apa.at
Mehr zum Thema / Jochen Stadler / Donnerstag 02.06.22

Die Bio-Alter­na­ti­ven zu Erdgas

Erd­gas (Methan) steckt nicht nur in uralten Lager­stät­ten tief unter der Erd­ober­flä­che – und zwar oft in Län­dern mit zwei­fel­haf­ten Regie­rungs­me­tho­den –, son­dern lässt sich auch aus Bio­müll, Klär­was­ser und nicht ess­ba­ren Pflan­zen­res­ten je nach Bedarf her­stel­len. Das hat vie­le Vor­tei­le, erklä­ren Exper­ten: Bio­gas ist im Prin­zip kli­ma­neu­tral, weil bei der Ver­wer­tung nur jene Koh­len­stoff­men­gen frei­ge­setzt wer­den, die weni­ge Zeit zuvor von den Pflan­zen aus der Atmo­sphä­re gebun­den wurden. 
Foto: EVM Öster­reichs größ­te Bio­gas­an­la­ge aus nach­wach­sen­den Roh­stof­fen (NaWa­Ro) in Mar­ga­re­then am Moos 

Frei­lich kommt noch ein CO2-Fuß­ab­druck durch Her­stel­lung, Trans­port und Ähn­li­ches dazu, doch dies ist bei allen erneu­er­ba­ren Ener­gie­trä­gern und ‑quel­len der Fall. Es kann lokal in Öster­reich, im Bun­des­land und in der Gemein­de pro­du­ziert und gleich dort genutzt wer­den. Bio­gas kann sogleich mit Block­heiz­kraft­wer­ken (BHKWs) zur Strom- und Nah­wär­me-Erzeu­gung ver­wen­det oder in „edle­res“ Bio­me­than auf­ge­r­ei­nigt wer­den. Die­ses ist zur Ein­spei­sung in das loka­le Gas­netz geeig­net, weil es che­misch prak­tisch iden­tisch mit Erd­gas ist, das Euro­pa etwa aus Russ­land und Zen­tral­asi­en bezieht. Damit las­sen sich auch PWK und LKW betrei­ben, Bio­me­than ist dem­nach eine kli­ma­neu­tra­le Alter­na­ti­ve zur Was­ser­stoff- und Bat­te­rie-elek­trisch ange­trie­be­nen Mobilität.

Es lässt sich aber bei wei­tem nicht so viel Bio­me­than her­stel­len, wie nor­ma­ler­wei­se Erd­gas durch die Pipe­lines nach Euro­pa strömt. Außer­dem ist sei­ne Her­stel­lung teu­rer, als es ein­fach aus dem Unter­grund strö­men zu las­sen, zumin­dest in Frie­dens­zei­ten: Der Krieg Russ­lands in der Ukrai­ne hat die Prei­se für Erd­gas aller­dings auf ein ähn­li­ches Niveau wie jenes von Bio­me­than stei­gen lassen.

Erzeu­gungs­mög­lich­kei­ten

Bio­gas wird von Mikro­ben erzeugt, indem sie orga­ni­sche Sub­stan­zen abbau­en. Durch den Abbau von Bio­ab­fall, Spei­se­res­ten, Gül­le, Mist, Gras, Holz, Mais oder Zucker­rü­ben gewin­nen sie Ener­gie, und zwar mit „anae­ro­ben Stoff­wech­sel­we­gen“, die unter Aus­schluss von Sauer­stoff ablau­fen. Bio­gas ist von­sei­ten der Mikro­ben qua­si ein Abfall­pro­dukt, das sie aus­schei­den. Es besteht je nach den ver­wen­de­ten Aus­gangs­ma­te­ria­li­en vor allem aus unter­schied­li­chen Antei­len von Methan und Koh­len­di­oxid (CO2), erklärt Andre­as Wag­ner vom Insti­tut für Mikro­bio­lo­gie der Uni­ver­si­tät Inns­bruck. Bei Glu­ko­se (Trau­ben­zu­cker) und Ace­tat ent­ste­hen zum Bei­spiel 50 Pro­zent Methan und 50 Pro­zent CO2, bei Gly­ce­rin sind es zir­ka 58 Pro­zent Methan und 42 Pro­zent CO2. Methan ist wert­voll, weil es ener­ge­tisch gut nutz­bar ist, CO2 wird in der Regel durch Mem­bran­sys­te­me tech­nisch abge­trennt. Der­zeit wird CO2 meist ein­fach „in die Luft gebla­sen“. Einer­seits ist das harm­los, weil es kei­ne grö­ße­ren Men­gen sind, als zuvor von den Pflan­zen auf­ge­nom­men und gespei­chert wur­den. Um den Kli­ma­wan­del zu brem­sen, ist es frei­lich trotz­dem sinn­voll, so wenig CO2 wie mög­lich in die Atmo­sphä­re zu beför­dern und das ent­ste­hen­de CO2 zu nut­zen. Durch bio­lo­gi­sche Sys­te­me ist es mög­lich, mit­hil­fe von Was­ser­stoff-Bei­ga­be anfal­len­des CO2 durch soge­nann­tes Upgrading teil­wei­se auch noch in Methan umzu­wan­deln, so Wagner.

Eine ande­re Ver­wen­dung haben die Betrei­ber der Bio­gas­an­la­ge Ener­gie­ver­sor­gung Mar­ga­re­then am Moos (EVM) gefun­den. Sie lei­tet das Gas in die Glas­häu­ser der nahe gele­ge­nen Fir­ma Red Tomatoes, wo die Pflan­zen es auf­neh­men, durch Pho­to­syn­the­se fixie­ren und in Bio­mas­se umwan­deln, berich­tet Geschäfts­füh­rer Ste­fan Malaschofsky.

CO2-Toma­ten

Bio­gas ist ein Abfall­pro­dukt, das Mikro­ben beim Abbau orga­ni­scher Sub­stan­zen ausscheiden.

Durch den Abbau von Bio­ab­fall, Spei­se­res­ten, Gül­le, Mist, Gras, Holz, Mais oder Zucker­rü­ben gewin­nen sie Energie.

Das aus­ge­schie­de­ne Gas besteht besteht je nach Aus­gangs­ma­te­ria­li­en vor allem aus Methan und CO2.

Bei der EVN wird das CO2 abgetrennt …

… und in die Glas­häu­ser der Fir­ma Red Tomatoes gelei­tet, wo die Pflan­zen es auf­neh­men, durch Pho­to­syn­the­se fixie­ren und in Bio­mas­se umwandeln.

Bio­gas in „fos­si­ler Qualität“

Durch die Aus­gangs­stof­fe und die Her­stel­lungs­pro­zes­se bedingt, ist also der maxi­ma­le Anteil von Methan im Bio­gas vor einem mög­li­chen Upgrading 60 bis 65 Pro­zent, der Rest ist größ­ten­teils CO2, das tech­nisch abge­trennt wird, genau­so wie die gif­ti­gen Sub­stan­zen Schwe­fel­was­ser­stoff und Ammo­ni­ak, die eben­falls wäh­rend des Abbau­pro­zes­ses ent­ste­hen kön­nen. Außer­dem muss Bio­gas „getrock­net“, der dar­in ent­hal­te­ne Was­ser­dampf also ent­zo­gen wer­den. Ist das größ­ten­teils pas­siert und hat das rest­li­che Bio­me­than eine Rein­heit von 98 bis 99 Pro­zent erreicht, dann ist es qua­li­ta­tiv min­des­tens gleich­wer­tig mit fos­si­lem Erd­gas, so die Exper­ten. Dann darf man es „Rene­wa­ble Natu­ral Gas (RNG)“ nen­nen und es unter ande­rem ins gewöhn­li­che Erd­gas­netz ein­spei­sen. „Der Erd­gas­netz­be­trei­ber macht eine Qua­li­täts­kon­trol­le. Wenn da etwas nicht pas­sen wür­de, wür­de er den Hahn zudre­hen und nichts mehr hin­ein las­sen“, erklärt Malaschofsky. Che­misch und phy­si­ka­lisch gese­hen sei RNG weit­ge­hend iden­tisch mit Erd­gas. „Es ist ein biss­chen sau­be­rer, weil kei­ne fos­si­len Bestand­tei­le ent­hal­ten sind“, so Malaschofsky. „Für die Indus­trie ist RNG voll taug­lich, eben­so zum Hei­zen, und natür­lich auch für die Mobi­li­tät mit Erd­gas­fahr­zeu­gen“, sagt Wag­ner: „Die tech­ni­sche Auf­rei­ni­gung ist ein Pro­zess, der ganz gut funktioniert.“

Die Ver­wen­dung von gemei­nem Biogas

Es ist aber nicht immer nötig, RNG her­zu­stel­len, man kann Roh­bio­gas auch ver­stromen, also die dar­in ent­hal­te­ne Ener­gie durch Ver­bren­nung in elek­tri­schen Strom umwan­deln. Aller­dings soll­te das Bio­gas zuvor ent­schwe­felt wer­den. „Schwe­fel­was­ser­stoff ist schlecht für Elek­tro­mo­to­ren, man soll­te die­sen unbe­dingt vor­her ent­fer­nen“, erklärt Wagner.

Beson­ders effek­tiv genutzt wird es in Block­heiz­kraft­wer­ken (BHKWs). Hier kann man den Strom in den eige­nen Anla­gen nut­zen oder in das Netz ein­spei­sen, und zusätz­lich die beim Ver­stromen ent­ste­hen­de Abwär­me als Nah­wär­me zur Hei­zung von Gebäu­den oder Was­ser ver­wen­den. „Die Wär­me fällt als Neben­pro­dukt bei der Strom­erzeu­gung in einem BHKW an, bei der ein Ver­bren­nungs­mo­tor einen Gene­ra­tor antreibt, der Bewe­gungs­en­er­gie in elek­tri­sche Ener­gie umwan­delt“, so Malaschofsky.  BHKWs wie an der Bio­gas­an­la­ge der EVM arbei­ten mit hohen Wir­kungs­gra­den von 90 bis 95 Pro­zent, sprich, von der im Aus­gangs­ma­te­ri­al gespei­cher­ten Ener­gie wer­den mehr als 90 Pro­zent in „brauch­ba­re Ener­gie“, also elek­tri­schen Strom und Nah­wär­me umge­wan­delt. Theo­re­tisch arbei­tet es Treib­haus­gas-neu­tral, weil nicht mehr CO2 frei­ge­setzt wird, als zuvor in den Pflan­zen in diver­sen Koh­len­stoff­ver­bin­dun­gen gespei­chert war. In der Pra­xis kom­men frei­lich diver­se Emis­sio­nen dazu, etwa durch Trans­port, die Errich­tung der Infra­struk­tur, sel­te­ne Repa­ra­tu­ren und den Betrieb.

„Es wäre ver­rückt, Bio­gas­an­la­gen zum Bei­spiel mit süd­ame­ri­ka­ni­schen Roh­stof­fen zu betrei­ben, da wäre ich abso­lut nicht dafür.“ Ste­fan Malaschofsky, EVM
Aus­gangs­ma­te­ria­li­en

 

Mög­li­che Aus­gangs­ma­te­ria­li­en für die Bio­gas­pro­duk­ti­on sind prak­tisch alle bio­lo­gi­schen Stof­fe, wie Bio­müll, Spei­se­res­te, Gül­le, Klär­schlamm, und nach­wach­sen­de Roh­stof­fe (NaWa­Ro), also Pflan­zen­res­te aus der Abfall­wirt­schaft, sowie land­wirt­schaft­li­che Pro­duk­te wie Zucker­rü­ben, Mais oder Korn selbst. „Es macht defi­ni­tiv aber nur Sinn, Stof­fe aus Abfall­strö­men zu ver­wen­den“, sagt Malaschofsky. Tabu soll­ten sämt­li­che von Tie­ren oder Men­schen ver­zehr­ba­ren Pflan­zen­tei­le sein, also alles, was als Fut­ter oder Nah­rungs­mit­tel ver­speist wer­den kann. Alles ande­re wäre ein Wider­spruch zum nach­hal­ti­gen Betrieb. Außer­dem soll­ten die Roh­stof­fe aus der unmit­tel­ba­ren Umge­bung stam­men, meint er: „Es wäre ver­rückt, Bio­gas­an­la­gen zum Bei­spiel mit süd­ame­ri­ka­ni­schen Roh­stof­fen zu betrei­ben, da wäre ich abso­lut nicht dafür.“

Licht in der „Black Box“

 

Ein wich­ti­ges The­ma in der For­schung ist, den Her­stel­lungs­pro­zess so effek­tiv und pro­zess­si­cher wie mög­lich zu gestal­ten.  Ziel sei es, die Abbau­ki­ne­ti­ken (Abbau-Mecha­nis­men und ‑Abfol­gen) so gut zu ver­ste­hen, dass man sie beein­flus­sen und die Ent­ste­hung von Hemm­stof­fen ver­mei­den sowie die Methan-Aus­beu­te ver­grö­ßern kann, berich­tet Wag­ner: „Wir beschäf­ti­gen uns zum Bei­spiel mit Stör­stof­fen wie Ammo­ni­um, aus dem schließ­lich der schäd­li­che Ammo­ni­ak ent­steht.“ Ein wei­te­res „Pro­blem­kind“ kön­nen ring­för­mi­ge (aro­ma­ti­sche) Koh­len­stoff­ver­bin­dun­gen sein. „Man hat auch lan­ge geglaubt, dass Koh­len­stoff in Aro­ma­ten unter Sauer­stoff-frei­en Bedin­gun­gen nicht auf­ge­schlos­sen wer­den kann, aber es wur­de mitt­ler­wei­le sehr sau­ber gezeigt, dass dies durch­aus mög­lich ist“, sagt er.

Sol­che Ver­bin­dun­gen stam­men sehr oft vom Holz­be­stand­teil Lignin. „Wenn man Bio­ab­fäl­le ver­gärt, wer­den oft zusätz­lich Strauch- und Baum­schnitt­res­te zuge­ge­ben, weil dies den Pro­zess posi­tiv beein­flusst, indem sie etwa für die Reak­tio­nen för­der­li­che Ober­flä­chen­struk­tu­ren bereit­stel­len“, so der For­scher. Die Lign­in­kom­po­nen­ten haben einer­seits viel Koh­len­stoff gespei­chert. Ande­rer­seits sind sie mit ihren aro­ma­ti­schen Struk­tu­ren schwer ver­dau­lich für die Mikro­or­ga­nis­men. „Wir sehen uns also genau­er an, wie viel Lignin man zuset­zen kann, und wel­che Bedin­gun­gen für den Abbau opti­mal sind“, erklärt er: „Unter ande­rem inter­es­siert uns, wel­che Orga­nis­men es sind, die den aro­ma­ti­schen Ring unter anae­ro­ben Bedin­gun­gen (Anm.: ohne Sauer­stoff) auf­schlie­ßen kön­nen.“ Die­se könn­te man schließ­lich in Zukunft so ein­set­zen, dass der im Holz gespei­cher­te Koh­len­stoff effi­zi­en­ter genutzt wird.

Res­te­ver­wer­tung

Wie inten­siv man einen Roh­stoff ver­wer­tet sei aber ein zwei­schnei­di­ges Schwert, meint Wag­ner: „Die Rest­stof­fe der Bio­gas­pro­duk­ti­on sind in der Regel sehr gut als Dün­ger geeig­net, weil sie bei nied­ri­gem Koh­len­stoff­ge­halt gute Stick­stoff- und Phos­phor­wer­te haben. Das ist auch ein rie­si­ger Vor­teil von Bio­gas-Anla­gen“, sagt er: „Es muss also immer in einer Balan­ce ste­hen, wie gut man das Sub­strat ver­wer­tet, damit es dann trotz­dem noch wirt­schaft­lich gut nutz­bar ist.“

„Wir alle wis­sen, dass die sinn­volls­te Kli­ma­schutz­maß­nah­me wäre, Ener­gie einzusparen.“ Ste­fan Malaschofsky, EVM

Men­gen­haf­tes Potenzial

In Zei­ten der Lie­fe­r­un­si­cher­hei­ten von Erd­gas, und frei­lich wegen des­sen Kli­ma­schäd­lich­keit wäre es sinn­voll, so viel wie mög­lich davon durch Bio­me­than zu erset­zen. „Den heu­ti­gen Ver­brauch in Öster­reich, sprich 100 Tera­watt­stun­den im Jahr, könn­te man mei­ner Mei­nung nach nicht kom­plett mit Bio­gas erset­zen“, erklärt Malaschofsky: „Wir alle wis­sen aber ohne­hin, dass die sinn­volls­te Kli­ma­schutz­maß­nah­me wäre, Ener­gie ein­zu­spa­ren.“ Redu­zier­te man wie geplant (oder immer­hin gewünscht) den Gas­ver­brauch hier­zu­lan­de um die Hälf­te, bräuch­te man „nur“ mehr 50 Tera­watt­stun­den Ener­gie. „Dann schaut die Sache schon ganz anders aus“, meint er: „Wenn man, was ich für rea­lis­tisch hal­te, 20 Tera­watt­stun­den mit grü­nem Gas machen könn­te, wären das schon 40 Pro­zent der Gesamt­men­ge.“ Laut Stu­di­en wären sogar 40 Tera­watt­stun­den mög­lich, aller­dings erst mit zukünf­ti­gen Tech­no­lo­gien und mit mas­si­ver „Holz­ver­ga­sung“. „Das ist tech­nisch aller­dings noch nicht ganz aus­ge­reift“, so Malaschofsky.

Unge­för­dert

Alles ande­re als aus­ge­reift mutet auch die För­de­rung für „grü­nes“, also mehr oder weni­ger kli­ma­neu­tra­les Bio­gas in Öster­reich an. Anders als zum Bei­spiel im Nach­bar­staat Deutsch­land gibt es näm­lich kei­ne, erklärt Malaschofsky: „Die Bio­gas­sze­ne hat in Öster­reich fast aus­schließ­lich davon gelebt, Öko­strom zu pro­du­zie­ren, denn die­ser war geför­dert. Mitt­ler­wei­le wur­de die Öko­strom­pau­scha­le aller­dings vom Staat gestri­chen, weil die Strom­prei­se am Markt schon höher waren als die geför­der­ten Tari­fe.“ Die zwei­te öko­no­mi­sche Schie­ne für Bio­gas ist die Auf­be­rei­tung als Bio­me­than für die Ein­spei­sung ins Gas­netz. „In Deutsch­land gibt es eige­ne Ein­speis­ta­ri­fe für Bio­me­than, aber das woll­te man in Öster­reich bewusst nicht“, so der Exper­te. Sprich: Es gibt in Öster­reich kei­ne direk­te För­de­rung, um Bio­gas als kli­ma­freund­li­che­re und aut­ar­ke Alter­na­ti­ve zu Erd­gas zu eta­blie­ren. „Das hat mei­ner Mei­nung nach damit zu tun, dass eine poli­ti­sche Par­tei mit der grü­nen Far­be im Namen grund­sätz­lich gegen Gas ist und Angst hat, dass über die Hin­ter­tü­re der För­de­rung des grü­nen Gases das fos­si­le Gas wei­ter genutzt wird“, sagt er: „Vor weni­gen Tagen sag­te aber erst­ma­lig die Frau Bun­des­mi­nis­te­rin Leo­no­re Gewess­ler, man müs­se Bio­gas för­dern, dies habe ich vor­her noch nicht gehört.“ Die aktu­el­le poli­ti­sche Situa­ti­on in der Ukrai­ne sorg­te hier mög­li­cher­wei­se für ein Umdenken.

Von frü­he­ren Regie­run­gen ohne grü­ne Betei­li­gung habe es schon Ankün­di­gun­gen zum For­cie­ren von Bio­gas gege­ben, und zwar anno 2010, als man sich im Regie­rungs­pro­gramm vor­nahm, bis Ende 2020 nicht nur 250.000 Elek­tro­fahr­zeu­ge auf die Stra­ße zu brin­gen, son­dern, „man höre und stau­ne“, auch 200.000 CNG-Fahr­zeu­ge (Vehi­kel, die mit flüs­si­gem weil kom­pri­mier­tem Erd­gas – „Com­pres­sed Natu­ral Gas“ – betrie­ben wer­den) bei einer Bio­me­than-Bei­mi­schungs­ver­pflich­tung von 20 Pro­zent, erklärt Malaschofsky. Das Ziel wur­de nicht nur bei Elek­tro­au­tos deut­lich ver­fehlt: Sta­tis­tik Aus­tria berich­tet von einem Bestand von 85.857 rein elek­trisch betrie­be­nen PKWs in Öster­reich im April 2022, was 1,7 Pro­zent des gesamt-Bestan­des ent­spricht. Son­dern mit laut Sta­tis­tik Aus­tria 5.390 gas­be­trie­be­nen PKW gibt es gera­de ein­mal ein Vier­zigs­tel der gefor­der­ten Anzahl.

„Die Bio­gas­pro­duk­ti­on wur­de dem Tod geweiht, weil kei­ne Unter­stüt­zung gekom­men ist“ Ste­fan Malaschofsky, EVM

In Öster­reich mini­mal ausgereizt

Das Resul­tat der feh­len­den Unter­stüt­zung und der bis­her nied­ri­gen Strom­prei­se ist, dass mitt­ler­wei­le vie­le sehr klei­ne Bio­gas-Pro­du­zen­ten wie­der zusperr­ten, weil der Betrieb öko­no­misch kei­nen Sinn mach­te, berich­ten die Exper­ten. „Die Bio­gas­pro­duk­ti­on wur­de dem Tod geweiht, weil kei­ne Unter­stüt­zung gekom­men ist“, sagt Malaschofsky. Einst gab es knapp 380 Bio­gas-Anla­gen in Öster­reich, heu­te sind es zir­ka 300. „Wir sind jetzt auch am Ende der Strom­preis­för­de­rung, des­halb wird es bald wohl wei­te­re Indus­trie­rui­nen geben, was ich nicht für sinn­voll hal­te“, meint er. Aus­ge­reizt ist die Bio­gas­pro­duk­ti­on in Öster­reich daher mini­mal. Man könn­te dies auch umge­kehrt for­mu­lie­ren: Es gibt ein gro­ßes Poten­zi­al, dass mehr Bio­gas ins Netz kommt. Das wäre von Sei­ten des Kli­ma­schut­zes wie der Ener­gie-Eigen­stän­dig­keit aus Sicht der Exper­ten wün­schens­wert. För­der­lich dafür könn­te sein, dass durch das all­ge­mei­ne Stei­gen der Gas­prei­se wegen des Krie­ges in der Ukrai­ne die Tari­fe von Erd­gas ein Niveau erreicht haben, bei denen Bio­gas mit­hal­ten kann. Des­sen Pro­duk­ti­on ist nor­ma­ler­wei­se teu­rer als der Bezug von einst bil­li­gem, rus­si­schem Gas. Frei­lich sieht die Sache ganz anders aus, wenn man die Umwelt-Fol­ge­kos­ten ein­be­rech­nen wür­de. „Nun bekom­men wir aber, was wir uns in den ver­gan­ge­nen Jah­ren schon gewünscht hät­ten, näm­lich einen ver­nünf­ti­gen Preis für unser Pro­dukt“, berich­tet Malaschofsky.

Stichwörter