Zentrales Interesse des beantragten Projektes ist der nachhaltige Betrieb von Biogasanlagen auch nach der EEG-Förderung bei gleichzeitiger Nutzung von regional verfügbaren biologischen Rest- und Abfallstoffen als Substrat. Als Beispielregion wird der Landkreis Osnabrück betrachtet, der zum einen mit dem Masterplan 100% Klimaschutz ambitionierte Klimaschutzziele verfolgt und zum anderen mit ca. 85 Biogasproduktionsanlagen eine repräsentative Anzahl an bestehenden Biogasanlagen aufweist. Das Projekt möchte eine regionale Perspektive einnehmen: Das bedeutet, dass die Modellregion nicht nur Untersuchungsgegenstand ist, sondern die Akteure und deren Zielsysteme berücksichtigt werden. Die Biogaswirtschaft wird in ihren regionalen Bezügen wahrgenommen und nicht isoliert betrachtet.
Grundlage ist die modellhafte Analyse der konkreten Biogaswirtschaft: Hierzu zählen auf der Erzeugerseite der Substratbedarf, die Leistung der bestehenden Biogasproduktionsanlagen und ihrer BHKWs sowie die regional verfügbaren Mengen an Rest- und Abfallstoffen. Neben dem derzeit am weitesten verbreiteten Biogasgeschäftsmodell, der Verstromung im BHKW mit konstanter Einspeisung und paralleler Wärmenutzung, werden weitergehende Geschäftsmodelle zur energetischen und stofflichen Nutzung von Biogas untersucht. Es werden sowohl einzelbetriebliche Lösungen als auch Anlagenpools und genossenschaftliche Vermarktungswege von Biogasprodukten betrachtet und jeweils Energie- und Stoffstromanalysen durchgeführt. Die regionale Analyse kann damit zum einen die in nationalen Studien ermittelten Biogaspotenziale auf Reststoff- und Abfallbasis mit regionalen Verfügbarkeiten sowie Synergien oder Konkurrenzen mit anderen Verwertungswegen vergleichen und verifizieren. Zum anderen kann die Betrachtung von regional sinnvollen Anlagenclustern Geschäftsmodelle aufzeigen, die sich weder aus übergeordneten Systemstudien noch aus anlagenspezifischen Analysen ergeben.
Aus den Untersuchungen werden Handlungsempfehlungen für Gebietskörperschaften abgeleitet, wie der regionale Systembeitrag von Biogasanlagen aktiv gesteuert und erhalten werden kann. Die Geschäftsmodelle sollen sich dabei auch an möglichen Wertschöpfungsketten orientieren, die heute für Einzelanlagen noch nicht ökonomisch umgesetzt werden können und ggf. Handeln von Seiten der Regionalpolitik erfordern.
Der Ausbau des regenerativ bedienten Stromsystems erfordert einen optimierten flexiblen Betrieb der bestehenden und neu zu errichtenden Biogasanlagen. Bisher verfolgte Ansätze zur Flexibilisierung wie die Biomethaneinspeisung, eine Kapazitätserhöhung für Gasspeicher und BHKW oder die Speicherung von Zwischenprodukten zum Beispiel aus der Substratvorbehandlung sind oft durch eine fehlende Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Da-gegen bietet ein optimiertes Substratmanagement in Form einer modellbasierten prädikativen Regelung der Fermenterbeschickung vor allem aus wirtschaftlicher Sicht ein breites Anwendungspotenzial. Infolge fehlender Einbeziehung hydrodynamischer Prozessabläufe in das entwickelte Regelungskonzept erweist sich die technologische Umsetzung dieses Ansatzes derzeit noch als problematisch. Im Rahmen des geplanten Projektes OptiFlex sollen diese bestehenden Grenzen überwunden und eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für die Post-EEG Zeit für einen stabilen und nachhaltigen flexiblen Anlagenbetrieb entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Durch Kopplung einer modellbasierten prädiktiven Regelung zum Fütterungsmanagement mit einer angepassten Regelung der hydrodynamischen Prozessabläufe sollen bisher vorliegende Optimierungsansätze zusammengeführt und weiterentwickelt werden. Aufbauend auf ersten funktionalen Zusammenhängen zwischen den Substrateigenschaften und dem sich ausbildenden Strömungszustand ist ein umfassender Regelalgorithmus für alle zentralen und peripheren Anlagenkomponenten abzuleiten. Neben einer ausrüstungsseitigen Anpassung zielt das Projekt auf die Vorbereitung einer breitenwirksamen MSR-seitigen Nachrüstung bestehender Biogasanlagen als Voraussetzung für einen prozessstabilen, flexiblen Anlagen-betrieb ab. Zu diesem Zweck arbeiten erstmals Partner aus Forschung, Anlagenbau und Prozessautomatisierung gemeinsam an einer umfassenden technischen Lösung für einen optimierten flexibilisierten Anlagenbetrieb.
Der weitere Ausbau des regenerativ bedienten Stromsystems erfordert einen optimierten flexiblen Betrieb der bestehenden und neu zu errichtenden Biogasanlagen. Bisher verfolgte Ansätze zur Flexibilisierung wie die Biomethaneinspeisung, eine Kapazitätserhöhung für Gasspeicher und BHKW oder die Speicherung von Zwischenprodukten zum Beispiel aus der Substratvorbehandlung sind oft durch eine fehlende Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Dagegen bietet ein optimiertes Substratmanagement in Form einer modellbasierten prädikativen Regelung der Fermenterbeschickung vor allem aus wirtschaftlicher Sicht ein breites Anwendungspotenzial. Infolge fehlender Einbeziehung hydrodynamischer Prozessabläufe in das entwickelte Regelungskonzept erweist sich die technologische Umsetzung dieses Ansatzes derzeit noch als problematisch. Im Rahmen des geplanten Projektes OptiFlex sollen diese bestehenden Grenzen überwunden und eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für die Post-EEG Zeit für einen stabilen und nachhaltigen flexiblen Anlagenbetrieb entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Durch Kopplung einer modellbasierten prädiktiven Regelung zum Fütterungsmanagement mit einer angepassten Regelung der hydrodynamischen Prozessabläufe sollen vorliegende Optimierungsansätze zusammengeführt und weiterentwickelt werden. Aufbauend auf funktionalen Zusammenhängen zwischen den Substrateigenschaften und dem sich ausbildenden Strömungszustand ist ein umfassender Regelalgorithmus für alle zentralen und peripheren Anlagenkomponenten abzuleiten. Neben einer ausrüstungsseitigen Anpassung zielt das Projekt auf die Vorbereitung einer breitenwirksamen MSR-seitigen Nachrüstung bestehender Biogasanlagen als Voraussetzung für einen prozessstabilen, flexiblen Anlagenbetrieb ab. Zu diesem Zweck arbeiten erstmals Partner aus Forschung, Anlagenbau und Prozessautomatisierung gemeinsam an einer umfassenden technischen Lösung für einen optimierten flexibilisierten Anlagenbetrieb.
Der weitere Ausbau des regenerativ bedienten Stromsystems erfordert einen optimierten flexiblen Betrieb der bestehenden und neu zu errichtenden Biogasanlagen. Bisher verfolgte Ansätze zur Flexibilisierung wie die Biomethaneinspeisung, eine Kapazitätserhöhung für Gasspeicher und BHKW oder die Speicherung von Zwischenprodukten zum Beispiel aus der Substratvorbehandlung sind oft durch eine fehlende Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Dagegen bietet ein optimiertes Substratmanagement in Form einer modellbasierten prädikativen Regelung der Fermenterbeschickung vor allem aus wirtschaftlicher Sicht ein breites Anwendungspotenzial. Infolge fehlender Einbeziehung hydrodynamischer Prozessabläufe in das entwickelte Regelungskonzept erweist sich die technologische Umsetzung dieses Ansatzes derzeit noch als problematisch. Im Rahmen des geplanten Projektes OptiFlex sollen diese bestehenden Grenzen überwunden und eine effiziente und wirtschaftliche Systemlösung für die Post-EEG Zeit für einen stabilen und nachhaltigen flexiblen Anlagenbetrieb entwickelt und unter Praxisbedingungen demonstriert werden. Durch Kopplung einer modellbasierten prädiktiven Regelung zum Fütterungsmanagement mit einer angepassten Regelung der hydrodynamischen Prozessabläufe sollen bisher vorliegende Optimierungsansätze zusammengeführt und weiterentwickelt werden. Aufbauend auf ersten funktionalen Zusammenhängen zwischen den Substrateigenschaften und dem sich ausbildenden Strömungszustand ist ein umfassender Regelalgorithmus für alle zentralen und peripheren Anlagenkomponenten abzuleiten. Neben einer ausrüstungsseitigen Anpassung zielt das Projekt auf die Vorbereitung einer breitenwirksamen MSR-seitigen Nachrüstung bestehender Biogasanlagen als Voraussetzung für einen prozessstabilen, flexiblen Anlagenbetrieb ab. Zu diesem Zweck arbeiten erstmals Partner aus Forschung, Anlagenbau und Prozessautomatisierung gemeinsam an einer umfassenden technischen Lösung für einen optimierten flexibilisierten Anlagenbetrieb.
<p>Etwa 9.000 Biogasanlagen gibt es in Deutschland. Für viele läuft bis zum Jahr 2030 die Festvergütung für den erzeugten Strom nach Erneuerbare-Energien-Gesetz aus. Wie sie danach ökologisch und ökonomisch weiter betrieben werden könnten, zeigt eine neue Studie. Potenziale liegen etwa in einem höheren Einsatz von Gülle und einer zeitlich flexiblen Stromproduktion je nach Auslastung der Stromnetze.</p><p>In Deutschland wurden Ende 2018 etwa 9.000 Biogasanlagen betrieben, davon 8.800 Biogasproduktionsanlagen mit Vor-Ort-Verstromung und rund 200 Biogasaufbereitungsanlagen. Unterscheiden lassen sich folgende Kategorien:</p><p>Gemäß den <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/optionen-fuer-biogas-bestandsanlagen-bis-2030-aus">Ergebnissen des UBA-Forschungsprojekts „Optionen für Biogas-Bestandsanlagen bis 2030 aus ökonomischer und energiewirtschaftlicher Sicht“</a> kommen je nach Art und Größe der Anlage und den regionalen Gegebenheiten drei Modelle in Frage, die alle zukünftig von Bedeutung sein werden:</p><p><strong>Betriebsmodell 1</strong> kommt für Anlagen in Betracht, die momentan hauptsächlich nachwachsende Rohstoffe (NaWaRo) nutzen. Ohne wesentliche technische Änderungen könnten sie den Anteil der NaWaRo an ihrem Substratinput verringern, bei gleichbleibender Güllemenge. Dies senkt die Kosten, da NaWaRo – im Gegensatz zu Gülle – kostenpflichtig zugekauft oder produziert werden müssen. Auch für Umwelt und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klima#alphabar">Klima</a> ist dieses Modell vorteilhaft, denn der Anbau von Mais und anderen Energiepflanzen bringt etwa den Einsatz von Düngern, Pflanzenschutzmitteln und fossilen Treibstoffen für Landmaschinen mit sich. Dieses Betriebsmodell ist besonders für Anlagen mit hohen Kosten für NaWaRo und solche in Regionen mit hohem Viehbesatz und Gülleanfall geeignet. </p><p><strong>Betriebsmodell 2</strong> sieht vor, dass die Biogasanlage ihr Biogas nicht wie bisher sofort verstromt und ins Netz einspeist, sondern in Abstimmung mit dem Stromnetztbetreiber zu bestimmten Tageszeiten. Für diese Systemdienstleitung vergüten Netztbetreiber den Strom höher, so dass dieses Modell wirtschaftlich reizvoll sein kann. Allerdings sind zunächst Investitionen nötig: Um das Gas bis zum nächsten Zeitpunkt der Stromeinspeisung aufzufangen, müssen Gasspeicher nachgerüstet werden, zusätzliche weitere Verstromungseinheiten, um das Gas dann während des Zeitfensters der Einspeisung in Strom umzuwandeln.</p><p>Im <strong>Betriebsmodell 3</strong> werden die Vor-Ort-Verstromungsanlagen zu Anlagen mit Biogasaufbereitung zu Biomethan umgestellt. Eine solche Umrüstung ist nur für größere Biogasanlagen sinnvoll und ist mit zusätzlichen Kosten für die Aufbereitung verbunden. Dies gilt sowohl für landwirtschaftliche Biogasanlagen, als auch für Bioabfallanlagen. Biomethan kann ins Erdgasnetz eingespeist werden und ist flexibel einsetzbar, etwa als regenerativer Kraftstoff an Gastankstellen.</p><p>Die Politik sollte die Weichen stellen, um die Entwicklung der Biogas-Bestandsanlagen in eine ökologisch sinnvolle Richtung zu lenken: weg von der Nutzung extra angebauter Energiepflanzen hin zu einer Nutzung von Rest- und Abfallstoffen, wie Gülle oder Bioabfälle.</p><p>Für Güllekleinanlagen sowie Anlagen mit hohem Gülleanteil sollte die Festvergütung nach Erneuerbaren-Energien-Gesetz fortgeführt werden, damit sie weiterhin wirtschaftlich betrieben werden können. Das nutzt dem Klima, da aus der Gülle entweichendes Methan in Biogasanlagen aufgefangen und zur Erzeugung erneuerbaren Stroms eingesetzt werden kann.</p><p>Weitere Handlungsempfehlungen hat das UBA im <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/aktuelle-entwicklung-perspektiven-der">Projekt „Aktuelle Entwicklung und Perspektiven der Biogasproduktion aus Bioabfall und Gülle“</a> und in <a href="https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/foerdervorschlaege-fuer-biogas-bestandsanlagen-im">„Fördervorschläge für Biogas-Bestandsanlagen im EEG“</a> erarbeiten lassen.</p>