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Biogas-Heizung – Wissenswertes über das CO2-sparende Heizen
Biogas zählt zwar zu den erneuerbaren Energieträgern, erfährt aber allgemein hin weniger Aufmerksamkeit als beispielsweise Wind- oder Solarenergie. Dabei besticht Biogas jedoch mit seinen Eigenschaften: Es kann direkt ins Erdgasnetz eingespeist werden und ist im Vergleich zu Kohle und Erdgas wesentlich umweltschonender in der Herstellung. Darüber hinaus fallen Reststoffe von Biomasse in verschiedenen Herstellungsprozessen, insbesondere der Landwirtschaft ohnehin an – was die Nachhaltigkeit weiter erhöht.
Was ist Biogas und wie entsteht es?
Biogas ist ein brennbares Gasgemisch, das bei biologischen Zersetzungsprozessen (Vergärung) von Biomasse entsteht. Als Grundstoff dafür können Abfälle oder nachwachsende Rohstoffe, wie beispielsweise Klärschlamm, Bioabfall, Gülle oder Pflanzenreste dienen. Der Begriff Biogas wird für alle Arten von entstehenden Gasen als Sammelbegriff verwendet, auch wenn je nach Herstellung bzw. Entstehung des Gases nach Klär-, Faul und Deponiegas unterschieden werden kann.
Während des Zersetzungsprozesses bauen Mikroorganismen unter sauerstofffreien Bedingungen die verschiedenen Bestandteile der Biomasse ab. Dabei werden Kohlenhydrate, Eiweiße und Fette schrittweise in Methan und Kohlendioxid umgewandelt. Im Detail findet der Zersetzungsprozess in verschiedenen Stufen statt.
Hauptbestandteile und Eigenschaften
In Abhängigkeit der Zusammensetzung der Biomasse und des Faulprozesses fällt die Zusammensetzung des Gases unterschiedlich aus. Nicht zuletzt aus diesem Grund ist bei der Gewinnung des Gases meist zusätzlich die anschließende Aufbereitung (Veredlung) des Biogases notwendig, wenn es beispielsweise ins Gasnetz eingespeist werden soll.
Zum Großteil besteht Biogas aus Methan und Kohlendioxid, zu kleineren Anteilen kann es aber auch Stickstoff, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, Wasserstoff und Ammoniak enthalten. Interessant für die energetische Nutzung ist vor allem der Anteil von Methan. Je größer dieser ist, desto energiereicher ist das Biogas. Im Rohzustand hat Biogas meist einen Methananteil von um die 60 Prozent.
Um die energetische Nutzung zu gewährleisten, müssen insbesondere Schwefelwasserstoff und Ammoniak aus dem Gasgemischt entfernt werden, da von diesen Gefährdungspotenzial für den Menschen ausgeht. Außerdem verursachen die Stoffe die Korrosion von Metallen, was im Kontext der Nutzung und des Transports (Pipelines, Motoren etc.) zu Schäden führen würde. Auch der Anteil von CO2 wird im Zuge der Aufbereitung entfernt.
Verwendung
Genutzt wird Biogas vorwiegend für die Strom- und Wärmeerzeugung, darüber hinaus aber auch als Treibstoff für Fahrzeuge. Die Strom- und Wärmeerzeugung erfolgt meist mithilfe von Blockheizkraftwerken, in denen das Gas verbrannt und die Energie umgewandelt wird. Strom und Fernwärme können anschließend ins öffentliche Netz eingespeist werden.
Aufbereitetes Biogas, also Biomethan, kann darüber hinaus auch ins Erdgasnetz eingespeist werden und somit überall dort genutzt werden, wo auch Erdgas zum Einsatz kommt. Dadurch kann es gespeichert werden und ist flexibel nutzbar, beispielsweise zum Heizen und Kochen.
Eignet sich Biogas als Brennstoff für Gasheizungen?
Prinzipiell können Sie mit Biogas erst dann eine Gasheizung betreiben, wenn das Biogas aus der Biogasanlage gereinigt wurde. Dabei werden CO2 und Schwefel aus dem Gas entfernt und der Methananteil steigt an. Nach diesem Prozess spricht man von Biomethan.
Dieses Biomethan ist dann auch dafür geeignet, in das Gasnetz eingespeist zu werden. Hier wird es allerdings in den meisten Fällen nicht in Reinform verwendet, sondern herkömmlichem Erdgas beigemischt. Sowohl in Reinform als auch als Gemisch mit Erdgas kann es aber zum Betrieb einer herkömmlichen Gasheizung genutzt werden. Deshalb besteht die Hoffnung, dass mithilfe von Biogas ein nachhaltiger Brennstoff flächendeckend dafür genutzt werden kann, Gasheizungen weiter zu betreiben.
Die Biogas-Heizung
Was sind Biogas-Heizungen?
Generell gehören Biogas-Heizungen zur Kategorie der Gasheizungen. Je nach Bauweise können Biogas-Heizungen entweder (wie klassische Gasheizungen) aufbereitetes Biogas (Biomethan) zur Wärmeerzeugung nutzen oder unaufbereitetes Biogas verwenden. Bei der Nutzung von unaufbereitetem Biogas kommen spezielle Heizsysteme (Blockheizkraftwerke) zum Einsatz, während Biomethan für den Betrieb klassischer Gas-Brennwertheizungen verwendet werden kann.
Ob eine Gas-Brennwertheizung mit Biomethan oder Erdgas betrieben wird macht technisch keinen Unterschied. Für die Wärmewende liegt darin theoretisch ein großes Potenzial, denn mit Biogas gibt es einen Rohstoff, dessen CO2-Belastung bei der Verbrennung nahezu neutral ist. Hinzu kommt, dass auch der Ressourcenbedarf durch die Nutzung von organischen Abfällen deutlich geringer ausfällt.
Technischer Aufbau und Funktionsweise
Prinzipiell bestehen Biogas-Heizungen aus denselben Komponenten wie Gasheizungen. Wird über die Heizungsregelung ein Wärmebedarf übermittelt, beginnt die Zündung einen Funken zu erzeugen. Gas strömt in den Brenner ein und wird entzündet, wodurch Wärme erzeugt wird. Die Verbrennungswärme wird dann an das Heizwasser abgegeben, das sich im Wärmetauscher im Inneren des Heizkessels befindet. Von hier aus wird das warme Wasser mithilfe einer Umwälzpumpe in die Heizkörper geleitet, die die Wärme an den zu heizenden Raum abgeben. Das abgekühlte Heizwasser wird anschließend zurück in den Heizkessel geleitet und kann dort wieder erwärmt werden.
Brennwerttechnik
Heizungen mit Brennwerttechnik können zusätzlich die Wärme des Abgases nutzen. Dazu wird dieses erneut über den Wärmetauscher geleitet und kühlt ab. Das in den Abgasen enthaltene Wasser kondensiert und wird anschließend abgeleitet, während die zusätzliche Abwärme aus den Gasen wiederum zum Erwärmen des Heizwassers genutzt wird. Insgesamt wird so die Heizenergie des Gases zu einem sehr großen Anteil umgewandelt, die Heizmethode ist also sehr effizient.
Vorteile
- Höherer Wirkungsgrad
- Geringerer Brennstoffverbrauch
- Weniger CO2-Emissionen durch effizientere Energieausnutzung
- Geringere Heizkosten durch höhere Energieeffizienz
Nachteile
- Kondenswasserbildung erfordert spezielle Abfluss- und Abgasleitungen
- Höhere Anschaffungskosten als Standard-Heizkessel
- Funktioniert optimal nur mit Niedertemperatur-Heizsystemen (z. B. Fußbodenheizung)
Niedertemperaturtechnik
Biogas-Heizungen mit Niedertemperaturtechnik passen die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage an den Wärmebedarf des Hauses an. Diese Technologie wird genutzt, um die Effizienz der Wärmeübertragung zu verbessern und Verluste zu minimieren.
Biogasheizungen mit Niedertemperaturtechnik haben darüber hinaus folgende Eigenschaften:
- Geringere Vorlauftemperatur: Niedertemperaturkessel passen die Temperatur dynamisch an und arbeiten effizienter bei niedrigeren Temperaturen.
- Höhere Effizienz und geringerer Brennstoffverbrauch: Da weniger Energie für das Erhitzen des Wassers benötigt wird, erhöht sich der Wirkungsgrad des Heizsystems.
- Bessere Nutzung der Kondensationswärme (im Vergleich zu Hochtemperaturkesseln): Besonders in Kombination mit Brennwerttechnik kann zusätzlich die Kondensationswärme der Abgase genutzt werden.
- Optimale Kombination mit Flächenheizsystemen: Fußboden- oder Wandheizungen sind ideal für Niedertemperaturtechnik, da sie mit niedrigen Vorlauftemperaturen effizient arbeiten.
- Geringerer Verschleiß und längere Lebensdauer: Da das Material weniger hohen Temperaturen ausgesetzt ist, führt das oft zu einer größeren Langlebigkeit der Heizsysteme.
Vorteile von Biogas-Heizungen
Ressourcenschonung und CO2-Reduktion
Bei der Nutzung von Biomethan statt konventionellem Erdgas lassen sich die CO2-Emissionen im Vergleich zu fossilen Brennstoffen deutlich reduzieren. Das liegt daran, dass bei der Verbrennung des Gases nur CO2 freigesetzt wird, das zuvor von der Biomasse aufgenommen wurde.
Versorgungssicherheit und Preisstabilität
Da es sich bei Biogas um eine nachhaltige Ressource handelt, sinkt durch die Nutzung die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern wie Kohle oder Erdöl. Dadurch steigt in der Folge die Versorgungssicherheit, da die Fördermenge an fossilen Energieträgern mit der Zeit durch das Schwinden der Ressourcen immer weiter abnimmt. Zusätzlich sorgt das für eine gewisse Preisstabilität, da sich die Preise für immer weiter schwindende fossile Energieträger bei gleichbleibender, oder sogar steigender Nachfrage voraussichtlich deutlich erhöhen werden.
Förderung regionaler Wirtschaftskreisläufe
Biogas wird in der Regel lokal in Biogasanlagen erzeugt. Das stärkt die regionale Wirtschaft, reduziert zudem die Abhängigkeit von importierten Brennstoffen und trägt darüber hinaus zu einer dezentralen Energiegewinnung bei. Zudem werden dadurch Transportwege reduziert, was wiederum einen geringeren CO2-Ausstoß zur Folge hat.
Nachteile und Herausforderungen
Verfügbarkeit von Biogas und Gefahren bei Biogasanlagen
Derzeit ist die Menge an verfügbarem Biogas noch stark abhängig von der saisonal und regionalbedingten Verfügbarkeit der Biomasse. Diese beiden Faktoren erschweren eine flächendeckende, konstante Herstellung und Nutzung von Biogas. Zudem sind Biogasanlagen komplexe Industrieanlagen, in denen große Mengen an brennbaren und klimaschädlichen Gasen erzeugt werden, was ein erhöhtes Gefahrenpotenzial darstellen kann.
Installationskosten bei Modifizierungen
Im Falle einer Umrüstung eines bestehenden Heizsystems auf Biogas kann es notwendig sein, dass das bestehendes Heizsystem modifiziert werden muss, um auf die Brennstoffeigenschaften von Biogas optimal eingestellt zu sein. Das bedeutet in der Regel einen Austausch von Komponenten, was höhere Kosten verursachen kann.
Höhere Betriebskosten
Der Betrieb einer Biogas-Heizung ist derzeit aufgrund der höheren Kosten von Biogas teurer als der konventionelle Betrieb mit Erdgas. Das liegt vor allem daran, dass die Erzeugung und Aufbereitung von Biogas zu Biomethan höhere Kosten verursacht. Die Kosten im Vergleich sind umso höher, je größer der Anteil von Biogas im Gasmix eines Biogastarifes ist. Für Biogastarife mit 100% Biogas können die Kosten pro Kilowattstunde (kWh) dabei doppelt so hoch sein, wie ein Betrieb mit konventionellem Erdgas.
Rohstoffabhängigkeit und Flächenbedarf
Für die Biogasproduktion werden große Mengen an organischem Material (z. B. Energiepflanzen wie Mais) benötigt. Problematisch ist oft, dass der Anbau von Energiepflanzen, insbesondere Mais, mit der Lebensmittelproduktion konkurrieren kann und somit negative Auswirkungen auf die Flächennutzung hat. Darüber hinaus führt eine steigende Nachfrage an Energiepflanzen zur Förderung von Monokulturen, was sich negativ auf die Biodiversität und die Bodenqualität auswirken kann.
Fazit: Biogas-Heizungen – Nachhaltige Chance mit Herausforderungen?
Biogas-Heizungen haben das Potenzial, eine umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Heizsystemen zu werden. Ihre Vorteile liegen insbesondere in den reduzierten Treibhausgasemissionen und der Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen, die sie durch die effiziente Nutzung von Abfällen zur Energiegewinnung erlangen.
Allerdings sind hohe Investitions- und Betriebskosten, sowie technischer Aufwand für Umrüstungen bestehender Heizungsanlagen Herausforderungen, die nicht für jeden Haushalt wirtschaftlich sinnvoll sind. Um eine flächendeckende Versorgung mit Biogas zu gewährleisten, ist zudem ein umfangreicher Ausbau der Infrastruktur von Biogasanlagen erforderlich. Für Betriebe mit Zugang zu Biogas oder als Teil eines Fernwärmenetzes kann sich die Nutzung jedoch langfristig lohnen.
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