Am 19. Februar 2009 hielt Dipl.-Ing. Norbert Nordmeyer, E.ON Mitte Wärme GmbH in Kassel, einen sehr gut besuchten Vortrag in der Göttinger HAWK Hochschule für Angewandte Wissenschaft und Kunst, Fakultät Naturwissenschaft und Technik, zum Biogasprojekt Hardegsen. Am 30. April wurde diese Anlage von uns besichtigt. Die Erläuterungen zur Anlage gaben Herr Nordmeyer und Herr Michael Schnelle für den Betreiber.

Ansicht der Bioerdgasanlage Hardegsen mit Fahrwaage (vorn links), Fermentern und Nachgärern (hinten links - mittig) und Gasaufbereitung (rechts)

In Hardegsen-Hevensen baute die E.ON Mitte Wärme GmbH, eine Tochtergesellschaft der E.ON Mitte AG in Kassel, gemeinsam mit dem Unternehmen C4 Energie AG eine Anlage zur Erzeugung von Biogas aus nachwachsenden Rohstoffen. Dieses Biogas wird anschließend im gleichen Komplex zu Bioerdgas aufbereitet und in eine Hochdruck-Erdgasleitung mit 16 bar eingespeist. In diesem Bericht wird zunächst auf die wesentlichen Aussagen im Vortrag von Herrn Nordmeyer eingegangen und im zweiten Teil die Anlage in Hardegsen-Hevensen in einer Grafik und einigen Fotos vorgestellt.

Zu Beginn des Vortrags am 19.02. wurde kurz die E.ON  Mitte Wärme GmbH mit ihren wichtigsten Kenngrößen sowie die Gründe für die Ausgliederung der Stromerzeugungsanlagen vorgestellt und dann ausführlich auf die Energieerzeugung und -verwertung aus Biomasse eingegangen:

Wenn von speziellen örtlichen Situationen - wie z. B. dem Bioenergiedorf Jühnde bei Dransfeld (von uns besichtigt am 27.04.2006) oder der Biogasanlage Lelbach (von uns besichtigt am 29.03.2006) abgesehen wird - besteht das grundsätzliche Problem sehr vieler Biogasanlagen in der zur Wirtschaftlichkeit erforderlichen gleichzeitigen und vollständigen Nutzung von erzeugter Wärmeenergie und elektrischer Energie. Diese Problematik war auch Thema des gemeinsam mit VDI und DGS veranstalteten Vortragsabends in Kassel am 10.06.2008.

Die erzeugte elektrische Energie über Mittelspannungsleitungen in Verbrauchszentren weiterzuleiten stellt in aller Regel kein Problem dar. Anders sieht dies bei der Wärmeenergie aus, denn besonders bei größeren Anlagen fehlen häufig am gleichen Ort relevante Verbraucher. Im Fall Jühnde sind diese vorhanden, bei der Anlage in Lelbach war die Trocknung von Holzschnitzeln vorgesehen. Jedoch selbst bei gegebenem Wärmebedarf besteht das Problem der Anpassung an schwankenden Bedarf über das Jahr gesehen, denn ein Fermenter zur Gaserzeugung kann wegen der vielen aktiven Bakterien nicht einfach angehalten und später wieder schnell gestartet werden.

Es ist daher je nach örtlichen Gegebenheiten u. U. wirtschaftlicher, das erzeugte Biogas gemäß der obigen vereinfachten Grafik (© E.ON Ruhrgas AG) soweit aufzubereiten, dass Erdgasqualität erreicht wird und dieses Gas dann in ein bestehendes Leitungsnetz einzuspeisen. Hierbei sind alle dessen Anforderungen wie u. a. die Aufbereitung auf H- oder L-Gas und somit der zugehörige Brennwert und der Wobbeindex usw. einzuhalten.

Zur Errichtung der Anlage in Hardegsen ist die E.ON Mitte Wärme GmbH eine Partnerschaft mit dem Unternehmen C4 Energie AG eingegangen, in die beide Partner ihre Kompetenzen einbrachten. Darüber hinaus wurden Verträge mit Landwirten in der Umgebung zur Versorgung mit Biomasse abgeschlossen. Die Aufgabenverteilung ist dem nachstehenden Schaubild (© E.ON Mitte Wärme GmbH) zu entnehmen.

Mit 42 landwirtschaftlichen Betrieben, die auf Flächen zwischen 2 und 200 ha - in Summe ca. 800 ha - vorwiegend Mais, in geringerem Maß auch Roggen-GPS (Ganzpflanzensilage) anbauen, wurden Verträge über längere Zeiträume geschlossen. Der bei der Ernte gehäckselte Mais (Halm inkl. Kolben, in der Milchreife) und die restlichen Produkte in einer Gesamtmenge von ca. 50.000 t/a wird in einem Zeitraum von etwa sechs Wochen in Fahrsilos eingelagert. Dort entsteht unter Luftabschluss durch Milchsäuregärung die Silage. Zusätzlich wird mit einem Gesamtmengenanteil von etwa 10 % Gülle über das Jahr verteilt in einen separaten Lagerbehälter eingebracht für die anschließende Zudosierung in die Fermenter. Der am Ende des Fermentationsprozesses nach Ausgasung entstehende hochwertige und geruchlose Flüssigdünger in einer Menge von 40.000 t/a wird von den Landwirten wieder auf die Felder ausgebracht. So ist der Nährstoffkreislauf geschlossen.

Die Fa. C4 Energie AG entwickelt, baut und betreibt - vorwiegend im norddeutschen Raum - Biogasanlagen, deren wesentlichster Bestandteil die Fermenter zur Erzeugung des Gases sind. In Hardegsen ist sie mit örtlichen Partnern aus Landwirtschaft und deren Verbänden eine gesellschaftsrechtliche Verbindung zur Biogaserzeugung eingegangen. Aus der angelieferten Biomasse werden jährlich knapp 9 Mio. Nm³  Biogas produziert, die einer Energieerzeugung von etwa 47 Mio. kWh entsprechen. In den Fermentern wird unter Luftabschluss - also in einem anaeroben Prozess - Biogas zu ca. 90% aus Kohlenhydraten in Form der Silage und aufgrund der notwendigen Impfung mit Bakterien zu ca. 10 % aus Gülle erzeugt. 

Das stündlich mit etwa 1.000 m³ produzierte Gas besteht zu gut 50 % aus Methan (CH₄) und knapp 50 % Kohlendioxid (CO₂), außerdem enthält es je nach Menge und Zusammensetzung der zugefügten Gülle noch Schwefelwasserstoff (H₂S) und Ammoniak (NH₃).    

In der anschließenden Gasaufbereitung gemäß obiger Grafik (© MT-BioMethan GmbH) werden in einer Vorreinigung zuerst zunächst NH₃ und H₂S entfernt (Schwefel wird als Dünger genutzt) und dann mittels des Aminwäsche-Verfahrens das im Rohbiogas enthaltene Kohlendioxid abgesondert. Hierzu werden leicht alkalische wässrige Lösungen von Aminen wie beispielsweise Ethanolamin-Derivate eingesetzt, die dieses saure Gas reversibel chemisch absorbieren. In einem nachgeordneten Verfahrensschritt wird das saure Gas durch Erhitzen wieder vom Amin getrennt und aufgrund der ursprünglich beim Wachstum der Pflanze wirksamen Photosynthese CO₂-neutral in die Umgebungsluft abgegeben. Diese Menge inkl. eines Methanverlustes beträgt etwa 470 m³/h, sodass rund 550 m³/h Bioerdgas mit einer Brennstoffleistung von ca. 5,5 MW zur Verfügung stehen. Über eine elektrisch angetriebene Druckerhöhung, eine Odorierung und eine Messanlage mit Prozessgaschromatograph (PGC) wird das zu über 95 % aus Methan bestehende verbleibende Gas mit  L-Gas-Qualität ins Hochdrucknetz der E.ON Mitte AG eingespeist und gesondert bilanziert.   

Aufgrund der geänderten Rahmenbedingungen durch Novellierung relevanter Gesetze darf u. a. ein Netzbetreiber wie die E.ON Mitte AG weder Gas noch Strom erzeugen noch damit handeln. Gemäß EEG (Erneuerbare Energien Gesetz) wurde daher eine Biogasbilanzierung gemäß obiger Grafik (© E.ON Mitte Wärme GmbH) geschaffen. Die Einspeisung des Gases erfolgt durch die E.ON Mitte Wärme GmbH in Hardegsen. Die Ausspeisung und -verwertung mit ca. 2,9 MW elektrischer Leistung und ca. 3,3 MW Wärmeleistung erfolgt an fünf Standorten mittels BHKW, hierunter in Baunatal (Sporthalle und Schwimmbad), Gladenbach und Hessisch-Lichtenau. Der bei durchschnittlich 5.800 Jahresbenutzungsstunden erzeugte Strom wird - vergütet nach dem EEG - ins Netz geleitet, die Wärme vollständig an Ort und Stelle verwertet. Die untere Grafik zeigt das realisierte Gesamtkonzept der Anlage (© E.ON Mitte Wärme GmbH). 

In seinem Vortrag ging Herr Nordmeyer auf etliche weitere Aspekte ein, die hier nicht wiedergegeben werden können, um den Umfang des Berichts nicht zu sehr auszudehnen. Alle Interessierten wurden von ihm und Herrn Dipl.-Ing. Harald Engelhardt, dem Leiter unserer Zweigstelle Göttingen des VDE Bezirksvereins Kassel, zur Besichtigung der Anlage für den 30.04., also kurz nach der offiziellen Inbetriebnahme, eingeladen.

Die während des Vortrags von Herrn Nordmeyer gezeigten Folien können Sie sich unter Downloads + Links oben rechts ansehen bzw. herunterladen.

Nun zur Besichtigung der Anlage am 30. April. Die nachstehende Beschreibung der Anlagenkomponenten orientiert sich am von der E.ON Mitte Wärme GmbH zur Verfügung gestellten Funktionsschema:

Bioerdgasanlage Hardegsen - Funktionsschema (©  E.ON Mitte Wärme GmbH)

1. Antransport über Fahrwaage

Dipl.-Ing. Norbert Nordmeyer erläutert Exkursionsteilnehmern die Gesamtanlage auf der Waage stehend. Dritter von links Betreiber Michael Schnelle. Im Hintergrund der abgedeckte Fahrsilo 2

Innerhalb einer Kampagne von etwa sechs Wochen wird von den vertraglich verpflichteten Landwirten Maissilage angefahren und in fünf Fahrsilos, von denen zum Zeitpunkt unserer Besichtigung zwei fertig gestellt und mit der Ernte des vergangenen Jahres befüllt waren, gelagert. Um diese Lieferung den Landwirten vergüten zu können, erfolgt der Antransport über eine Fahrwaage. Die in Hardegsen aufgebaute Unterflurwaage besitzt eine Tragfähigkeit von 60 t, hat Brückenabmessungen von 18 x 3 m und besteht aus einer zweiteiligen Betongrube mit drei Fundamenten, zwei Wiegebrücken mit je vier Wägezellen und dem Waageterminal mit einer Großaußenanzeige. Mit der Fahrzeugwaage werden alle An- und Ablieferungen für die Biogasanlage gewichtsmäßig erfasst. Hierzu werden die ankommenden Fahrzeuge komplett gewogen und gleichzeitig erfolgt die Qualitätskontrolle der Substrate hinsichtlich Wassergehalt und Störstoffen (Erdreich, Steine, Äste usw.).

Nach dem Abladen in den nachstehend beschriebenen Fahrsilos wird das leere Fahrzeug nochmals gewogen. Aus der Differenz ergibt sich die gelieferte Substratmenge. Die Zuordnung der Lieferanten bzw. Abholer erfolgt durch individuelle IDs (Kontendaten) oder manuelle Eingabe. Die erfassten Daten werden in einem PC gespeichert. Jede Wiegung wird durch eine schriftliche Wiegenote protokolliert. Die Waage wurde von einer zugelassenen Stelle geeicht und ist somit für Abrechnungszwecke zugelassen.

2. Fahrsilo 1 bis 5

Die derzeit zwei, künftig fünf Fahrsilos (Silo 1 siehe oben) haben jeweils eine Breite von 25,4 m, eine Länge von 104 m, eine Silowandhöhe von 4 m, fassen ca. 10.000 t Silage und bestehen aus einer wasserdichten Bitumen-Asphaltdecke mit Neigung nach vorn und seitlich zur Silowand zu den vorhandenen Entwässerungsrinnen, einem Entwässerungssystem aufgetrennt für Regenwasser und Sickersaft sowie den Silowänden aus Betonfertigteilen. Die Abdeckung der Rohstoffe erfolgt mit Abdeckplanen, Schutznetzen, Beschwerungssäcken und Spanngurten.

In den Fahrsilos erfolgt die Einlagerung der frisch gehäckselten Rohstoffe (Maissilage, Getreide-Ganzpflanzensilage, Grassilage) direkt nach der Ernte. Die Konservierung der Rohstoffe erfolgt durch Silieren der gehäckselten Pflanzenteile. Das Häckselgut wird durch Befahren mit schweren Geräten und anschließendem luftdichten Abdecken mit Silofolie und Silonetzen verdichtet und erhalten. Im Silierprozess wird im Siliergut enthaltener Zucker bzw. Stärke durch Bakterien in Milchsäure und geringfügig in Essigsäure umgewandelt. Hierbei sinkt der pH-Wert auf einen Wert von 4,0 bis 4,5. Dadurch werden verschiedene Schadbakterien am Wachstum gehindert. Besondere Beachtung findet auch die Entwässerung der Flächen. Der Sickersaft der Silagen muss vom Regenwasser getrennt und in die Biogasanlage eingeleitet werden. Dies erfolgt durch verschließbare Zwei-Wege-Kanalsysteme und eine Pumpe mit Zuleitung zum Vorlagebehälter.

3a. Feststoffeinbringsystem 1 und 2 

Betreiber Michael Schnelle erläutert das Feststoffeinbringsystem. In der Bildmitte ist der Hydraulikantrieb des Schubbodens, hinten im Bild die Hochförderschnecke zu erkennen

Die beiden Feststoffeinbringsysteme bestehen jeweils aus einem befahrbaren Bunker mit einem Volumen von ca. 170 m³ aus Stahlbeton mit integriertem Schubboden, der per Radlader mit Silage befüllt wird. Da die Fütterungsmenge der Fermenter etwa 60 t / Tag beträgt, müssen die Feststoffeinbringsysteme dreimal am Tag mittels Radlader aus den Fahrsilos befüllt werden. Der Aufgabebunker hat ein leichtes Gefälle zur Dosierwanne, um den Ablauf von Flüssigkeiten zu unterstützen. Auf dem Fußboden ist eine Auflage aus verschleißfestem Kunststoff aufgebracht, um den Betonboden vor mechanischen Einflüssen zu schützen. Mit dem Schubboden wird die Silage in je eine Dosiereinheit aus Edelstahl mit Wiegesystem und elektrisch angetriebener Querförderschnecke eingetragen.

Nach dem Verwiegen der Silage wird diese über die ca. 7 m lange Querförderschnecke einer 8 m langen Hochförderschnecke zugeführt und anschließend mit einer Stopfschnecke von ca. 3 m Länge in die Fermenter eingetragen. Das Feststoffeinbringsystem dient der Versorgung der Fermenter mit nicht pumpfähiger Biomasse wie z. B. Silage. Da die Nährstoffe zur Aufrechterhaltung einer stabilen und unterbrechungsfreien Gasproduktion mehrmals täglich in konkret festzulegenden Zeitintervallen zuzuführen sind, ist die Beschickung automatisiert.

3b. Vor- bzw. Lagerbehälter

Anlieferung von Gülle und Einbringung in den Vorlagebehälter, rechts im Bild.
Im Hintergrund zwei der insgesamt drei Gärproduktlager

Der Vorlagebehälter mit 10 m Durchmesser und einer Höhe von 4 m fasst ca. 315 m³. Er dient dem Anfahrbetrieb und dem laufenden Prozess, um eine stabile Versorgung der Biogasanlage mit Impfsubstrat und flüssigem Wirtschaftsdünger sicher zu stellen. Das Substrat wird in dem Annahmebehälter zwischengelagert und von dort bedarfsgerecht direkt in die Fermenter gepumpt.

4. Fermenter 1 und 2 

Tragluftfolienabdeckung der wärmeisolierten Fermenter mit dem Radialgebläse zur Druckhaltung (links) und Regelstation der Warmwasserumlaufheizung (rechts)

Die Fermenter sind Stahlbetonrundbehälter mit 26 m Durchmesser, einer Gesamthöhe von 16 m und einem Fassungsvermögen von ca. 4.250 m³. Sie wurden in Ortbetonbauweise errichtet, mit einem Leckerkennungssystem versehen und mit den Nachgärern mittels Pumpleitung verbunden. Wird Gärsubstrat in die Fermenter gefördert, so wird über das geschlossene Pumpsystem eine gleiche Menge in die nachgeschalteten Nachgärer überführt. Zur Vermeidung von Schwimmschichten, zur Substrathomogenisierung und zur Substratumwälzung sind die Fermenter mit vier verstellbaren Tauchmotorrührwerken je 18,5 kW Antriebsleistung ausgerüstet. Die Temperatur- und Prozessführung im Fermenter erfolgt mittels Warmwasserumlaufheizung an der Behälterinnenwand. Die Substrattemperatur wird auf ca. 40 °C gehalten, dies wird als "mesophil" bezeichnet. Die Behälter sind mit Polystyrol-Hartschaumplatten von außen gegen Wärmeverlust isoliert und an den Wänden mit Alu-Trapezblechen verkleidet. Jeder Behälter ist mit einem umlaufenden Arbeitssteg aus Metallelementen zur Durchführung der regelmäßigen Sichtprüfungen und Überwachungsmaßnahmen umgeben. Alle Arbeitsstege sind untereinander verbunden.

Prozessbild der Bioerdgasanlage Hardegsen mit den beiden Fermentern, den beiden Nachgärern (obere Reihe) und den drei Gärproduktlagern (untere Reihe). Deutlich erkennbar sind die per Folien getrennten Luftpolster (grün) über dem erzeugten Gas (hellblau)

Die Behälter werden jeweils mit zwei kegelförmig geschnittenen Folien und einer speziellen Folienklemmschiene gasdicht verschlossen. Zwischen den Folien wird durch ein außen angebrachtes Radialgebläse und eine nachgeschaltete Überdruckklappe ein maximaler Überdruck von 3,0 mbar erzeugt und abgesichert. Dieser Druck überträgt sich über die PE-Gasmembranfolie auf den Gasraum der Fermenter und ergibt so den Biogas-Systemdruck. Das durch den Anaerobprozess produzierte Rohgas wird in dem Niederdruckgasspeicher über dem Substratspiegel zwischengespeichert, durch andere Bakterien biologisch entschwefelt und in die Gärproduktlager geleitet.

5. Schaltzentrale und Pumpenraum

Mit Hilfe von drei je 60 m³/h fördernden Exzenterschneckenpumpen von 7,5 kW Antriebsleistung (Bild siehe oben), die in den Pumpenräumen installiert sind, ist es möglich, die Substrat-Füllstände in sämtlichen Behältern zu steuern. In der Schaltzentrale sorgt die automatische Wärmeverteilung dafür; dass die Heizsysteme der Fermenter sowie der Nachgärer mit Warmwasser versorgt werden.

In der Schaltzentrale ist die Anlagensteuerung, bestehend aus Hauptsteuerschrank und Anlagen-PC, zur zentralen Steuerung der Biogasanlage untergebracht. Mit der Steuerung, Fabrikat Siemens S7, können die Verfahrenskomponenten automatisch oder durch manuelles Eingreifen gesteuert werden. Der Hauptsteuerschrank beinhaltet im Wesentlichen die Stromversorgung mit den entsprechenden Schaltern, Verteilungen und Sicherungsbauteilen, die Systemsteuerung mit den Ein- und Ausgangsmodulen sowie die Telefonmeldeanlage für Störungsmeldungen. In einem Systemprotokoll werden Störungen und Schaltvorgänge sowie Meldungen der Biogasanlage aufgezeichnet. Die Daten werden in einer Datenbank hinterlegt und ausgewertet. Die Erfassung der Daten erfolgt über entsprechende Mess- und Wiegeeinrichtungen sowie über Sensoren, die in den entsprechenden Anlagenkomponenten untergebracht oder im Pumpenraum installiert sind. Die beiden Betreiber, unter ihnen Michael Schnelle, erhalten Störmeldungen über die Telefonmeldeanlage und können sich von zuhause über den Zustand der Anlage mittels der Prozessbilder und Störmeldungen informieren.

6. Nachgärer 1 und 2

Die Nachgärer sind ebenfalls Stahlbetonrundbehälter, die wie die Fermenter in Ortbetonbauweise errichtet wurden. Weitere wesentliche Bestandteile sind, ebenso wie bei den Fermentern Betonmittelstütze, Bodenplatte, Betonsohle, Revisionsöffnung, Leckerkennungssystem, Tauchmotorrührwerke, Dachunterkonstruktion, Traglufthaubenabdeckung mit integriertem Niederdruckgasspeicher, integrierte Wandheizung, Isolierung und Trapezblechverkleidung. Bei vollen Nachgärern wird Gärflüssigkeit in die Gärproduktlager eingebracht.

Die Nachgärer sind in Aufbau und Funktion vergleichbar mit den Fermentern. In den Nachgärern findet eine weiterführende Behandlung der noch nicht vollständig vergorenen Substrate statt. Aus diesem Grund sind die Nachgärer ebenfalls beheizt, isoliert und mit Rührwerken und Gasspeichern ausgerüstet, haben aber im Gegensatz zu den Fermentern bei sonst gleichen Abmessungen nur drei Rührwerke je 17 kW Antriebsleistung. Das produzierte Gas wird ebenfalls dem Gärproduktlager und von dort der Gasaufbereitungsanlage zugeführt.

Teilnehmer der Besichtigung der Bioerdgasanlage Hardegsen zwischen einem Fermenter (links) und einem der drei Gärproduktlager (rechts)

7. Gärproduktlager 1 bis 3

Aus den Nachgärern wird vergorenes Substrat über das Pumpsystem in die drei Gärproduktlager überführt. Auch diese sind monolithische Stahlbetonrundbehälter, allerdings bei 30 m Durchmesser und 17 m Höhe mit einem Fassungsvermögen von ca. 5.650 m³ errichtet. Zur Erhöhung der Gasspeicherkapazität der Gesamtanlage sind die Behälter wie die Fermenter und Nachgärer mit einer Traglufthaubenabdeckung mit integriertem Niederdruckgasspeicher ausgestattet. Zur Vermeidung von Schwimmschichten sowie zur Homogenisierung und Umwälzung des vergorenen Substrates werden zwei Tauchmotorrührwerke mit je 18,5 kW Antriebsleistung verwendet. Durch die Prozesse in den Fermentern werden die Feststoffe der eingesetzten Substrate soweit abgebaut, dass das Gärprodukt problemlos gepumpt werden kann.

Für die Entnahme von Gärprodukten stehen ein zentraler Abtankplatz und zwei Standardabtankplätze zur Verfügung. Die Abtankplätze sind flüssigkeitsdicht aus Stahlbeton hergestellt. Sie erhalten ein Gefälle zur Rückführung von Überlaufmengen. Die Pumpleitungen für die Entnahme des Gärproduktes werden mindestens 4 m oberhalb Geländeoberkante durch die Behälterwände geführt. Das mittels Tankwagen entnommene Gärprodukt wird als nahezu geruchsloser organischer Dünger auf landwirtschaftliche Flächen ausgebracht. Das Biogas wird der Gasaufbereitung zugeleitet.

8. Notfackel

Die Notfackel (siehe Bild links) dient zur Gasverwertung bei Stillstandszeiten (Wartung, Ausfall etc.) der Gasaufbereitungsanlage. Die vorgesehene Fackel ist in der Lage, sowohl Biogas als auch Biomethan zu verwerten. Die Notfackel besteht aus der Gasausströmereinheit mit einem zweistufigen Austrittsventil und einer Gaslochblende zur Bestimmung der Gasaustrittsmenge, einer vollautomatischen Zündeinrichtung mit Hochspannungszündelektroden und einer Flammenüberwachung mittels Temperaturfühler. Die Verbrennungsluft wird über die fest einstellbaren Öffnungsfenster dem Brennraum zugeführt. Das Flammenführungsrohr sorgt für den abgegrenzten Brennraum und bewirkt eine Mischung des Brenngases mit der Verbrennungsluft. Die Fackelsteuerung dient zum kontrollierten Ein- und Ausschalten der Fackel und zum Schließen des Ausströmventils bei Fehlfunktionen. Die Durchsatzleistung der Notfackel beträgt entsprechend der Anlagengröße maximal 1.400 m³/h bei einer Verbrennungstemperatur von 800 °C.

9. Thermoölkessel

In einer Containeranlage feuert ein Brenner für Rohbiogas in einen mit Spezialöl gefüllten Kessel mit einer Leistung von 1.000 kW. Ein Kamin dient zur Abführung der Verbrennungsgase. Die Wärmeleitungen verbinden den Kessel zur Regeneration der Aminlösung in der Gasaufbereitung mit den Verteilanlagen zwischen den Fermentern und den Nachgärern. Das als Wärmeträger verwendete Thermal- oder Thermoöl mit einer Vorlauftemperatur von 215 °C hat gegenüber Wasser einen deutlich höheren Siedepunkt (bis ca. 300 °C) und kann daher als Wärmeträger eine höhere spezifische Energiemenge übertragen. Es wird dort eingesetzt, wo trotz hoher erforderlicher Temperaturen kein Dampf eingesetzt werden soll. Die Wärmeenergie wird primär für die Regeneration der Amin-Waschlösung genutzt und bei Bedarf auch direkt zu den Fermentern und Nachgärern geleitet, wo sie den Gärprozess unterstützt und die Prozesstemperatur auf ca. 40 °C hält. Das Umlaufvolumen beträgt 40 m³/h.

10. Gasaufbereitung Aminwäsche

Vor der Notfackel stehend erhalten die Teilnehmer Informationen zu dieser und der im Hintergrund links stehenden Gasaufbereitungsanlage von Herrn Nordmeyer 

Die Gasaufbereitungsanlage nach dem Prinzip der Aminwäsche, bestehend aus Ventilen und Armaturen, Gebläse, Aktivkohlefilter usw., ist in zwei aneinander gestellten Stahlrahmencontainern untergebracht. Davor steht als Außenanlage eine Waschkolonne, in der die eigentliche Methananreicherung stattfindet. Die Gasaufbereitung hat zum Ziel, das Kohlendioxid (CO₂) möglichst vollständig aus dem Biogas zu entfernen und so den Methananteil auf über 95% zu bringen. Dies geschieht durch das drucklose BCM^®-Verfahren: Zuerst wird das Rohbiogas in einem Kühlwäscher von Wasserdampf, Ammoniak, Aerosolen und Stäuben befreit, anschließend mittels Aktivkohlegranulat von Schwefelbestandteilen in Form von Schwefelwasserstoff (H₂S) und ggf. Siloxanen gereinigt und dann der Waschkolonne zugeleitet. Hier wird das CO₂ in der Waschlösung absorbiert und später bei der Regeneration durch Wärmezufuhr wieder ausgetrieben und nach einer Messung in 10 m Höhe an der Waschkolonne an die Umgebungsluft abgegeben. Die Abwärme aus der Regeneration (ca. 200 kW bei 65 °C) wird für die Fermenterbeheizung genutzt. Das aufbereitete Gas wird analysiert, durch Kühlung entfeuchtet und anschließend in der benachbarten Gaskonditionierung weiter behandelt. Das entsprechende Kondensat wird in die Fermenter zurückgeleitet. Die technischen Daten der Gasaufbereitung nach dem Prinzip der Aminwäsche lauten:

11. Gaskonditionierung

Die Gaskonditionierung ist in einem separaten Sondercontainer untergebracht. Es sind Zuspeisungen für Rohbiogas und für Luft vorgesehen, die in einem statischen Mischer mit dem Gesamtvolumen verwirbelt werden. Für die Dosierung der einzelnen Komponenten sind Massendurchflussmesser und Regelventile eingebaut. Der Schaltschrank befindet sich in einer abgetrennten, gasdichten Sektion des Containers. Das aufbereitete Gas muss noch an die Vorgaben des Gasnetzbetreibers angepasst werden. Dazu dienen Brennwert (Hs) und Wobbe-Index (Ws) als Kriterien. Je nach Zusammensetzung des aufbereiteten Gases muss Luft oder Rohbiogas oder beides zugemischt werden. Erreicht das Gas nicht die Qualitätskriterien, wird es zur Notfackel geleitet und dort unschädlich entsorgt.

Gasaufbereitung (links) und Gaskonditionierung mit den beiden Verdichtern (rechts)

12a. Gasdruckerhöhung Schraubenverdichter

In einem separaten schallgeschützten Container ist ein Schraubenverdichter für Einspeisedrücke von 4,0 bis 14,5 bar untergebracht. Für den störungsfreien Betrieb sind Tischkühler auf dem Containerdach vorgesehen. Für den Normalbetrieb ist ein Wärmetauscher zur Weiterführung der Wärme an die Fermenter vorgesehen. Der Schalt- und Steuerschrank befindet sich in einem abgetrennten, gasdichten Bereich des Containers. Das aufbereitete und konditionierte Biogas muss vor der Einspeisung noch auf einen Druck komprimiert werden, der etwas höher liegt als der momentane Leitungsdruck. Dazu wird für den Normalfall ein elektrisch angetriebener einstufiger Schraubenverdichter eingesetzt, der den Vorteil hat, kontinuierlich, ohne Pulsation und mit relativ geringen Betriebskosten zu arbeiten. Die nutzbare Abwärmeleistung dieses Schraubenverdichters beträgt 100 kW bei eine Vorlauftemperatur von 70 °C und wird für die erforderliche Prozesswärme genutzt. 

12b. Gasdruckerhöhung Kolbenverdichter

In einem weiteren schallgeschützten Container ist ein Kolbenverdichter für Einspeisedrücke von ebenfalls 4,0 bis 14,5 bar untergebracht, ebenfalls mit einem Tischkühler auf dem Containerdach versehen. Auch hier befindet sich der Schalt- und Steuerschrank in einem abgetrennten, gasdichten Bereich des Containers. Dazu wurde für höhere Drücke ein elektrisch angetriebener Kolbenverdichter erforderlich. Dieser zweite Verdichter dient ferner als Reserve für die Grundlast. Die Verlustwärme lässt sich bei der Kolbenmaschine nicht auskoppeln.

13. Messstation mit PGC und Odorierung

Über die Einspeisemessanlage wird das aufbereitete und konditionierte Biogas vor der Netzeinspeisung geeicht gemessen. In der Station befinden sich die Dosierstation für die Zugabe eines Odorstoffes (Warngeruchsstoff) sowie der zentrale Datenübertragungspunkt. Am Eingang der Messtrecke wird über eine Sonde im 5-Minutentakt eine Gasprobe entnommen, die über einen Prozessgaschromatographen (PGC) analysiert wird. Mit einem Rechner wird aus den Analysedaten der Brennwert des Biogases berechnet. In der Messtrecke sitzt ein Drehkolbengaszähler. Über Druck- und Temperaturkompensation wird mit Hilfe eines Mengenumwerters der Normvolumenstrom ermittelt. Normvolumenstrom und Brennwert ergeben dann die ins Netz eingespeiste Energiemenge in kWh. Am Messstreckenausgang wird dem Gas der Odorstoff zudosiert. Er verleiht dem Gas den bekannten, unangenehmen Warngeruch. Damit erkennt ein Gaskunde frühzeitig Undichtheiten in seiner Hausinstallation.

Die Messanlage ist ausgelegt für eine Maximalleistung von 1.000  Nm³/h bei 16 bar. Der maximale Betriebsdruck beträgt 14,5 bar. Alle Prozessdaten der Biogasanlage werden zentral in der Einspeisemessanlage gesammelt und mittels Fernwirktechnik über ein Lichtwellenleiterkabel (LWL) zur Leitstelle von E.ON Mitte nach Kassel übertragen.

14. Gasnetz

Nördlich der Bioerdgasanlage verläuft eine 16-bar-Gasleitung von E.ON Mitte parallel zur Gewerbeallee. Eine weitere Leitung in der Nähe mit Druckstufe 25 bar wird von E.ON Avacon betrieben. Die Gasleitung der E.ON Mitte führt Erdgas nach folgenden Kriterien:

Für die Einspeisung in das Erdgasnetz gelten die Gasnetz-Zugangsverordnung (GasNZV) mit der zugehörigen Gasnetz-Entgeltverordnung (GasNEV), ferner u. a. die Regeln der Deutschen Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e. V. (DVGW), z. B. G 260, G 262, G 685. Die Erdgasleitung nimmt das aufbereitete, konditionierte und odorierte Biogas physikalisch auf. Der gesamte stoffliche Gasstrom richtet sich nach der jeweiligen Abnahme durch Kunden längs dieser Leitung. Kommerziell wird das eingespeiste Biomethan mehreren Blockheizkraftwerken (BHKW) wie bereits während des Vortrags in Göttingen erläutert in für vollständige Wärmenutzung geeigneten Objekten zugeordnet und dort nach den Regeln des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) in elektrische Energie und Wärme umgewandelt.

15. Transformatorenstation

Und schlussendlich muss auch diese Anlage aus den während des Vortrags und der Besichtigung geschilderten Gründen mit elektrischer Energie aus dem Mittelspannungsnetz der E.ON Mitte AG versorgt werden. Zur Versorgung aller am Projekt beteiligten Unternehmen C4 Energie AG (Biogaserzeugung), E.ON Mitte Wärme GmbH (Gasaufbereitung) und E.ON Mitte AG (Gasverdichtung, -verrechnung und -einspeisung) sind zwei Transformatoren mit je 630 kVA, 20/0,4 kV installiert, je einer für die Liefer- und Leistungsumfänge von C4 Energie AG und E.ON. Von den zugehörigen Niederspannungsverteilungen führen Kabelverbindungen über Verrechnungszähler zu den einzelnen Anlagenteilen.

Soweit der Bericht über Vortrag und Exkursion zur Bioerdgasanlage Hardegsen. Sollten Sie als Leser darüber hinaus weitere Fragen haben, steht Ihnen Dipl.-Ing. Norbert Nordmeyer unter den oben rechts unter Kontakte angegebenen Daten gern zur Verfügung.

Eine Fotoserie über den Bau der Anlage finden Sie bei der E.ON Mitte Wärme GmbH unter diesem Link.

Wolfgang Dünkel
Obmann Exkursionen und Öffentlichkeitsarbeit  

Texte zum Berichtsteil Besichtigung erstellt unter Verwendung der in der Anlage aushängenden Schemata mit erklärendem Text (© C4 Energie AG und E.ON Mitte Wärme GmbH)

Alle nicht gekennzeichneten Bilder und Bildmontagen © Wolfgang Dünkel

(last update 17.05.2008)