Buch der Synergie
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TEIL C
Methan (Biogas)
Ausgewählte Länder (II)
China
Die Biogas-Technik ist hier schon seit etwa 70 Jahren bekannt, aber noch oft wird mehr der anfallende Dünger als das Gas genutzt. Bereits 1929 experimentierte Luo Guorui in der Provinz Guangdong mit dem Biogas, und 1957 erschien in der Provinz Hubei das erste Handbuch zu dem Thema: ‚Dünger, Treibstoff, Brennstoff’. Ein Jahr später gab es in der Provinz Zhejiang 41 Versuchsanlagen. 1958 wurden dann im Rahmen einer Ausstellung in Guangdong die Prioritäten festgesetzt: Dörflicher Maschinenantrieb und Hausbeleuchtung. Außerdem wurde die Empfehlung ausgesprochen, eine Kleinstanlage für Haushalte zu entwickeln.
1972 wird als eines der Forschungs- und Entwicklungsziele der Chinesischen Akademie die Ausstattung von über 70 % der dörflichen Haushalte mit Kleinstanlagen definiert, wobei die Prioritätenreihenfolge nun lautet: Brennstoff, Hygiene, Dünger. Bei einer Erfassung im Jahr 1975 wird die Zahl von 460.000 Anlagen genannt, doch nur drei Jahre später sollen es bereits 7 Millionen sein, und man veröffentlicht Richtlinien für eine Standardisierung der Biogas-‚drei-in-eins’-Anlagen (Dunggrube, Abort und Biogasfermenter). Ebenfalls 1978 entscheidet die Partei, daß weiterhin jährlich eine Million Anlagen neu zu bauen sind.
Der beliebteste Anlagentyp ist ein mit einem sogenannten ‚Wasserdrucktank’ versehenes Kleinsystem, dessen Preis – je nach Größe – zwischen 10 und 30 yuan liegt (1 yuan = ca. 12 DM) und bei dem eine ein- bis zweimal jährlich stattfindende Reinigung ausreicht (Stand 1980).
Am Stadtrand von Peking wird 1982 ein 100-Häuser-Versuchsdorf geplant, das fast ausschließlich mit Solar-, Wind- und Bioenergie versorgt werden soll. Es handelt sich um ein deutsch-chinesisches Pilotprojekt, das mit 10 Mio. DM vom BMFT gefördert wird. Das ‚Neue Solardorf’ soll 140 Bauern-Haushalte mit insgesamt 650 Einwohnern umfassen.
1986 gibt es schon 9 Mio. Anlagen, die etwa 1,5 % des gesamten Brennstoffbedarfs des Landes decken und bis 1990 soll die Biogasnutzung in China auf 20 Mio. Haushalte ausgedehnt werden. Laut einem Bericht des Ausschusses für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung Ende 2002 schätzt China sein Energiepotenzial von Biogas auf jährlich 145 Milliarden m³, was auch ausreichen würde, um die gesamte chinesische Landbevölkerung mit Energie zum Kochen und Beleuchten zu versorgen. Die Bereitstellung dieser Menge erfordere zirka 200 Mio. Biogasanlagen – während es (dieser Quelle zufolge) derzeit erst rund 5 Mio. gäbe.
Während meiner Recherchen stoße ich jedoch auch auf eine Aussage von 2003, der zufolge in der Volksrepublik China insgesamt 7 Mio. kleine Biogasanlagen gebaut wurden – die heute allerdings größtenteils nicht mehr in Betrieb sein sollen. Die Schätzungen variieren also um einen sehr großen Betrag – doch offiziellen chinesischen Statistiken zufolge gibt es Ende 2005 in China 18,07 Millionen Familien, die selbst produziertes Biogas verwenden, sowie 3.556 größere Projekte, die mit ländwirtschaftlichen Abfällen Biogas produzieren.
DDR (bis 1990)
Der erste Biogasmotor der DDR wird 1987 im Klärwerk Waßmansdorf getestet, es war ein Ottomotor mit acht Zylindern, an dem ein 690 kW Generator angekoppelt war. Gebaut wurde er auf Basis eines Schiffsdiesels von dem Magdeburger Schwermaschinenbaukombinat Karl Liebknecht (SKL). Die guten Resultate führen zu dem Vorhaben, in den folgenden Jahren in Waßmansdorf vier SKL-Biogasmotoren zur Stromversorgung einzusetzen.
1989 erprobt die SKL Magdeburg einen weiteren Motor, der speziell für Deponiegase entwickelt worden war. 1990 sollte eine Variante dieser Neuentwicklung auf einer Deponie im Schwedischen Malmö in Betrieb gehen.
Indien
Hier wurden Biogas-Anlagen bereits in der 1930er Jahren eingeführt, wobei die entsprechende Forschung zu Beginn im Umfeld der Sewage Purification Station in Dadar in Bombay stattfand. Die Anlagen waren aber noch teuer und wenig effizient. In den 20 Folgejahren entwickelt Jashbhai Patel diverse neue Kleinmodelle, und 1961 entscheidet sich die Khadi and Village Industry Commission (KVIC) für sein effektiveres und wartungsarmes System, obwohl es zu diesem Zeitpunkt auch schon andere Personen und Gruppen gibt, die mit Biogas experimentieren. Die KVIC-Anlagen besitzen eine Gasglocke aus Metall, die sich je nach Gasmenge hebt oder senkt.
Um 1979 soll es bereits rund 80.000 Stück dieser Anlagen geben. Ein staatlicher Plan sieht vor, diese Zahl schon bis 1980 auf 100.000 Stück anzuheben, und die Bauern bekommen von der Regierung einen 20 bis 25%igen Kaufzuschuß, während die restlichen 75 % über einen Bankkredit aufgebracht werden. Häufig sind es sogenannte ‚Gobar-Anlagen’ (Gobar ist das Wort für Kuhmist in Hindi), die ebenfalls mit einer Metallgasglocke ausgestattet sind.
1981 wird das National Project for Biogas Development (NPBD) ins Leben gerufen, und seit 1982 existiert in Indien das auf der ganzen Welt erste und bisher einzige Ministerium für Erneuerbare Energien. In den Folgejahren gehen auch Versuche mit neuen Anlagen weiter, insbesondere mit dem rund 30 % billigeren Modell aus China, das von der nordindischen Planning Research and Action Division (PRAD) in Uttar Pradesh zu dem später weit verbreiteten ‚Janata’-Typ mit fester Tankdecke und ohne bewegliche Teile weiterentwickelt wird.
1997 gibt es in Indien bereits 2,5 Mio. Haushalte und Dörfer, die eine Biogasanlage besitzen – doch das Potential liegt noch weitaus höher: 1998 wird es von dem Tata Research Institute in Neu Delhi auf 12 Mio. Anlagen mit einer Gesamtleistung von 17.000 MW geschätzt. Die deutsche GATE spricht sogar von 30 Mio. 1-Haushalt-Anlagen sowie mindestens 600.000 Dorf-Anlagen. Im Jahr 2000 soll es bereits 2,7 Mio. Kleinanlagen geben.
Im Juni 2006 nimmt das deutsche Unternehmen SunTechnics zwei Biogas-Anlagen im indischen Bundesstaat Kerala erfolgreich in Betrieb. Die Energiesysteme unterstützen die Elektrifizierung der netzfernen Gemeinden Trippunithara und Kothamangalam im äußersten Südwesten Indiens. Beide Biogas-Anlagen befinden sich jeweils am örtlichen Marktplatz und versorgen mit einer Leistung von je 6,75 kW die Straßenlampen mit Strom.
Im September gründet die EnviTec Biogas GmbH in Saerbeck gemeinsam mit der Malavi Power Plant Ltd. in Bangalore die ‚EnviTec Biogas (India) Private Limited’, um mit deutschen Know-how das indische Unternehme bei der Realisierung von Biogasanlagen mit einer Gesamtleistung von 16 MW zu unterstützen. EnviTec Biogas ist eines der führenden Unternehmen in der Biogasbranche in Deutschland und gehört seit 1995 zu den Pionieren. Es ist das erste Unternehmen des Biogas-Sektors mit einem Engagement dieser Größenordnung auf dem indischen Subkontinent.
Indien hat 2002 etwa 3 Millionen Biogasanlagen, Ägypten, Peru und zahlreiche andere Länder besitzen dagegen jeweils nur bis zu 100 Biogasanlagen.
Jugoslawien (bis 1991)
Die Universität Nisch (jetzt Republik Serbien) stellt bereits 1984 einen Biogas-Traktor mit einer Leistung von 40 kW vor. Sein Einsatz ist für die Landwirtschaft der Provinz Woiwodina vorgesehen, wo besonders große Mengen ungenutzter Biomasse anfallen.
Korea
In Korea wurden ab den 1950er Jahren 30.000 kleine Biogasanlagen errichtet, seit den 1970ern sollen es sogar schon 70.000 sein.
2004 gibt es auch ein Projekt der Adventist Development and Relief Agency (ADRA), gemeinsam mit dem United Nations Office for the Coordination of Humanitarian Affairs (UNOCHA) bis zu 10.000 Landwirte in Nordkorea beim Bau von Biogasanlagen zu unterstützen.
Nepal
Nepal ist nach Indien und China inzwischen das Land mit der größten Erfahrung bei der Nutzung von Biogas. Die Nepalesen entwickeln die ersten Anlagen selbst und bereits in den 1970ern. Die ‚Vereinigten Nepal-Missionen’ rufen in den 1980ern eine christlich geführte Biogas-Gesellschaft ins Leben, und auch die GTZ fördert seit 1980 in einem überregionalen Programm die Biogastechnologie. Ab 1992 werden ferner 12.000 Anlagen mit holländischer Unterstützung gebaut; und derzeit gibt es insgesamt etwa 37.000 Anlagen (Stand 1995). Allerdings gibt es in Nepal auch 9 Mio. Kühe und 7 Mio. kleinere Haustiere, und das Potential für Biogasanlagen beträgt bis zu 1,3 Mio. Anlagen (die Einwohnerzahl liegt bei etwa 20 Mio.).
Der Wirkungsgrad bei der Verbrennung ist mit 60 % deutlich größer als bei Holz, so daß die Biogasnutzung angesichts der schwindenden und zunehmend teurer werdenden Holzvorräte für die einzelnen Familien auch billiger wird; eine Biogasanlage spart jährlich etwa 3 Tonnen Brennholz. Bis 2002 sollen – u.a. mit deutscher Hilfe – 100.000 Biogasanlagen gebaut werden. Die einzelne Anlage kostet zwischen 400 und 600 Mark – eine ziemlich große Summe für nepalesische Dorfbewohner, die dafür langfristige Darlehen aufnehmen müssen, z.B. bei der KfW. 2004 besitzen bereits 110.000 Familien eigene Biogasanlagen. Laut KfW sei von Anfang an entscheidend gewesen, die Qualität der Bauteile streng zu kontrollieren und die Wartungsverträge zu überwachen.
Österreich
Bereits 1980 investiert das 900jährige Zisterzienserkloster Mehrerau am Bodensee 600.000 DM, um eine Biogasanlage für seine 600 Stück Vieh zu errichten.
Philippinen
Die Umgebungstemperatur in den Philippinen liegt das ganze Jahr so zwischen 30°C und 40°C – ideal für Biogas. Zwecks Abfallbeseitigung und Umweltschutz unterstützt die Umweltbehörde DENR die Produktion von Biogas bei größeren Schweinezuchtbetrieben, die schon mit Güllebecken ausgerüstet sind.
Im Jahre 2000 gibt es rund 100 derartiger Biogasanlagen, danach werden noch knapp 50 weitere Anlagen von 5 m³ bis 10 m³ – teilweise mit Geld des UNDP – errichtet.
Der sich bereits im Ruhestand befindliche Ingenieur Gerry Baron entwickelt ebenfalls verschiedene angepasste Modelle des ‚Biodigester’, die er auch erfolgreich betreibt.
Schweiz
Während des zweiten Weltkrieges leistet die Kläranlage in Zürich einen bedeutenden Beitrag zur Energieversorgung der Stadt. Die über das Jahr 1945 gelieferte Menge Faulgas (vorwiegend Methan) deckt den Gesamtverbrauch der Stadt für knapp sieben Tage. Eine weitere aus dem Klärschlamm gewonnene Gasmenge, welche dem Gasbedarf von weiteren zehn Tagen entsprochen hätte, wird zu einem Treibstoffersatz verdichtet.
Dadurch werden innerhalb eines Jahres etwa 650.000 Liter Benzin substituiert. Noch in den 1950er Jahren beziehen die Fahrzeuge des Abfuhrwesens ihre Energie von der Kläranlage – die Gastankstelle befindet sich direkt bei der Kehrichtverbrennungsanstalt in der Josefstraße.
Mitte der 1980er Jahre beauftragt der Nationale Energie-Forschungs Fond (NEFF) eine Gruppe von Wissenschaftlern mit der Erforschung neuer Möglichkeiten auf dem Gebiet des Biogas.
Seit 1997 läuft in Samstagern im Kanton Zürich eine Anlage, die Grünabfälle aus Biotonnen vergärt. Das erzeugte Gas wird gereinigt und ins Verteilernetz der Gasversorgung Zürich eingespeist. 2006 gibt es 83 Gastankstellen in der Schweiz, von denen 22 Biogas (oder ‚Kompogas’) anbieten. Auch Busse fahren in der Schweiz bereits mit Biogas. Das Potential von landwirtschaftlich betriebenen Biogasanlagen liegt bei ca. 700 Anlagen bis 2020.
UdSSR (bis 1991)
Hier entwickelt man als Alternative zum Kerosin methanbetriebene
Flugzeugtriebwerke. Eine TU 155 der sowjetischen Luftlinie Aeroflot
mit zwei herkömmlichen und einem methanversorgten
Triebwerk landet so z.B. am 09.07.1991 auf dem Flughafen
Schönefeld bei Berlin. Das verflüssigte Methan wurde zwar
aus Erdgas gewonnen, man hätte sich aber auch anderer Ausgangsstoffe
bedienen können.
Der Entschluß zu dem Entwicklungsprogramm wurde während der sogenannten Ölkrise 1973 gefaßt, und bereits 1975 beginnt die Forschungsarbeit an einem Gas-Triebwerk. Die o.g. TU 155 (eine umgerüstete TU 154) macht ihren Jungfernflug im Januar 1989, eines der drei Triebwerke läuft wahlweise mit flüssigen Wasserstoff (s.d.) oder flüssigem Methan. Der kommerzielle Einsatz eines ersten gasbetriebenen zivilen Frachtflugzeuges, das als TU 156 bezeichnet werden sollte, war für Ende 1996 vorgesehen.
USA
In Oklahoma City existiert eine Umwandlungsanlage für Großstallabfälle mit einer Einleitung von 23 Mio. m3 pro Jahr. Betreiber ist die Anaerobic Processes Inc. (Calorific Recovery). Im Mai 1976 wird die Anlage von der US Federal Power Commission als Quelle für Pipeline-Gas zugelassen.
Der Chemie-Professor David Updergraff von der Colorado School of Mines hat die Firma Biogas of Colorado so erfolgreich gemangt, daß der von 40.000 Mastbullen anfallende Dung ausreicht, ein 50 MW Kraftwerk bei Lamar, südlich von Denver, die Hälfte seiner Zeit zu betreiben.
1988 werden in Kalifornien bereits 400 MW Elektrizität aus Biogas erzeugt.
2004 nimmt das deutsche Unternehmen Biogas Nord seine erste Biogasanlage in den USA in Betrieb, sie gehört einem Landwirt aus Wisconsin und produziert mit der Gülle von 1.350 Milchkühen 350 kW.
Andere Länder
Mit Biogas beschäftigen sich außerdem noch Bangladesch, Pakistan, Indonesien und Taiwan, allerdings in sehr unterschiedlichem Grad – beginnend von nur einer Modellanlage an der Hochschule des jeweiligen Landes, bis hin zu mehreren tausend Kleinanlagen (Stand 1985).
Grenzen der Methannutzung
Die hauptsächlichen Grenzen der Anwendung bilden zum einen der geringe Wirkungsgrad von Biogas-Anlagen, der nur etwa 25 % beträgt, zum anderen der sich negativ auswirkende Anteil von Schwefelwasserstoff im Gärungsgas. Der Nutzeffekt der Energiezufuhr zugunsten der hohen Temperaturen, die für die Verbindung des Wasserstoffs (aus Wasserdampf) mit Kohlenstoff zu Methan erforderlich sind, ist unbefriedigend. Sofern nicht moderne Isolationsmaterialien verwendet werden, stellen die Heizkosten denn auch den wesentlichsten Kostenfaktor des Prozesses dar, dessen optimale Temperatur immerhin 52°C beträgt. Hinzu kommt, daß in kälteren Regionen der Wirkungsgrad bes. im Winter noch weit niedriger ausfällt.
Der Flächenertrag ist gering, und die notwendige Sammlung des zu kompostierenden Mülls macht gerade in Bezug auf Großsysteme umfangreiche Subsysteme erforderlich. Bei Aquakulturen gibt es eine besonders hohe Transportmenge wegen des hohen Wassergehalts dieser Biomasse. Außerdem treffen wir gerade bei der Nutzung von Wasserhyazinthen auf das Entstehen einer Phasentrennung zwischen einer Schwimmdecke und einer Sinkstoffschicht innerhalb des Gärungsbehälters. Diese, auch bei anderen Anlagen und Nutzungsmodellen entstehende Schwimmdecke, die dort allerdings nicht so dick ist, muß immer wieder zerstört werden, um die Anlage funktionsfähig zu halten. Sie besteht meistens aus nicht umgesetzten Stroh-, Schilf-, Blatt- und Stengelresten, welche aber auch entfernt und separat kompostiert oder zum Mulchen verwendet werden können.
Wo bei den Modellen der ‚Angepaßten Technologie’ oftmals Probleme mit der Gasdichte der Anlagen auftreten, ist auch die Handhabbarkeit der technisierten Hochdruckspeicherung von Methan nicht ganz so einfach – in der Bundesrepublik entstehen außerdem auch noch besonders hohe Investitionskosten durch die verschärften Sicherheitsauflagen für Gasbehälter.
Ferner kommt hinzu, daß die für den Einsatz in Fahrzeugen üblichen 350 bar Flaschen bei Methan – verglichen mit anderen Gasen – eine viel zu geringe Speicherkapazität besitzen, als daß ihre Anwendung wirtschaftlich wäre.
Außerdem gibt es auch noch ökologische Probleme, sei es durch die zu schnelle Erschließung neuer Anbauflächen und dem damit verbundenen Raubbau an bestehenden Wäldern, oder durch die Bedrohung der in Monokultur angebauten und hochgezüchteten Pflanzen durch Schädlinge und Krankheiten, was wiederum einen starken Insektizid- und Pestizideinsatz erforderlich macht. Es liegt auch eine Gefahr in der Tatsache begründet, daß die in vielen Entwicklungsländern ohnehin schon zu geringe Nahrungsmittelproduktion in starke Konkurrenz zum ‚Energyfarming’ gerät.
In Indien ist die verzwickte Problematik dieser Energiealternative besonders klar sichtbar: Einmal sind die dortigen ‚Gobar-Anlagen’ wegen der verwendeten Metallgasglocke nicht heizbar, zum anderen ist die Finanzkraft der Bauern – trotz Zuschuß und Kredit – einfach zu schwach. Außerdem bringt die Nutzung von Kuhdung noch religiöse Probleme mit sich, da die ‚Heiligen Kühe’ ja auch heiligen Dung produzieren, wobei die Betroffenen in erster Line befürchten, daß dieser Dung durch die Beimischung anderer Exkremente entweiht wird.
1988 zeigt sich eine weitere Grenze: es wird ein drastischer Mangel an qualifizierten Leuten für die Wartung der Anlagen festgestellt.
Nun folgt eine kurze Darstellung des Methanhydrats, anschließend geht es mit dem Thema Biokraftwerke und Biodiesel weiter.