Gartenbiogasanlage
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Gartenbiogasanlage
FH Flensburg: Projekt des 5. Semester Regenerative Energietechnik Gartenbiogasanlage Analyse der Nutzbarkeit von privaten Biogasanlagen nach technischen, ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten. Carolina Rickert, Anne Schlensak, Brian Hansen 03.01.2014 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung ............................................................................................................. 3 2 Voraussetzungen ................................................................................................... 3 3 Rechtliche Rahmenbedingungen ......................................................................... 4 4 Substratmanagement ............................................................................................ 5 5 Betrieb der Biogasanlage ..................................................................................... 7 5.1 Vergärungsprozess ........................................................................................... 7 5.2 Gärrückstand ..................................................................................................... 8 5.3 Gasaufbereitung und Verwertungsmöglichkeiten .............................................. 9 5.4 Blockheizkraftwerk .......................................................................................... 10 6 Störungsmanagement ......................................................................................... 10 6.1 Prozessstörungen ........................................................................................... 10 6.2 Prozessstabilisierung ...................................................................................... 11 7 Anlagenoptimierung ............................................................................................ 12 8 Kostenrechnung .................................................................................................. 13 9 Wirtschaftlichkeitsberechnung .......................................................................... 14 10 Fazit .................................................................................................................... 15 11 Quellenverzeichnis ............................................................................................ 15 2 1 Einführung In dieser Ausarbeitung geht es um die private Verwertung von häuslichen Grün- und Bioabfällen in einer dafür ausgelegten Gartenbiogasanlage. Hierbei soll im ersten Teil auf die getroffenen Grundannahmen eingegangen und die rechtlichen Rahmenbedingungen geklärt werden. Im zweiten Teil beschäftigen wir uns mit dem Substratmanagment und dem Betrieb der Biogasanlage. Dazu zählen auch das Störungsmanagment und die Anlagenoptimierung. Im letzten Teil wird die Wirtschaftlichkeit der Biogasanlage betrachtet und ein abschließendes Fazit gezogen. Derzeit werden der Grünschnitt und der Bioabfall, der täglich im Haushalt entsteht, in vielen ländlichen Räumen auf Komposthaufen gelagert und später als Dünger wieder ausgetragen. Ziel der Gartenbiogasanlage ist es die anfallenden Bio- und Grünabfälle möglichst effizient privat zu nutzen. Zusätzlich zu dem Gärrest, der als Dünger genutzt werden kann, wird in einer Biogasanlage auch Strom und Wärme produziert. Diese können dann im Haushalt genutzt und damit Kosten eingespart werden. Als Vorbild für diese Biogasanlage dienten die bereits bestehenden Biogasanlagen aus der Landwirtschaft. Diese wurden auf die vorhandenen Gegebenheiten übertragen und entsprechend angepasst. 2 Voraussetzungen Für die Betrachtung haben wir einzelne Parameter definiert. Hierzu gehören die Zielgruppe, die Substrate und deren Eigenschaften. Zur Dimensionierung haben wir die Daten von Nordfriesland herangezogen. Der Kreis hat 162.237 Einwohner (Stand: 31.12.2012), wobei wir vereinfachend mit 160.000 Einwohnern rechnen. Laut dem Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume lag das Grünabfallaufkommen 2009 bei etwa 9.630 t FM/a. Das entspricht in etwa 60,2 kg FM pro Einwohner und Jahr. Das Bioabfallaufkommen pro Einwohner liegt ca. bei 72,4 kg/a. Allerdings schwankt diese Angabe zwischen 35 kg/a*E und 110 kg/a*E. Für die Dimensionierung der Biogasanlage wird ein Haushalt von 4 Personen und eine Gartenfläche von 500m² 3 mit ausreichend Schnittgut angenommen. Auf die genaue Substratzusammensetzung wird in Abschnitt 4 eingegangen. 3 Rechtliche Rahmenbedingungen Für die Genehmigung zum Bau einer Biogasanlage von weniger als 1 MW Leistung für den privaten Haushalt müssen laut EEG rechtliche Rahmenbedingungen eingehalten werden. Bei einer Anlagenführung mit Bioabfällen muss der Bioabfallanteil mindestens 90% betragen. Gleichzeitig muss eine Nachrottung sichergestellt sein, das heißt feste Gärreste müssen vor dem Ausbringen kompostiert werden. Die Grenzwerte für TA-Luft liegen für Kohlenmonoxid bei 1.000 mg/m³, für Stickstoffoxid bei 500 mg/m³ und für Schwefeldioxid bei 350 mg/m³. Nach dem Baugesetzbuch ist zu unterscheiden, ob eine Anlage inmitten einer Siedlung oder am Randbereich der Gemeinde gebaut werden soll. Wenn Letzteres nicht der Fall ist, hat die Gemeinde ein Mitspracherecht über die baurechtlichen Genehmigungen. Ob dies auch bei einer sehr viel kleineren Anlage der Fall ist, müsste vermutlich neu geprüft werden. Zusätzlich gibt es auch eine Verordnung für das Wasserrecht. Dies beinhaltet, dass der Umgang mit Bestandteilen, welche das Grundwasser verunreinigen, separat nach §62 WHG geregelt werden muss. Um eine Einhaltung dieser Bedingungen zu gewährleisten, ist der Anlagenbetreiber verpflichtet, eine Nachweisführung mittels Einsatzstofftagebuch zu machen. Dieses wird jährlich durch einen Umweltgutachter geprüft. Anlagen unter 75 kW sind laut EEG von der Mindestwärmenutzung für den Verbraucher entbunden. Da die geplante Anlage unter Anderem zur Wärmenutzung gebaut werden soll, ist diese Verordnung irrelevant. 4 4 Substratmanagement Bevor eine Berechnung der eigentlichen Anlage durchgeführt werden kann, müssen im Vorfeld die einzelnen Bestandteile von Bio- und Grünabfall genauer untersucht werden. Tab. 4.1: Kennwerte von Substraten [Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft] Substrat TM [%] oTM [%] Nl/kg*oTM Nm³/t*FM CH4 [%] Altbrot 65,0 97,2 763,0 482,0 52,8 Käseabfall 79,3 94,0 904,0 673,8 67,5 Speisereste, 15,6 86,6 681,4 92,0 60,2 Gemüseabfälle 15,0 76,0 500,0 57,0 56,0 Zwiebeln 15,7 95,5 688,9 103,3 52,3 Altfrittierfett 95,0 92,0 1000,0 874,0 68,0 Rapsöl 99,9 99,9 1200,0 1197,6 68,0 Vollmilch 13,5 94,7 899,1 114,9 62,8 Quark 21,8 94,9 670,2 138,7 66,7 Milchzucker 100,0 99,7 758,4 756,0 50,0 Haferflocken 91,0 98,1 694,2 619,7 53,5 Kartoffel, roh 22,0 93,8 727,5 150,1 51,5 Erbsen 87,0 96,3 693,9 581,4 55,0 Wiesengras, 18,0 91,1 598,3 98,1 53,9 mittelfett grün Um eine optimale Biogasqualität zu erreichen, sollte möglichst die gleiche Substratzusammensetzung in den Fermenter geschickt werden. Die vielversprechendsten Produkte sind Öle, da diese einen Methangehalt von 68% aufweisen. Aber auch der Methangehalt anderer Abfälle liegt im geeigneten Bereich, da diese bei 50 % aufwärts liegen. Zur Optimierung der Fermenterbeschickung sind die Grünabfälle zu lagern und zu silieren, damit diese das ganze Jahr über der Anlage zugeführt werden können. 5 Ab dem Frischmasseeintrag bildet sich das Gas über den ganzen Gärprozess bis es kurz vor der Ausgabe über mehrere Aufbereitungsstufen aufgefangen wird. Das Biogas setzt sich zum größten Teil aus Methan (50 - 75%) zusammen. Es sind aber auch Kohlendioxid (25 - 50%), Wasser (2 - 7%), Schwefelwasserstoff (20 - 20.000 ppm) und Wasserstoff (<1%) enthalten. Sollte bei der Entschwefelung Sauerstoff hinzugegeben werden, so ist auch dieser Bestandteil (<2%). Diese sind wichtige Zwischenprodukte im Methanbildungsprozess und entstehen bei der Hydrolyse und Säurebildung. Dabei ist zu beachten, dass der Wasserstoff letztendlich für die Produktion des Methans verantwortlich ist. Sinkt die Konzentration von Kohlendioxid, kann das an einer vermehrten Säurebildung liegen. Wenn der PH-Wert sinkt und dieser Umstand nicht behoben wurde, kann es zu einem Zusammenbruch des Systems führen. Die genaue Entwicklung wird im Kapitel „Prozessstörungen“ näher beschrieben. Es sollte stets auf die Konzentration und das Verhältnis von Essigsäure zu Propionsäure geachtet werden. Weitere Spurenelemente sind Stickstoff (<2%), Ammonium und Ammoniak. Beim Abbau von organischen Substanzen, die Stickstoff enthalten, wird dieser zu Ammoniak umgewandelt. Ammoniak ist dissoziiert in Wasser und es bildet sich Ammonium. Stickstoff ist ein wichtiger Nährstoff und dient dem Zellaufbau. Wohingegen Ammonium und Ammoniak eher eine hemmende Wirkung auf die Methanbildung haben. Bakterien können sich an diese höhere Konzentration adaptieren, was zu einem stabilen Prozess führt. Bevor die Abfälle in die Anlage geschickt werden, müssen die Eingangsdaten dieser protokolliert werden. Dies beinhaltet das Erfassen des Gewichtes und die Art des Abfalles. Die Methanproduktion ist abhängig von der Aufenthaltszeit und dem Zerkleinerungsgrad der Bestandteile. Umso kleiner Bestandteile sind, desto schneller ist der Abbauprozess und desto höher ist der Abbaugrad. Da es sich bei diesen hauptsächlich um trockene Bestandteile handelt, ist es sinnvoll, diese vor der Einbringung mit Prozesswasser anzuimpfen. Dazu kann man die flüssige Phase des Gärrückstandes verwenden. Diese Flüssigkeit nennt man auch Rezirkulat. Bevor das Substrat in den Fermenter eingebracht wird, muss es mechanisch zerkleinert werden. Eine gute Möglichkeit wäre einen Schredder zu benutzen. Dieser würde außerhalb vom Fermenter liegen und eignet sich am Besten für Substrate mit hohem Trockengehalt. Außerdem ist es möglich, einen Vorrat an zerkleinerten Abfällen im Schredder zu lagern. 6 Da das Substrat kontinuierlich verfügbar ist, eignet sich das Durchflussverfahren. Mit der Verweildauer kann der laufende Vergärungsprozess reguliert werden, um maßgebliche Unterbrechungen zu vermeiden. Damit ist eine gleichmäßige Gasproduktion gewährleistet. 5 Betrieb der Biogasanlage 5.1 Vergärungsprozess Durch den hohen Trockensubstratgehalt findet eine Feststoffvergärung statt, weswegen sich ein Pfropfenstromreaktor anbietet. Dieser ist sehr kompakt und günstig in der Bauweise und eignet sich besonders für Kleinanlagen. Weitere Vorteile zeigen sich im laufenden Prozess. Es ist zu beobachten, dass keine Sink- und Schwimmschichten entstehen können, da das Substrat kontinuierlich weiterbefördert wird. Dies wird durch die gleichmäßige Verteilung und Durchmischung der Paddelund Haspelrührwerke erzielt. Bei Schwimmdecken würde sich faseriges Material sammeln und an der Oberfläche verfilzen. Diese feste Struktur würde den Rührprozess behindern. Die Schaumbildung ist eine Folge von reduzierter Oberflächenspannung. Sie tritt bei optimalen Bedingungen nicht auf, jedoch ist die Ursache dafür nicht genau bekannt. Allerdings wird es zum Problem, wenn die Gasleitungen verstopft werden. Aufgrund der kompakten Bauweise ist der Reaktor effektiv beheizbar und es entstehen nur geringe Wärmeverluste. Die Heizkörper können entweder intern mit dem Rührer verbunden werden oder extern an der Wand angebracht sein. Die Temperatur in dem Fermenter sollte stets im mesophilen Bereich, also zwischen 37°C und 42°C, liegen, um eine hohe Gasausbeute zu gewährleisten. Außerdem ist darauf zu achten, dass der PH-Wert zwischen 6,5 und 8 liegt und der Prozess unter Ausschluss von Sauerstoff stattfindet. Eine Gasbildung ist auch noch unter bzw. über diesen Werten möglich. Diese Bedingungen stellen sich in der Regelt selbst ein, da die Bakteriengruppen ein selbstregulierendes System sind. Das Biogas sammelt sich ebenfalls im Fermenter und der Gasspeichermembran, welche sich in Folge des ansteigenden Druckes ausdehnt. Dieser Speicher muss gasdicht und druckfest sein und das Volumen von ein bis zwei Tagesförderungen speichern können. Aus der Summe der Gaserträge, der am Input beteiligten Substrate, kann die Gasausbeute abschätzt werden. Aus Sicherheitsgründen sollte 7 eine Über- und Unterdruckschutzvorrichtung vorhanden sein, wie zum Beispiel einer Notfackel. Vorteile für die Auswahl dieses Fermenters sind zum Einen, dass Feststoffe aller Art verwendet werden können. Zum Anderen ist es eine sehr wartungsarme Anlage, bei der die Wartung schnell und einfach vorgenommen werden kann. Das liegt daran, dass das Getriebe außerhalb des Fermenters liegt. Quelle: EISENMANN Anlagenbau GmbH & Co. KG 5.2 Gärrückstand Nach der Mindestverweilzeit der Rohstoffe im Fermenter muss der Gärrückstand gelagert und aufbereitet werden. Dazu wird die flüssige von der festen Phase mithilfe eines Auspressverfahrens getrennt. Die flüssige Phase kann anschließend als Rezirkulat genutzt und mit den frischen Substraten durchmischt werden. Dies führt zu einer Anmaischung der Frischsubstrate. Auch die Verwendung als Dünger ist möglich. Die Feststoffe können nach kurzer, offener Lagerung, welche die Stickstoffemissionen verringert, als Dünger genutzt werden. Durch den anaeroben Abbauprozess sind die Stoffe besser löslich, enthalten aber trotz Vergärung noch alle Nährstoffe. Diese sind durch die Aufspaltung der Kohlenstofffraktion besser 8 pflanzenverfügbar. Wenn man den Feststoff länger lagern möchte, sollte man ihn abdecken, da dieser nachgärt und Geruchsstoffe entstehen können. Außerdem können bei der Nachgärung Ammoniak und Lachgas entstehen. Bei der festen Phase ist darauf zu achten, dass Sickersaft entsteht und dieser aufgefangen werden muss. Neben diesen Produkten entstehen allerdings auch Schadstoffe, deren Konzentrationen durch die verwendeten Substrate bestimmt werden. Die Schwermetallgrenzwerte für Blei, Cadmium, Chrom, Nickel und Quecksilber werden bei dem Prozess allerdings nur bis zu 17% erreicht. Bei Kupfer liegt die Ausschöpfung bei 70% und bei Zink bei etwa 80%. 5.3 Gasaufbereitung und Verwertungsmöglichkeiten Das aus dem Prozess entstandene Biogas findet einen überwiegenden Nutzen bei Verbrennungsmotoren, die der Verstromung dienen. Allerdings ist die direkte Nutzung des gewonnenen Rohgases wegen verschiedener im Gas enthaltener biogasspezifischer Inhaltsstoffe, wie Schwefelwasserstoff, nicht möglich. Das macht mehrere Reinigungsstufen erforderlich. Die Entschwefelung kann auf biologischem, chemischem oder physikalischem Weg erfolgen. Für die Gartenbiogasanlage mit geringen Gasströmen eignet sich zunächst die chemische Grobentschwefelung durch Sulfidfällung. Dabei wird der Schwefel mit Eisenverbindungen gebunden und dadurch die Schwefelwasserstofffreisetzung unterdrückt. Anschließend können weitere Verfahren zur feineren Entfernung erfolgen. Dieses geschieht zum Beispiel durch in Serie geschaltete Aktivkohlefilter. Ein weitere Möglichkeit zur Aufbereitung ist die Adsorptionstrocknung. Sie arbeitet auf Basis von Zeolithen, Kieselgelen und Aluminiumoxiden. Durch Erhöhung des Drucks im Fermenter auf sechs bar bis zehn bar wird die Temperatur herabgesenkt. Dabei wird dem Rohgas Wasserdampf entzogen. Zum Abschluss müssen Kohlendioxid und Methan voneinander getrennt werden. Dazu bietet sich die Druckwasserwäsche an, die bei 50% aller Biogasanlagen zum Einsatz kommt. Im Gegenstromverfahren werden dabei Wasser und das Rohbiogas unter Druck in einem Absorber gereinigt. Dabei lösen sich unerwünschten Gase, sowie ein geringer Teil des enthalten Methans in der Waschlösung. 9 5.4 Blockheizkraftwerk Das BHKW ist eine modular aufgebaute Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie, die vorzugsweise am Ort der Gasgewinnung betrieben wird. Sie nutzt dazu das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Als Antrieb für den Stromerzeuger können Verbrennungsmotoren, wie Gas-Otto-Motoren, verwendet werden. In der Landwirtschaft wäre der nächste Schritt, das aufbereitete Gas in das Erdgasnetz einzuspeisen. Bei der Gartenbiogasanlage soll das gewonnene Gas nur für private Zwecke dienen und die gewonnene Abwärme auf direktem Weg als thermische Energie genutzt werden. Der Wirkungsgrad vom BHKW ist ein Maß für die Effektivität der Energie, die zugeführt wird. Wirkungsgrad und Leistung sind abhängig von den Aggregatzuständen, den Motorenkomponenten, wie Motorenöl und Ölfilter. Da die Abwärme vollständig und ortsnah genutzt wird, kann ein Gesamtwirkungsgrad von 80% bis 90% erreicht werden. Dieser setzt sich aus dem elektrischen und dem thermischen Wirkungsgrad zusammen. Um Biogas effektiv nutzen zu können, stellen Gasmotoren Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften des Gases, wie Druck- und Volumenstrom. Falls die Parameter die Vorgaben nicht erfüllen, werden die Motoren mit Teillast betrieben oder abgeschaltet. Erforderlich für die Gasmotoren ist ein Mindestanteil an Methan im Biogas von ca.45%. 6 Störungsmanagement 6.1 Prozessstörungen Es gibt viele verschiedene Einflussfaktoren, die den Vorgang der Biogasproduktion hemmen können und damit die Wirtschaftlichkeit der Anlage negativ beeinflussen. Um eine gute Produktion gewährleisten zu können, muss man diese Faktoren identifizieren und analysieren. Es müssen anschließend Vorkehrungen zur Behebung vorgenommen werden. Es kann vorkommen, dass die Substrate beim anaeroben Vorgang unzureichend abgebaut werden. Häufig liegt der Grund bei den Bakterien, deren Milieubedingungen nicht optimal sind. Erkannt werden kann dies durch den kontinuierlichen Anstieg der Fettsäurekonzentration. Wird auf diese Störung nicht reagiert, entsteht eine Kettenreaktion. Diese führt zunächst zu einer Bildung von Essig- und Propionsäure, Verminderung des Methangehaltes, Versäuerung des 10 Prozesses und schließlich zum vollständigen Zusammenbruch der Gasproduktion. Weitere Ursachen für eine Prozessstörung können Mangelerscheinungen einiger Spurenelemente, Temperaturschwankungen, der Zusatz von hemmenden Substanzen (Ammoniak, Desinfektionsmittel und Schwefelwasserstoff), die Überlastung des Gesamtprozesses oder Fehler bei der Beschickung sein. Es ist zu beachten, dass die Substratzugabe kontinuierlich durchgeführt wird und möglichst aus den gleichen Inhaltsstoffen besteht. Allerdings darf sie nicht zu hoch dosiert sein, da es sonst zu einer „Überfütterung“ kommen kann. Diese Einflussfaktoren sorgen dafür, dass eine exakte Messung meist problematisch und damit eine geschlossene Massenbilanzierung nicht vertretbar ist. Um Leckagen im Fermenter und damit das Entweichen des Gases erkennen zu können, werden dem geruchslosen Gas über die Substrate zusätzlich Geruchsstoffe beigemischt. 6.2 Prozessstabilisierung Sobald eine Störung des Prozesses auftritt, ist es meist schon hilfreich, die Inputmenge zu reduzieren. Dadurch wird die Raumbelastung erst einmal herabgesetzt, der Prozess wird effektiv entspannt und der Methangehalt des Biogases steigt wieder. Somit bleibt die Gasproduktion nach der Reduktion konstant. Falls es zu einem Mangel an Spurenelementen kommt, können sogenannte Additive beigemischt werden. Diese Schwermetalle sollten jedoch nur in geringen Mengen hinzugefügt werden, da sie hemmend auf den Prozess wirken können. Wenn es zu einer nicht gewollten Selbsterwärmung kommt, muss der Prozess gekühlt werden. Da eine Kühlung jedoch schwer realisierbar ist, kann die Prozesstemperatur vom mesophilen zum thermophilen Bereich umgestellt werden. Während der Umstellung ist zu beachten, dass der Prozess instabil ist und keine übermäßige Substratzugabe vorgenommen werden sollte. Bei einer Hemmung des Prozesses durch Ammoniak oder Schwefelwasserstoff muss die Temperatur herabsetzt und die Inputzusammensetzung verändert werden. Auch eine Wasserzugabe zur Verdünnung oder die Zugabe von Eisensalzen zur Sulfidfällung können hilfreich sein. 11 7 Anlagenoptimierung Eine Optimierung sollte in den Bereichen der Technik und Ökonomie stattfinden. Ebenfalls sollten die Auswirkungen auf die Umwelt betrachtet und im besten Fall deutlich verbessert werden. All diese Parameter beeinflussen sich gegenseitig. Dies hat zur Folge, dass die Lösungsansätze sehr unterschiedlich sein können. Kosten, Gasertrag und die Minimierung der Umweltauswirkungen sind Kriterien dafür. Ziel ist es, die Ausfallzeiten der Anlage zu reduzieren und eine reibungslose Prozessführung zu erreichen. Außerdem sollte man versuchen, die Schadstofffreisetzungen in Luft, Wasser und Boden zu reduzieren. Förderlich hierfür sind der Einsatz von verschleißarmen Werkstoffen und Technologien, sowie die redundante Ausführung für kritische Komponenten. Um Störungen möglichst schnell zu detektieren, sollte geeignete Messtechnik installiert werden. Dieses kann zum Beispiel durch SPS-programmiete oder PDI-Regelstrecken erfolgen. Man muss allerdings gleichzeitig den Kosten-Nutzen-Faktor beachten. Eine Analyse der ökonomischen Komponenten sollte in dem Bereich Betriebskosten vorgenommen werden. Dazu gehören Wartungs-, Reparatur-, Energie- und Instandhaltungskosten, wobei die Energiekosten aus den Heiz- und Stromkosten zusammengesetzt werden. Im Vorfeld sollte kalkuliert werden, wie viel man für die Anlage investieren muss und wie hoch die Zinsen sind. Von Vorteil ist, dass für die Anlage keine Substratkosten berechnet werden müssen, da es sich ausschließlich um den eigenen Abfall handelt und dafür gleichermaßen die Kosten für die Müllentsorgung eingespart werden. Des Weiteren werden Strom- und Gaskosten eingespart, da die Abwärme bzw. das Biogas zum Privatverbrauch genutzt werden können. 12 8 Kostenrechnung Die Wirtschaftlichkeit der Mikrobiogasanlage kann anhand einer Kostenrechnung dargestellt werden. Für diese Rechnung wurden die landwirtschaftlichen Anlagen als Vergleich herangezogen. Der Pfropfenstromfermenter, wie in der entwickelten Anlage eingebaut, wird auch von der Firma Novatech aus Wolpertshausen angeboten. Für die Kostenrechnung wurden diese technischen Daten als Vorlage herangezogen und auf die Kleinanlage runterdimensioniert. 370 kW Gasmotor 1,5 kW Gasmotor 937 m³ 3,54 m³ Nachgärlager 11527 m³ 46,74 m³ Substrat Rindergülle, Putenmist, NaWaRo, Biomüll Fermenter (Nettoreaktorvolumen) NaWaRo, Mais, GPS Rührwerk 2 x Haspelrührwerk 1 x Haspelrührwerk Verweilzeit 39 Tage (ohne Rezirkulat) 39 Tage (mit Rezirkulat) Abbauleistung 4,5 kg*oTs/(m³*d) 4,5 kg*oTs/(m³*d) Stromverbrauch 13% Gärrest 15% Feststoffeintrag 29% Rührwerke 10% Gärrest 37% BHKW 30% Rührwerk 6% Feststoffeintrag 45% BHKW 15% Notkühler Kostenbereiche 62% Investition 62% Investition (Verteilung über 20 Jahre) 19% variable Kosten 19% variable Kosten 7% Wartung Rührwerk 7% Wartung Rührwerk 4% Feste Kosten 4% Feste Kosten 4% Wartung Fermenter 4% Wartung Fermenter 4% Wartung 4% Wartung Rührwerksmotor Rührwerksmotor Gesamtkosten 455.999€ 8.000€ Jahreskosten 34.601€ 150€ 13 9 Wirtschaftlichkeitsberechnung Anlage Ertrag des Systems: Wärme [kWh] Ertrag des Systems: Strom [kWh] Bezugsfläche: [m²] Wirtschaftlichkeitsparameter Lebensdauer: Jahre Kapitalzins: % Kosten (Barwerte) Investitionen: [€] Förderung: [€] Einsparung: [€/a] Betriebskosten: [€/a] Kapitalwert: [€] Amortisationszeit: [a] Wärmepreis: [€/kWh] Strompreis: [€/kWh] 496,01 366,62 33,52 20 0 8000 0 149,88 150 0 ∞ 0,11 0,26 In der obigen Tabelle sieht man die Wirtschaftlichkeitsberechnung der Anlage. Aus den Daten von Nordfriesland (vgl. Kapitel 2) ist ersichtlich, dass Rasenschnitt im Frischmassenverhältnis zu Bioabfall 0,454 steht. Die Gasausbeute für Bioabfall wurde aus Tabelle 4.1 zu gleichen Teilen ermittelt. Daraus ergibt sich eine Gesamtmethanausbeute von 86, 95 Nm³ bzw. 1078,29 kWh (Nennwert: 12,4kWh/Nm³). Der Strom- und Wärmeertrag des Systems setzen sich aus der Multiplikation mit den jeweiligen Wirkungsgraden zusammen. Unter Berücksichtigung der aktuellen Energiekosten für Strom und Wärme ergibt sich eine Gesamtersparnis von 149,88 € pro Jahr. Die Investitionskosten von 8000 € setzen sich aus den Anschaffungskosten der einzelnen Komponenten, wie BHKW und Fermenter, zusammen. Installationskosten werden hierbei nicht berücksichtigt. Es werden Betriebskosten von 150 € jährlich veranschlagt. Die Anlage arbeitet nach den 20 Jahren noch immer nicht wirtschaftlich. 14 10 Fazit Anhand der dargestellten Berechnungen und Ergebnisse lässt sich abschließend sagen, dass eine allgemeine Nutzung von Gartenbiogasanlagen in privaten Haushalten nicht sinnvoll ist. Da wir grundsätzlich noch mit dem optimalen Betriebspunkt gerechnet haben, muss davon ausgegangen werden, dass die Einsparung noch geringer ausfallen wird, sodass die Betriebskosten vermutlich nicht annähernd gedeckt werden. Es ist nicht nur so, dass sich die Investitionskosten nicht amortisieren, sondern durch die Betriebskosten noch weitere jährliche Verluste auftreten. 11 Quellenverzeichnis 1. Schubert, Andrea. Das Biomassepotential zur Energieerzeugung der Stadt Dresden. 2007. 2. consentis - Prinzip Biogas. [Online] 3. Nachrichten Energie/ Erneuerbare Energie. proplanta. Das Informationszentrum für die Landwirtschaft. [Online] 18. November 2012. 4. Schütt, Dipl.-Ing. Broder. Grünabfall- und Schnittholzholzverwertung in SchleswigHolstein unter Klimaschutzaspekten. schleswig-holstein-website. [Online] März 2011. 5. Ökonomik regenerative Energie: Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Agrarökonomie. Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Agrarökonomie. [Online] 6. Leitfaden Biogas: Fachagentur nachwachsender Rohstoffe. Fachagentur nachwachsender Rohstoffe-Website. [Online] 2013. 7. Grünabfälle: Landwirtschaft und Umwelt Schleswig-Holstein. Landwirtschaft und Umwelt Schleswig-Holstein-Website. [Online] Mai 2011. [Zitat vom: 28. Dezember 2013.] 8. Eisenmann Anlagenbau GmbH & Co. KG. Pfropfenstromreaktor. 9. NOVATECH GmbH . Praxisvergleich Propfenstromfermenter - Rührkesselfermenter. [Online] 2008. 10. AWR: Abfallwirtschaft Rendsburg - Eckernförde. Wir geben Biogas. 2013. 11. Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen. biogas.fuerstenberg-forum. [Online] 2007. 15