Biogasproduktionsmodell. ( Deenabandhu bedeutet „Freund der Hilflosen“.) Die Anlage hat üblicherweise ein Fassungsvermögen von 2 bis 3 Kubikmetern. Sie wird aus Ziegeln oder einer Stahlbetonmischung errichtet . In Indien ist die Ziegelbauweise etwas teurer als die Stahlbetonbauweise; das indische Ministerium für neue und erneuerbare Energien gewährt jedoch einen Zuschuss pro errichteter Anlage.

Biogas, hauptsächlich Methan/Erdgas, kann in Dörfern durch die Kultivierung von Methylococcus capsulatus -Bakterien mit minimalem Land- und Wasserverbrauch wirtschaftlich zur Herstellung von proteinreichem Futter für Rinder, Geflügel und Fische genutzt werden. [ 109 ] [ 110 ] [ 111 ] Das bei diesen Anlagen als Nebenprodukt entstehende Kohlendioxid kann zur kostengünstigen Herstellung von Algenöl oder Spirulina aus Algenkulturen verwendet werden , insbesondere in tropischen Ländern wie Indien. Dies könnte Rohöl in naher Zukunft als wichtigste Energiequelle ablösen. [ 112 ] [ 113 ] Die indische Zentralregierung setzt zahlreiche Programme zur produktiven Nutzung von Agrarabfällen bzw. Biomasse in ländlichen Gebieten um, um die ländliche Wirtschaft und das Beschäftigungspotenzial zu stärken. [ 114 ] [ 115 ] Mit diesen Anlagen wird nicht essbare Biomasse oder essbare Biomasse in hochwertige Produkte umgewandelt – ohne Wasserverschmutzung oder Treibhausgasemissionen . [ 116 ]

Flüssiggas (LPG) ist in indischen Städten ein wichtiger Brennstoff zum Kochen, und seine Preise steigen parallel zu den globalen Brennstoffpreisen. Die hohen Subventionen, die die aufeinanderfolgenden Regierungen zur Förderung von LPG als Haushaltsbrennstoff gewährt haben, stellen eine finanzielle Belastung dar und lenken den Fokus erneut auf Biogas als alternative Kochbrennstoffoption in städtischen Betrieben. Dies hat zur Entwicklung vorgefertigter Fermenter für modulare Installationen geführt, im Gegensatz zu Stahlbeton- und Zementkonstruktionen, deren Bauzeit länger ist. Die erneute Fokussierung auf Prozesstechnologien wie das Biourja-Prozessmodell [ 117 ] hat die Bedeutung mittelgroßer und großer anaerober Fermenter in Indien als potenzielle Alternative zu LPG als primärem Kochbrennstoff gestärkt.

In Indien, Nepal, Pakistan und Bangladesch wird Biogas, das durch anaerobe Vergärung von Gülle in kleinen Biogasanlagen entsteht, als Gobar-Gas bezeichnet. Schätzungsweise gibt es solche Anlagen in über 2 Millionen Haushalten in Indien, 50.000 in Bangladesch und Tausende in Pakistan, insbesondere in Nordpunjab, was auf den hohen Viehbestand zurückzuführen ist. Der Fermenter ist eine luftdichte, runde Betongrube mit einem Rohranschluss. Die Gülle wird, üblicherweise direkt aus dem Stall, in die Grube geleitet. Anschließend wird die Grube mit der benötigten Menge Abwasser befüllt . Die Gasleitung ist über Steuerventile mit dem Küchenherd verbunden. Die Verbrennung dieses Biogases ist geruchs- und raucharm. Aufgrund der einfachen Handhabung und der Verwendung günstiger Rohstoffe in Dörfern zählt es zu den umweltfreundlichsten Energiequellen für den ländlichen Raum. Ein Beispiel für ein solches System ist der Sintex- Fermenter. Einige Anlagen nutzen Wurmkompostierung , um die in der Biogasanlage erzeugte Gülle weiter aufzubereiten und als Kompost zu verwenden. [ 118 ] In Pakistan führt das Rural Support Programmes Network das Pakistan Domestic Biogas Programme durch [ 119 ] , im Rahmen dessen 5.360 Biogasanlagen installiert wurden [ 120 ] und über 200 Maurer in der Technologie geschult wurden. Ziel des Programms ist die Entwicklung des Biogassektors in Pakistan. In Nepal gewährt die Regierung Subventionen für den Bau von Biogasanlagen im privaten Bereich.

China

China ist voraussichtlich ab 2023 sowohl der weltweit größte Produzent als auch der größte Verbraucher von Biogas aus Privathaushalten. [ 121 ] : 172 Die Chinesen experimentieren seit 1958 mit der Anwendung von Biogas. Um 1970 installierte China 6 Millionen Biogasanlagen, um die Landwirtschaft effizienter zu gestalten. In den letzten Jahren hat die Technologie rasante Fortschritte gemacht. Dies scheint die früheste Entwicklung in der Biogasgewinnung aus landwirtschaftlichen Abfällen zu sein. [ 122 ]

Der Ausbau von Biogasanlagen im ländlichen China hat einen steigenden Entwicklungstrend gezeigt. Das exponentielle Wachstum des Energiebedarfs infolge der rasanten wirtschaftlichen Entwicklung und der starken Smogbelastung in China hat dazu geführt, dass Biogas sich als umweltfreundlichere Energiequelle für ländliche Gebiete etabliert hat. Im Kreis Qing in der Provinz Hebei wird derzeit die Technologie zur Biogasgewinnung aus Stroh als Hauptrohstoff weiterentwickelt. [ 123 ] Bis 2007 gab es in China 26,5 Millionen Biogasanlagen mit einer Gesamtproduktion von 10,5 Milliarden Kubikmetern Biogas. Die jährliche Biogasproduktion stieg bis 2010 auf 248 Milliarden Kubikmeter. [ 124 ] Die chinesische Regierung hat ländliche Biogasprojekte gefördert und finanziert. [ 125 ] Im Jahr 2023 nutzten mehr als 30 Millionen ländliche Haushalte in China Biogasanlagen. [ 121 ] : 172 Im Winter ist die Biogasproduktion in den nördlichen Regionen Chinas geringer. Dies ist auf das Fehlen einer Wärmeregelungstechnologie für die Fermenter zurückzuführen, wodurch die Co-Vergärung verschiedener Substrate in der kalten Umgebung nicht vollständig ablaufen konnte. [ 126 ]

Sambia

Lusaka, die Hauptstadt Sambias, hat zwei Millionen Einwohner, von denen über die Hälfte in stadtnahen Gebieten lebt. Der Großteil dieser Bevölkerung nutzt Grubenlatrinen als Toiletten, wodurch jährlich etwa 22.680 Tonnen Fäkalschlamm anfallen. Dieser Schlamm wird unzureichend entsorgt: Über 60 % des entstehenden Fäkalschlamms verbleiben im Wohngebiet und gefährden so sowohl die Umwelt als auch die öffentliche Gesundheit. [ 127 ]

Obwohl die Forschung und Anwendung von Biogas bereits in den 1980er Jahren begann, hinkt Sambia bei der Einführung und Nutzung von Biogas im Vergleich zu anderen Ländern Subsahara-Afrikas hinterher. Tiermist und Erntereste werden für die Energiegewinnung zum Kochen und für Beleuchtung benötigt. Zu den Herausforderungen, die die Einführung und nachhaltige Umsetzung der Biogasproduktion in Sambia behindern, zählen unzureichende Finanzierung, fehlende politische Rahmenbedingungen und Strategien für Biogas, eine ungünstige Investorenpolitik, mangelndes Fachwissen, fehlendes Bewusstsein für die Vorteile der Biogastechnologie bei Entscheidungsträgern, Finanzinstitutionen und der lokalen Bevölkerung, Widerstand gegen Veränderungen aufgrund kultureller Traditionen, hohe Installations- und Wartungskosten für Biogasanlagen, unzureichende Forschung und Entwicklung, mangelhaftes Management und fehlende Überwachung der installierten Anlagen, die Komplexität des Kohlenstoffmarktes, fehlende Anreize und mangelnde soziale Gerechtigkeit. [ 128 ]

Verbände

Gesellschaft und Kultur

Im australischen Film „Mad Max – Jenseits der Donnerkuppel “ von 1985 wird die postapokalyptische Siedlung Barter Town durch ein zentrales Biogassystem versorgt, das auf einer Schweinezucht basiert. Neben der Stromerzeugung wird Methan auch für den Antrieb der Fahrzeuge in Barter genutzt. Die in den frühen 1940er-Jahren verfasste Kurzgeschichte „Cow Town“ beschreibt die Schwierigkeiten einer Stadt, die größtenteils auf Kuhmist errichtet wurde, und die Probleme, die durch das entstehende Methangas verursacht werden. Carter McCormick, ein Ingenieur aus einer Stadt außerhalb von Barter Town, wird entsandt, um eine Möglichkeit zu finden, dieses Gas zur Energieversorgung der Stadt zu nutzen, anstatt sie damit zu überlasten. Die moderne Biogasproduktion bietet neue Möglichkeiten für qualifizierte Arbeitsplätze und profitiert von der Entwicklung neuer Technologien. [ 132 ]

Siehe auch

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