So funktioniert der Biogas-Rechner
Bei der anaeroben Vergärung entsteht in einem beheizten, dicht verschlossenen Behälter aus organischem Material ein Gemisch aus Methan und Kohlendioxid. Wie viel Gas dabei herauskommt, hängt fast nur davon ab, was du fütterst: Wässrige Gülle enthält pro Tonne wenig organische Substanz, Silage und Lebensmittelabfälle dagegen konzentrierte Energie. Mit diesem Rechner stellst du aus acht gängigen Substraten einen Substratmix zusammen und verfolgst dann die Energie durch die Anlage:
- Biogas und Methan aus jedem Substrat, mit mittleren Literaturwerten für den Ertrag pro Tonne Frischmasse und typischen Methananteilen (FNR/KTBL);
- Primärenergie im Methan nach einem kleinen Schlupfverlust;
- entweder ein BHKW-Gasmotor (Strom, Wärme, Eigenstrombedarf und Fermenterheizung) oder die Aufbereitung zu Biomethan für die Netzeinspeisung;
- Fermentergröße aus der hydraulischen Verweilzeit und die daraus folgende Raumbelastung;
- Gärrestmenge und Wirtschaftlichkeit der Anlage, einschließlich Zukauf von Energiepflanzen und Annahmeerlösen für Lebensmittelabfälle.
Die Formeln
Rechenbeispiel: Rindergülle plus Maissilage
Die Standardanlage vergärt 30 t Rindergülle pro Tag (von rund 500–600 Milchkühen) und 12 t Maissilage pro Tag:
- Die Gülle liefert 750 m³ Biogas am Tag, der Mais 2.400 m³. Die Silage macht also 29 % der Masse aus, aber 76 % des Gases;
- insgesamt 3.150 m³/Tag mit etwa 53 % Methan, also 1.660 m³ Methan mit 6,0 GWh pro Jahr (683 kW Dauerleistung);
- ein BHKW mit 40 % elektrischem und 43 % thermischem Wirkungsgrad und 8.000 Betriebsstunden im Jahr wird auf etwa 300 kWel ausgelegt. Es erzeugt 2,4 GWh Strom (2,2 GWh nach 8 % Eigenbedarf eingespeist) und 2,6 GWh Wärme;
- bei 60 Tagen Verweilzeit braucht der Fermenter etwa 2.500 m³. Die Raumbelastung liegt dann bei 2,45 kg oTS/m³·d, bequem im stabilen Bereich;
- die Anlage bringt jedes Jahr rund 13.800 t Gärrest zurück aufs Feld.
Strom zu 0,15 €/kWh und 40 % der überschüssigen Wärme zu 0,04 €/kWh bringen etwa 360.000 € im Jahr. Der Zukauf von 4.380 t Mais zu 40 €/t kostet aber 175.000 €. Bei 4.500 €/kWel amortisiert sich die Anlage in etwa 13 Jahren, der IRR liegt unter 3 %. Deshalb hängt Biogas auf dem Hof an Vergütungen, Wärmekunden oder günstigen Abfallsubstraten.
So liest du die Ergebnisse
- BHKW-Leistung / Biomethanmenge ist die Kenngröße der Anlage.
- Methangehalt unter 50 % deutet auf einen Substratmix mit wenig Fett und Eiweiß oder auf Prozessprobleme hin.
- Raumbelastung: Über etwa 4–4,5 kg oTS/m³·d steigt das Risiko von Versäuerung und Schaumbildung; unter 1 ist der Fermenter größer als nötig.
- Energieflussdiagramm zeigt, wie viel der Methanenergie zu verkaufbarem Strom und verkaufbarer Wärme wird. Ungenutzte Wärme ist der größte Hebel für die Wirtschaftlichkeit.
- Substrattabelle vergleicht den Massenanteil jedes Substrats mit seinem Gasanteil.
Typische Werte
| Substrat | Trockensubstanz | Biogas (m³/t Frischmasse) | Methan |
|---|---|---|---|
| Rindergülle | 8–11 % | 20–30 | 55–60 % |
| Schweinegülle | 4–7 % | 20–35 | 60–65 % |
| Rindermist (fest) | 20–25 % | 40–80 | 55 % |
| Geflügelmist | 30–50 % | 70–90 | 60 % |
| Maissilage | 30–35 % | 170–230 | 52 % |
| Grassilage | 25–40 % | 170–200 | 54 % |
| Zuckerrüben | 20–25 % | 120–140 | 52 % |
| Lebensmittelabfälle | 15–30 % | 100–200 | 58–62 % |
Tipps für mehr Ertrag und bessere Wirtschaftlichkeit
- Nutze die Wärme. Wer die überschüssige Wärme verkauft oder selbst nutzt (Trocknung, Gewächshäuser, Nahwärme), kann den Erlös um 20–30 % steigern.
- Vergäre Abfälle mit. Lebensmittelabfälle oder Ernterückstände erhöhen den Gasertrag und bringen unter Umständen Annahmeerlöse, statt Geld zu kosten.
- Vermeide Verdünnung. Regen- und Waschwasser im Güllelager senken den Ertrag pro Tonne und belegen Fermentervolumen.
- Deck das Gärrestlager ab. Eine gasdichte Abdeckung fängt Restgas auf (oft 5–10 % zusätzlich) und senkt die Methanemissionen.
- Füttere gleichmäßig in kleinen, häufigen Portionen; das hält die Mikroorganismen gesund und den Methananteil hoch.
Grenzen
Die Erträge sind mittlere Literaturwerte. Echte Werte schwanken um ±20–30 %, je nach Silagequalität, Lagerverlusten, Gülleverdünnung und Verweilzeit; vor einer Investition empfehlen sich deshalb Gärtests im Labor (Biomethanpotenzial, BMP). Das Modell geht von einem kontinuierlich gerührten, mesophilen Fermenter, ganzjährig gleichmäßiger Fütterung und einer Frischmassedichte von etwa 1 t/m³ aus. Saisonaler Wärmebedarf des Fermenters, Entschwefelung, Gärrestaufbereitung und Genehmigungen sind nicht abgebildet. Förderprogramme und Grenzen für Energiepflanzen unterscheiden sich von Land zu Land.
Methode & Annahmen
Biogas = Σ (Tonnen/Tag × typischer Biogasertrag je Tonne Frischmasse); Methan = Σ Biogas × CH₄-Anteil. Primärenergie = CH₄ × 9,97 kWh/Nm³ × (1 − Schlupf). BHKW: Strom = Primärenergie × ηel, Wärme = Primärenergie × ηth; Motorgröße = Jahresstrom ÷ Volllaststunden. Eigenstrombedarf und Fermenterheizung werden abgezogen. Biomethan: aufbereitetes CH₄-Volumen abzüglich Strom für die Aufbereitung. Fermentervolumen = tägliche Frischmasse (≈ 1 t/m³) × Verweilzeit; Raumbelastung = kg organische Trockensubstanz pro m³ und Tag. Gärrest = eingesetzte Masse − Masse des freigesetzten CH₄ und CO₂.
Häufige Fragen
Wie viel Biogas liefert eine Tonne Gülle oder Mist?
Wie viel Strom erzeugt 1 m³ Biogas?
Wie viele Kühe braucht man für eine Biogasanlage?
Wie hoch ist der Methangehalt von Biogas?
Was sind hydraulische Verweilzeit und Raumbelastung?
Was ist Gärrest, und wie viel fällt an?
Ist es besser, aus Biogas Strom oder Biomethan zu machen?
Quellen & Literatur
- FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe): Guide to Biogas: From Production to Use, 5th ed., 2010
- IEA Bioenergy Task 37: Energy from Biogas
- IEA (2020). Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth
- KTBL: Gasausbeute in landwirtschaftlichen Biogasanlagen
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