Planungshilfe Biogasanlagen aus Beton

Planung, Bemessung, Ausführung

Matthias Middel, Harald Feldmann, Florian Pelzer, Thomas Richter, Michael Stahl

• Publisher: Bau + Technik
• Year: 2013
• Print ISBN: 9783764005436
• eBook ISBN: 9783764005665
• Edition: 1
• Topic: Technology & Engineering
• Subtopic: Industrial Engineering
• Index: Technology & Engineering

Der Bau von Biogasanlagen zur Erzeugung umweltfreundlicher Energie hat in den letzten Jahren einen Boom erlebt, der sicher noch einige Jahre anhalten wird. Der Betrieb dieser Anlagen stellt hohe Ansprüche an die Baukonstruktion. Gleichzeitig erwarten die Betreiber - Landwirte, Kommunen und Investoren eine lange störungsfreie Lebensdauer ihrer Anlagen. Biogasanlagen aus Beton beweisen seit vielen Jahren, dass sie diesen Anforderungen gerecht werden, wenn sie sorgfältig geplant und ausgeführt werden. Die vorliegende "Planungshilfe Biogasanlagen aus Beton" vermittelt Planern und Bauherren das hierfür erforderliche Fachwissen.

1 Planungshilfe Biogasanlagen aus Beton

Planung – Bemessung – Ausführung

Der Bau von Biogasanlagen zur Erzeugung umweltfreundlicher Energie hat in den letzten Jahren einen Boom erlebt. Allein im Jahr 2011 gingen ca. 1.300 Anlagen in ­Betrieb. Die installierte elektrische Gesamtleistung aller Biogasanlagen in Deutschland betrug Ende 2011 rund 2.900 Megawatt.

Der Betrieb dieser Anlagen stellt hohe Ansprüche an die Baukonstruktion. Gleichzeitig erwarten die Betreiber – Landwirte, Kommunen und Investoren – eine lange störungsfreie Lebensdauer ihrer Anlagen. Biogasanlagen in Ortbeton- und Betonfertigteil-Bauweise beweisen seit vielen Jahren, dass sie diesen Anforderungen gerecht werden, wenn sie sorgfältig geplant und ausgeführt werden.

Dieses Buch vermittelt als „Planungshilfe Biogasanlagen aus Beton“ Planern und Bauherren das hierfür erforderliche Fachwissen.

1.1 Aus Biomasse wird Energie

Das Grundprinzip der Biogaserzeugung beruht darauf, dass organische Stoffe wie Fette, Kohlenhydrate und Eiweiße von Bakterienkulturen anaerob in niedermolekulare Bausteine zersetzt werden (Fermentation), wobei das im Prozess entstehende energiereiche Gas Methan (CH₄ ) aufgefangen und genutzt wird.

Hauptquelle für diese organischen Stoffe (Biomasse) war bisher in der Regel Gülle aus der landwirtschaftlichen Tierhaltung und Tierproduktion. Zunehmend werden für die Biogaserzeugung aber auch speziell zu diesem Zweck angebaute nachwachsende Rohstoffe wie Mais verwendet und Reststoffe aus dem landwirtschaftlichen Betriebskreislauf wie Festmist, Stroh, Rübenblatt, Gemüseabfälle oder Grüngut eingesetzt. Die Mitvergärung anderer organischer Stoffe wie z. B. von Reststoffen der Lebensmittelindustrie wird als Cofermentation bezeichnet.

Bild 1.1: Grundprinzip der Biogaserzeugung

Hinsichtlich des Biogasertrages und des Methangehaltes unterscheiden sich die Rohstoffe zur Biogaserzeugung teilweise erheblich. Tafel 1.1 gibt einen Überblick durchschnittlicher Werte.

Das in Biogasanlagen erzeugte Gas kann in Blockheizkraftwerken verbrannt und in elektrische und thermische Energie umgewandelt werden. Nach entsprechender Aufbereitung des Gases ist auch die Einspeisung ins Erdgasnetz oder die Verwendung als Treibstoff für gasbetriebene Fahrzeuge möglich.

Bei der Nassfermentation, die immer bei der Verwendung von Gülle zum Einsatz kommt, ist das Gärsubstrat durch einen hohen Wasseranteil mit über 85 % rühr- und fließfähig und wird während der Fermentation durchmischt. Die Trockenfermentation wird bei stapelbarer organischer Biomasse eingesetzt. Ein ständiges Durchmischen des Substrats während der Fermentation ist nicht möglich.

Der Prozess beginnt mit der Aufgabe in den Vorlagebehälter und/oder den Feststoffdosierer, wo das Substrat zunächst gesammelt, zerkleinert und gemischt wird und dann zum Fermenter gefördert wird.

Die Fermentation im Fermenter und anschließenden Nachgärer erfolgt unter Luftabschluss und ohne Lichteinfall. Der Temperaturbereich der Vergärung liegt bei 40 °C bis 55 °C. Zum Erreichen und Sichern der Prozesstemperatur erhalten die Fermenter eine Beheizung und in der Regel eine Wärmedämmung. Rührwerke unterstützen die Bildung und Erhaltung homogener Flüssigkeitsschichten, die für die Prozessgeschwindigkeit und die Stabilität des Abbaus der organischen Substanzen wichtig sind. Das dabei entstehende Biogas – im Wesentlichen bestehend aus Methan und Kohlendioxid – wird gesammelt und entnommen. Nachgärer dienen der weiteren Gewinnung von Biogas. Heizungen werden nur dann eingebaut, wenn damit die Betriebstempe-ratur noch gesteuert werden soll, um z. B. die Verweildauer des Substrats im Behälter zu verkürzen.

Tafel 1.1: Biogasertrag und Methangehalt ausgewählter Substrate [1.1]
Substrat	Biogasertrag [Nm^3/t Substrat]		Methanertrag [Nm^3/t Substrat]
	Wertebereich	Mittelwert	Wertebereich	Mittelwert
Maissilage	170–230	200	89–120	106
Getreide (Ganzpflanzensilage)	170–220	190	90–120	105
Grassilage	170–200	180	93–109	98
Geflügelmist	130–270	140	70–140	90
Zuckerrüben	120–140	130	65–76	72
Futterrüben	75–100	90	40–54	50
Rindermist	60–120	80	33–36	44
Schweinegülle	20–35	28	12–21	17
Rindergülle	20–30	25	11–19	14

Dem Gärrestlager werden neben den vergorenen Substraten auch verunreinigte Niederschlagswässer und in begrenztem Umfang Silagesickersäfte zugeführt. Sie werden in der Regel gasdicht abgedeckt. Die verbleibenden Reststoffe dienen als Dünger.

Derzeit sind folgende Anlagesysteme gebräuchlich:

• Speicheranlage

Fermenter und Gärrestlager befinden sich in einem Behälter. Beim Ausbringen der Gärreste wird das gesamte ausgefaulte Substrat entnommen. Die Gasproduktion ist daher nicht so gleichmäßig wie beim Durchflussverfahren.

• Durchflussanlage

Aus dem Vorlagebehälter und/oder dem Feststoffdosierer wird die Biomasse mehrmals am Tag, im Idealfall kontinuierlich, in den Fermenter eingebracht. Gleichzeitig wird die gleiche Menge Substrat aus dem Fermenter in den Nachgär- bzw. Gärrestbehälter gepumpt. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit zur gleichmäßigen Gasproduktion.

• Durchfluss-Speicher Anlage

Bei diesem Verfahren ist auch das Gärrestlager abgedeckt und dient als Nachgärbehälter, sodass das hier anfallende Biogas genutzt werden kann. Dieses Verfahren bietet die Möglichkeit zur gleichmäßigen Gasproduktion.

1.2 Wasserrechtliche Rahmenbedingungen für Bau und Betrieb von Biogasanlagen

Beim Betrieb von Biogasanlagen fallen Substanzen an, die aufgrund ihrer Zusammensetzung und Konzentration in einem unplanmäßigen Betriebszustand (Leckage etc.) die angrenzenden Medien wie Erdreich, Grundwasser und Gewässer in ungewollter Weise beanspruchen können. Somit handelt es sich um Maßnahmen und Aktivitäten, bei denen das Gesetz zur Ordnung des...

Table of contents

• Deckblatt
• Impressum
• Titelseite
• Inhaltsverzeichnis
• Vorwort
• 1: Planungshilfe Biogasanlagen aus Beton Planung – Bemessung – Ausführung
• 2: Grundlagen der Planung von Biogasanlagen
• 3: Gründung und Leckageerkennung
• 4: Konstruktion der Behälter
• 5: Einwirkungen auf Betonbauteile von Biogasanlagen
• 6: Dauerhaftigkeit/Anforderungen an den Beton
• 7: Behälter in Fertigteilbauweise
• 8: Behälter in Ortbetonbauweise
• 9: Hinweise zu Inbetriebnahme und Betrieb
• 10: Checkliste
• 11: Literatur
• 12: Glossar