Big Bang HTL 3, Schulbuch

Organische Technologie und Ökologie (III. Jg., 6. Sem.) 153 Erneuerbare Energieträger 14 Natur möglich. Bei der Herstellung von Biogas werden diese Prozesse nur „in die richtigen Bahnen geleitet“. Als End- produkt erhält man eine Gasmischung aus Methan, Kohlen- dioxid und Spurengasen . Eingesetztes Material: Zur Herstellung von Biogas kann grundsätzlich jede Art von Biomasse verwendet werden. „Bio“ bedeutet in diesem Zu- sammenhang wiederum nur, dass nicht auf fossile Rohstof- fe zurückgegriffen wird, sondern das Gas aus biogenem Material hergestellt wird. Es sagt nichts darüber aus, ob nach „biologischen“ Anbaukriterien gearbeitet wurde. In Österreich gibt es über 350 Biogasanlagen . ( F11 ) Die meisten davon liegen im landwirtschaftlichen Bereich , wo Abfallprodukte aus der Tierhaltung oder dem Pflanzenbau direkt zu Biogas fermentiert werden. Dieses Biogas kann dann wieder in Kleinkraftwerken zur Wohnraum- und Stall- beheizung verwendet werden. Das Biogas kann aber auch ins Erdgasnetz eingespeist wer- den. Viele landwirtschaftliche Betriebe sind daher auf Bio- gasherstellung umgestiegen, weil mit dem Gas mehr Geld zu verdienen ist als mit herkömmlicher Landwirtschaft. Dadurch entsteht wiederum die – uns schon bekannte – Konkurrenz der Anbauflächen , entweder zur Nahrungs- oder zur Energiegewinnung. Prozesse bei der Biomasseherstellung: Das biogene Material wird zerkleinert und dann in den Fermenter eingebracht (großer Kuppelbau aus Stahl). Dort leben die Mikroorganismen. Die Mischung bleibt dort etwa 20–40 Tage, damit die folgenden Prozesse möglichst voll- ständig ablaufen. 1. Hydrolyse: Kohlenhydrate, Fette und Eiweiß werden durch Enzyme in ihre Monomere gespalten (Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren) 2. Versäuerungsphase: säurebildende Mikroorganismen bauen die entstandenen Zwischenprodukte ab zu organi- schen Säuren, hauptsächlich kurzkettige Fettsäuren und an- dere Carbonsäuren (Propansäure, Butansäure, …). Als Ne- benprodukt entstehen auch Alkohole. 3. Acetogenese: (Essigbildende Phase): die Produkte der Versäuerungsphase werden weiter abgebaut zu Essigsäure, Acetaten, Wasserstoff und Kohlendioxid. 4. Methanbildung: Methanbakterien (eigentlich methano- gene Archaea) wandeln die Essigsäure sowie den Wasser- stoff und Kohlendioxid um zu Methan. Manche Archaea-Stämme verwenden Essigsäure als Sub- strat, so entstehen etwa 70% des gebildeten Methans. Essigsäure spaltend (acetoklastisch): (1) CH 3 COO – + H + → CH 4 + CO 2 ( ∆ G°´ = –35,9 kJ/mol) Andere Archaea-Stämme verwerten den entstandenen Wasserstoff und setzen ihn mit CO 2 zu Methan um. Wasserstoff verwertend (hydrogenotroph): (2) CO 2 + 4 H 2 → CH 4 + 2 H 2 O ( ∆ G°’ = –131,0 kJ/mol) Wichtig dabei sind die Reaktionsbedingungen, damit die Mikroorganismen gut arbeiten können: – anaerob (kein Sauerstoff) – gute Durchmischung – kein Licht – 30–35 °C – pH 7–7,5 Das fertige Biogas ist eine Mischung aus 50–75Vol.% Methan, 25–50Vol.% CO 2 und verschiedenen Spurengasen wie Ammoniak, H 2 S und H 2 O. Vor der weiteren Verwendung wird es entschwefelt. Abb. 14.8: Prozesse der Biogasherstellung Verwendung der Produkte: Biogas kann auf verschiedene Weise genutzt werden: – zur Wärme- und Stromgewinnung kann es in einem Block-Heizkraftwerk verbrannt werden – es kann ins Erdgasnetz eingespeist werden – es kann an Tankstellen geliefert werden, wo es als Treib- stoff für Erdgas-Fahrzeuge dient Der Gärrückstand, der im Fermenter entsteht, kann als hoch- wertiger Dünger verwendet werden. Abb. 14.9: Nutzung von Biogas Zusammenfassung Biogas ist eine Mischung aus Methan CH 4 , Kohlendioxid CO 2 und Spurengasen wie Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Rohstoff: jegliche Art von biogenem Material (Biomasse). In einem Fermenter sorgen verschiedene Arten von Mikro- organismen für eine Hydrolyse der Biopolymere, mit an- schließender Versäuerung , Essigbildung und Methanbil- dung . Das Biogas kann nach Reinigung ins Erdgasnetz eingespeist werden, oder in einem Blockheizkraftwerk zur Strom- und Wärmegewinnung verbrannt werden. Z Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv