Beseitigung technischer, rechtlicher und ökonomischer Hemmnisse bei der Einspeisung biogener Gase in das Erdgasnetz zur Reduzierung klimarelevanter Emissionen durch Aufbau und Anwendung einer georeferenzierten Datenbank – Strategieentwicklung zur politischen und techno-ökonomischen Umsetzung

Hintergrund

Vor dem Hintergrund knapper werdender fossiler Ressourcen, Klimaschutzverpflichtungen, Versorgungssicherheit und einer gebotenen Diversifizierung im Bereich der Energieversorgung erhält die Nutzung von Biomasse immer größere Bedeutung. Ein grundlegendes Problem ist hierbei die energiewirtschaftliche Integration von Biomasse. Biomasse fällt in der Fläche verteilt an und wird meist lokal zur Energieerzeugung genutzt. Speziell die Biogaserzeugung zeichnete sich bisher durch eine vorwiegend lokale Verwertung von landwirtschaftlichen Rückständen wie z. B. Gülle aus. Dies bleibt nicht ohne Folgen: Kleine, unwirtschaftliche Anlagen führen zu Kosten, denen kein entsprechender ökonomischer Nutzen gegenübersteht; vorhandene Biomassepotenziale werden nicht ausreichend ausgeschöpft; entstehende Abwärme kann kaum genutzt werden und führt zu einer niedrigeren Effizienz hinsichtlich der energetischen Wirkungsgrade. Hier setzt das Verbundprojekt Biogaseinspeisung an.

Zusammenfassung der Ergebnisse

Durch die Einspeisung aufbereiteten Biogases in Erdgasnetze kann das Biomasseangebot von der Energienachfrage entkoppelt und ein größerer Anteil des Biomassepotenzials klimaschonend erschlossen werden. Gleichzeitig eröffnen sich neue Nutzungsarten, wie die Verstromung in modernen KWK-Anlagen, die Verwendung als alternativer Kraftstoff oder die Nutzung in privaten Haushalten.

In dem BMBF-geförderten Verbundprojekt »Biogaseinspeisung« sollten die Möglichkeiten und Potenziale der Biogaseinspeisung realitätsnah bestimmt werden, indem Hemmnisse bei der Erzeugung, Aufbereitung, Einspeisung und Verteilung von Biogas über das Erdgasnetz identifiziert und Lösungsansätze zu ihrem Abbau entwickelt wurden. Zentrales Element der Arbeiten war der Aufbau eines Gioinformationssystems (GIS) und dessen Anwendung auf die beiden Modellregionen Niederrhein und Altmark. In einem interdisziplinären Team auf Ökonomen, Ökologen, Ingenieuren, Juristen, Raumplanern und Geographen wurden Aspekte wie

• das naturräumlich gegebene Biomassepotenzial für einen nachhaltigen Energiepflanzenanbau,
• die Logistik von Biomassetransporten,
• die Optimierung von Standorten für Biogasanlagen, ihre Substratversorgung und mögliche Einspeispunkte,
• die Auswirkungen der Biogaseinspeisung auf das Erdgasnetz,
• die politischen, rechtlichen und sozio-ökonomischen Rahmenbedingungen einer nachhaltigen Biogaseinspeisung und
• die für die Erzeugung, Aufbereitung und Einspeisung von Biogas erforderlichen Technologien

untersucht. Im Rahmen der Arbeiten wurden Technologien zur fermentativen sowie thermochemischen Erzeugung und Aufbereitung von Erdgassubstituten evaluiert und hinsichtlich der mit der Umsetzung verbundenen Kosten bilanziert. Ferner wurden die Möglichkeiten zur dynamisierten Biogasproduktion sowie die mit der Biogaseinspeisung verbundenen rechtlichen Rahmenbedingungen untersucht.

Parallel wurde ausgehend von einer analytische Beschreibung und Bilanzierung des Technologiepfades der Biogaseinspeisung eine geeignete GIS-Applikation konzeptioniert und aufgebaut. Dazu wurden verschiedene Datensätze (landwirtschaftliche Flächen, Tierhaltungsstandorte, Straßennetzwerke, Daten zur aktuellen Flächennutzung sowie zum Natur- und Landschaftsschutz, Daten zur Gasnetzinfrastruktur sowie Einspeisepunkten) in Datenbanken zusammengetragen und mit statistischen Kennzahlen zu landwirtschaftlichen Erträgen, verfahrenstechnischen Parametern, sowie aktuellen Kenndaten zu Kosten und Emissionen kombiniert.

Die so entstandene Applikation ermöglicht erstmals eine anlagenbezogene Bilanzierung der Treibhausgasemissionen (THG), der real verfügbaren Biomassepotenziale und der Kosten für deren Erschließung. Zusätzlich können Aussagen zum THG-Minderungspotenzial, Biogaspotenzial sowie des nötigen Investitionsbedarfs für ganze Regionen abgeleitet werden.

Aus Sicht des Klimaschutzes ist zusätzlich zur Ausweitung nachwachsender Rohstoffe als Substrat für Biogasanlagen vor allem die Aktivierung von Wirtschaftsdünger oberstes Gebot, da Gülle-Biogasanlagen teilweise als Treibhausgassenken wirken. Über den gesamten Prozess betrachtet sind insbesondere im Bereich Biomasseanbau (Düngung), Biogaserzeugung, aber auch bei der Biogasaufbereitung weitere THG-Minderungseffekte erreichbar. Demgegenüber spielen Transporte bei der Emissionsbilanz nur eine untergeordnete Rolle. Weiterhin sind große Biogasanlagen mit Gaseinspeisung energieeffizienter und klimafreundlicher als kleinere Anlagen.

Als Grundlage zur Entwicklung einer langfristigen Biomethan-Strategie wurden Szenariorechnungen bis zum Jahr 2050 durchgeführt, wobei die Annahmen zur Änderung auf der Angebotsseite zur Biogaserzeugung als auch der Nachfrageseite im Energiesystem an dem BMU-Leitszenario angelehnt sind. Die Betrachtungen zeigen, dass über den Betrachtungszeitraum bis 2050 viele Optionen existieren, Biomethan so einzusetzen, dass Treibhausgasemissionen vermieden und ein Beitrag zum Klimaschutz geleistet werden kann.

Für Deutschland wurde unter Beachtung der Nachhaltigkeitskriterien aus dem BMU-Leitszenario sowie agrarökonomischer Gegebenheiten ein Biomasseeinspeisepotenzial für von 3,9 Mrd. m3/a für 2020 und 7 Mrd. m³/a für 2030 abgeleitet. Das hiermit verbundene Minderungspotenzial liegt abhängig vom gewählten Nutzungspfad – KWK, Fahrzeugkraftstoff oder Wärmeerzeugung – zwischen 6 und 17 Mio. t CO₂-Äquivanenten im Jahr 2020 (2030: zwischen 9,7 und 30 Mio. t). Gelingt es nicht, das wirtschaftsdüngerpotenzial zu erschließen, sinkt die erzeugbare Menge Biogas auf 2,1 Mrd. m³ (2030: 6,4 Mrd. m3) sowie das Klimaschutzpotenzial auf Werte zwischen 4 und 15 Mio. t CO₂-Äquivalente (2030: zwischen 7 und 25 Mio. t).

Infrastrukturelle Hemmnisse bei der Erschließung des deutschlandweiten Biogaspotenzials existieren nach heutigem Kenntnisstand nicht, bzw. sind durch sorgfältige und detaillierte Planung grundsätzlich zu überwinden.

Projektpartner

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, Oberhausen (Koordination)

 

 

 Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH, Wuppertal

 

Institut für Energetik und Umwelt gGmbH, Leipzig

 

Ruhr-Universität Bochum, Institut für Berg- und Energierecht, Bochum

 

Hochschule Magdeburg-Stendal, Institut für Wasserwirtschaft und Ökotechnologie (IWO), Fachbereich Wasser- und Kreislaufwirtschaft, Magdeburg

 

E.ON Ruhrgas AG, Essen

 

alta4 Geoinformatik AG, Trier

 

Kontakt

Dipl.-Ing. Wolfgang Urban
Fraunhofer UMSICHT

E-Mail: biogaseinspeisung [at] umsicht.fraunhofer.de

Projektwebsite

www.biogaseinspeisung.de

Veröffentlichungen

Der Abschlussbericht "Biogaseinspeisung" kann hier heruntergeladen werden.

Biogaseinspeisung-Projektflyer

 (pdf - 204 KB)

 

Wolfgang Urban, Kai Girod und Heiko Lohmann, 2008: Technologien und Kosten der Biogasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz. Ergebnisse der Markterhebung 2007-2008. Oberhausen.

Michael Jandewerth, 2008: Biogaseinspeisung in das Erdgasnetz: Aufbau und Anwendung eines Geoinformationssystems zur Analyse regionaler Biogaspotenziale und zur Standortfindung für die Biogaseinspeisung. Tagungsband zur 17. Jahrestagung des Fachverbandes Biogas in Nürnberg, 15.-17.01.08, S. 183-188

Wolfgang Urban, 2008: Technologien und Kosten der Erzeugung von Erdgassubstituten aus Biomasse – Vorstellung der Ergebnisse aus der aktuellsten Erhebung. Tagungsband zur 17. Jahrestagung des Fachverbandes Biogas in Nürnberg, 15.-17.01.08, S. 175-181

Wolfgang Urban, 2007: Technologien, Kosten, Perspektiven und Entwicklungen der Biomethanerzeugung aus Biomasse. In: E-world Energy & water, 11. Fachkongress der Landesinitiative Zukunftsenergien NRW, Fachkonferenz Biogas, Essen, 07.02.2007

Wolfgang Urban, 2007: Potenziale und Technologien der Biomassenutzung und der Biogaseinspeisung in Deutschland. Schriftenreihe "Gewässerschutz – Wasser – Abwasser" Band 207: 40. ESSENER TAGUNG für Wasser- und Abfallwirtschaft vom 14. bis 16. März 2007 in Aachen, hrsg. von Johannes Pinnekamp, Aachen: Gesellschaft zur Förderung der Siedlungswasserwirtschaft an der RWTH Aachen e.V. (12 Seiten)

Wolfgang Urban, Michael Jandewerth und Boris Dresen, 2007: Klimaretter Biogas? DVGW energie|wasser-praxis, Nr. 11, S. 10-14

Wolfgang Urban, Michael Jandewerth und Boris Dresen, 2007: Biogaseinspeisung in das Erdgasnetz: Aufbau und Anwendung eines Geoinformationssystems zur Analyse regionaler Biogaspotenziale und zur Standortfindung für die Biogaseinspeisung. 16. Symposium Bioenergie - Festbrennstoffe, Flüssigkraftstoffe, Biogas. Kloster Banz. Hrsg.: Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V., Regensburg, S. 205-210, ISBN: 978-3-934681-62-0