CITplus - Biogas-Anlagen sollen in Zukunft einen wichtigen Anteil am regenerativen Energie-Mix einnehmen. Doch wie sieht es mit deren eigener Effizienz aus? Insbesondere Rührwerke werden meist eingebaut, ohne auf deren Energieverbrauch zu achten. Dabei gibt es energiesparende Alternativen, die den Stromverbrauch um gut zwei Drittel senken können.

Knapp 7000 Biogasanlagen gibt es in Deutschland, die ca. 2.780 MW Energie erzeugen. Dies macht nach Angaben des Fachverbandes Biogas e.V. 3,1 % vom deutschen Stromverbrauch aus. Trotz des noch kleinen Anteils am Strom-Mix ist Biogas interessant. Es ist im Gegensatz zu Sonnen-, Wasser- und Windkraft grundlastfähig. Zum einen ist es nicht witterungsabhängig (abgesehen von Ernteschwankungen), zum anderen ist das pflanzliche Substrat lagerfähig, so dass die Biogasanlagen nach Bedarf geregelt werden können.
Biogas wird hergestellt, in dem organische Stoffe in feuchter Umgebung unter Luftabschluss (anaerobes Milieu) mikrobiologisch zersetzt werden. Dabei entsteht in erster Linie Wasser, Kohlendioxid und Methan. Ist das Substrat vergoren, wird es in das Gärrestelager gepumpt. Von dort wird es als Dünger wieder auf die Felder gebracht. Der größte Teil des Biogases wird anschließend in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) verstromt. Der Energiegehalt des Biogases hängt vom Methangehalt ab. Ein Kubikmeter (m³) Methan hat einen Energiegehalt von knapp zehn Kilowattstunden (9,97 kWh).
Die Rolle der Rührwerke wird häufig in der Gesamtanlage unterschätzt. Dabei sorgen die Rührwerke für den richtigen und engen Kontakt zwischen Bakterien und Substrat. Rund 150 Tage verweilt das Substrat auf seinem Weg durch die Biogasanlage vom Hauptfermenter über Nachfermenter bis zum Gärrestelager. In dieser Zeit gilt es die zähflüssige Masse so zu durchmischen, dass in den Fermentern an jedem Punkt und zu jeder Zeit die optimalen Bedingungen herrschen.

Sensible Biologie
Die Biologie im Fermenter ist empfindlich und benötigt um Ihre volle Leistungsfähigkeit zu erlangen und zu erhalten, folgende Voraussetzungen im gesamten Volumen des Fermenters. Die Temperatur muss an jedem Punkt absolut identisch sein und die Nährstoffe müssen gleichmäßig verteilt sein. Hinzu kommt die kontinuierliche und behinderungsfreie Ausgasung. Schlussendlich dürfen im Fermenter keine Totzonen entstehen.
Die richtige Auswahl der Rührwerke entscheidet aber nicht nur über die Güte der Vermischung, sondern ist ausschlaggebender Faktor in der Energiebilanz. Schließlich sollte die Biogasanlage sparsam mit den eigenen Ressourcen umgehen. Die Erfahrung zeigt jedoch: Bei der Auswahl der Rührwerke läuft nicht immer alles optimal. Häufig werden Rührwerke installiert, die zwar das eingebrachte Substrat einrühren, aber den Fermenter nicht komplett durchmischen. Die Folge sind Totzonen. Dann beginnt oftmals die Nachrüstung mit sogenannten Schnellläufern. Diese zeichnen sich vor allem durch einen hohen Stromverbrauch aus. Abhilfe schafft der Wechsel von den schnell drehenden hin zu langsam drehenden Rührwerken. Der nur auf den ersten Blick ungewöhnliche Schritt wird durch große Energieeinsparung und eine bessere Durchmischung belohnt.

Optimale Umwälzung
Seit langem bewährt - nicht nur in Biogasanlagen - ist das horizontale Tauchmotorrührwerk Amaprop von KSB. Dies zeichnet sich durch seinen langsamen Lauf aus und garantiert dadurch die energiesparende und sichere Biogaserzeugung. Dabei ist vor allem der große Propellerdurchmesser entscheidend. Er verringert bei großer Umwälzmenge und geringerer Abströmgeschwindigkeit die Abströmverluste und sorgt außerdem für einen bakterienschonenden Prozessablauf. Dabei wird die hydraulische Leistung nicht vom Rand aus eingetragen, sondern genau da, wo sie benötigt wird - innerhalb des Fermenters. Daher ist man mit den bruchsicheren Propellern des Amaprops auf der sicheren Seite. Dieser besteht aus glasfaserverstärktem Epoxidharz mit metallischem Nabeneinleger und einer speziellen Schutzschicht. Zwei drehrichtungsunabhängige Gleitringdichtungen mit umweltfreundlicher Ölvorlage sorgen für Dichtigkeit. Damit sind lange Lebensdauern garantiert.

Austausch ohne Tankentleerung
Die Rührwerke lassen sich ohne Fermenterentleerung einbauen. Hierfür hat die Firma Maier Energie und Umwelt GmbH, Mindelheim das Verfahren ‚Repowering Pipe‘ entwickelt. Der Biogasanlagen-Betreiber stellt lediglich einen Strom- und Wasseranschluss bereit. Mit einem Kran wird zunächst ein großes Rohr in den Fermenter eingelassen. Die Biomasse wird mit einer Pumpe in den restlichen Fermenter gepumpt. Der Rührwerksmast wird am Fermenterboden befestigt. Anschließend wird das Rohr wieder geflutet und entfernt. Unter Berücksichtigung sämtlicher Sicherheitsmaßnahmen wird der Kopfhalter montiert und das Rührwerk in den Fermenter abgelassen. Die Vorteile liegen auf der Hand. Der Fermenter muss nicht entleert werden. Die Fermenterbiologie bleibt erhalten und die Ausfallzeit für die Gasproduktion wird auf ein Minimum reduziert.
In der Biogasbranche belegen bereits zahlreiche Beispiele die hohe Energieeinsparung: Bei einer Biogasanlage im badischen Forchheim mit einer Leistung von 3,2 MW waren neben einem Mississippi-Rührer zwei Stabmixermit je 30 KW installiert. Das neu installierte Tauchmotorrührwerk Amaprop des Frankenthaler Pumpenspezialisten KSB benötigte nur noch 5 KW. Gleichzeitig konnte der Energiebedarf des Mississippi-Rührers um 50 % gesenkt werden. Dies entspricht übers Jahr gerechnet einer Stromleistung von 120.000 kWh oder 20.000 € netto.
Auch bei der Ende 2010 in Betrieb gegangenen Biogasanlage im Bayerischen Kühbach mit einer elektrischen Leistung von 400 kW verwarf eine langfristige Abschätzung der zukünftigen Energiebilanz die gesamte Planung kurz vor der Inbetriebnahme. Dort waren bereits Rührwerke eines anderen Herstellers verbaut. Die geplanten Rührwerke hatten eine Leistungsaufnahme von 40 kW. Der nun eingesetzte Amaprop 2500 arbeitet im Dauerlauf und hat lediglich eine Leistungsaufnahme von 2,2 kW 24 h/d. Damit liegt der Eigenstromverbrauch für die Biogaserzeugung bei nur 2,8 % von der erzeugten Leistung.
Im Rahmen einer Repowering-Maßnahme in einer 400 kW Biogasanlage im baden-württembergischen Balzheim wurden die Rührwerke ausgetauscht. Die zwei Schnelläuferrührwerke mit je 15 kW wurden durch einen Amaprop 2500 mit 5 kW ersetzt. Der Eigenstromverbrauch für die Biogaserzeugung wurde um 75 % gesenkt.

Ausblick
In jeder der rd. 7.000 Biogasanlagen in Deutschland sind im Mittel zwischen sechs und sieben Rührwerke eingebaut, die eine Lebensdauer von durchschnittlich sieben Jahren haben. Es ist also abzusehen, dass in nächster Zeit viele Rührwerke ausgetauscht werden müssen. Dies ist die Chance, die Energiebilanz der Anlagen etwas genauer zu betrachten und auch die benötigte Leistung der Rührwerke zu betrachten. Dabei wird schnell deutlich, dass Schnelligkeit für die Umwälzung in Biogasanlagen nicht der richtige Weg ist. Mit dem Tauchmotorrührwerk Amaprop lassen sich nicht nur die optimalen Voraussetzungen für die Fermenterbiologie schaffen, sondern auch bis zu 75 % Energie einsparen.