Möglichkeiten zur Nutzung der Abwärme von landwirtschaftlichen Biogasanlagen

Dipl.-Ing. Thomas Lube

Diplomprüfung: 01/2006

Aufgrund der zu Neige gehenden fossilen Energieträger und dem durch den Treibhauseffekt entstehenden Klimawandel werden in den letzten Jahren verstärkt die erneuerbaren Energien gefördert. Hierzu zählt auch Biogas, das in der Landwirtschaft durch Gülle und nachwachsende Rohstoffe gewonnen werden kann. Bei der Verbrennung von Biogas in BHKWs wird elektrische Energie erzeugt, die nach dem EEG vergütet wird.
Zusätzlich zur elektrischen Energie entsteht bei der Verbrennung im BHKW thermische Energie, die teilweise für den Biogasprozess benötigt wird, jedoch zum größten Teil verfügbar ist. Um das Energiepotential der Abwärme aus einer Biogasanlage zu ermitteln, wurde zunächst eine Wär­meenergiebilanz für eine Beispielanlage erstellt. Bisher wird diese thermi­sche Energie meistens nur in Form von Nahwärme genutzt, sofern sich ein Wärmeverbraucher in der Nähe der Biogasanlage befindet und die Wärme­energie somit verkauft werden kann.

a sich in der Nähe einer Biogasanlage oftmals kein Wärmeverbraucher fin­det, kann die thermische Energie allerdings in den meisten Fällen nicht genutzt werden, deshalb sollen neue Möglichkeiten zur Abwärmenutzung von Biogasanlagen gefunden werden.

Zunächst wurden theoretisch denkbare Konzepte zur Abwärmenutzung aus­gewählt. Die thermische Energie soll durch Umwandlung in Form von mobi­ler-Heizwärme, Kaltwassererzeugung, Dampferzeugung oder Stromerzeu­gung eine Alternative zur bisherigen Abwärmenutzung bieten. Daraufhin wurden folgende Systeme dargestellt:

• Mobiler Latentwärmespeicher

• Absorptionskälteanlage

• Adsorptionskälteanlage

• Dampferzeugung

• Stirling-Motor

• Dampfschraubenmotor

• Organischer Rankine Kreisprozess (ORC)

Die Funktionsweise der verschiedenen Systeme wurde kurz erklärt und daraufhin auf die Möglichkeiten und Grenzen dieser Systeme hingewiesen.

Die Machbarkeit der theoretischen Möglichkeiten zur Abwärmenutzung wurde anhand der Beispielbiogasanlage mit verschiedenen Anwendungs­beispielen berechnet und überprüft. Hierbei stellte sich heraus, dass nicht alle der theoretischen Möglichkeiten mit dem vorhandenen Abwärmepoten­tial zu realisieren sind. Der Stirling-Motor kann mit dem vorhandenen Tem­peraturniveau der Abwärme nicht betrieben werden. Für den Dampfschrau­benmotor und den ORC-Prozess steht keine ausreichende Wärmemenge zur Verfügung. Deshalb ist dort nur ein Betrieb in einem Biogaspark, in dem mehrere Biogasanlagen parallel betrieben werden, denkbar. Die anderen Systeme sind an der Beispielanlage technisch anwendbar.
Einige der realisierbaren Anlagen wurden anhand der erdachten Anwen­dungsbeispiele auf die Wirtschaftlichkeit überprüft. Hierbei wurde der Effi­zienzbonus, der bei der Kraft-Wärme-Kopplung anzurechnen ist, und die Energieeinsparung der Notkühlanlage mit berücksichtigt. Die Wirtschaftlich­keitsberechnungen der Anwendungsbeispiele zeigen, dass die Investitionen einiger Anlagen sinnvoll sein können.
Durch die Diskussion der Ergebnisse zur Machbarkeit und der Wirtschaft­lichkeitsberechnungen stellt sich heraus, dass es einige gute und realisier­bare Möglichkeiten zur Abwärmenutzung gibt. Die meisten Systeme stehen allerdings an der Schwelle zur Wirtschaftlichkeit und werden deshalb in der Praxis noch nicht sehr oft angewendet. Die steigenden Energiepreise und die technische Weiterentwicklung im Bereich Abwärme tragen jedoch zu einer weiteren Verbreitung bei.
Die gemachten Erfahrungen und der Ausblick zeigen eine positive Gesamt­entwicklung auf. Es kommen zunehmend neue Systeme zur Abwärmenut­zung auf den Markt und die Forschungs- und Entwicklungsarbeit geht weiter voran. Die bereits entwickelten Systeme werden weiter ausgereift und kön­nen so besser eingesetzt werden. Außerdem wird nach neuen und alternati­ven Möglichkeiten zur Biogasnutzung gesucht. Insgesamt wird Energie in Zukunft effektiver genutzt.