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ADAP Biogas in Ahrenshagen bei Rostock hat bereits 2005 einen geschlossenen Biogaskreislauf aufgebaut. Im Unternehmensverbund ADAP Rinderzucht beginnt dieser beim Futteranbau und reicht bis zur Versorgung von Wohngebäuden mit Wärme. Herzstück der Methangaserzeugung ist ein Bioextruder von Lehmann-UMT. Bioenergie ist heute in Deutschland ein zentraler Baustein der Energiewende, der eine sichere, regelbare Leistung im Strom- und Wärmesektor garantiert. 2020 stellten erneuerbare Energien mehr als 250 Milliarden kWh Strom bereit, womit über 45 % des Strombedarfs gedeckt werden konnten, so der Bundesverband Bioenergie. Biomasse trug mit einem Fünftel zu dieser Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien bei. Für diese 50,9 Milliarden kWh steuerten Biogas samt Methan-, Klär- und Deponiegas 33,5 Milliarden kWh, feste Biomasse 11,2 Milliarden kWh und der biogene Anteil des Abfalls 5,8 Milliarden kWh bei, heißt es vom Verband weiter. So konnten mit der Nutzung von Biomasse im Stromsektor Treibhausgasemissionen in Höhe von etwa 30,4 Millionen t CO₂ eingespart werden.

Bei ADAP Rinderzucht verfolgt man diesen Ansatz der Energieerzeugung schon seit bald zwanzig Jahren: Nachdem der Unternehmensverbund 1991 gegründet worden war, wurde 2005 auch ADAP Biogas in den Verbund integriert, wo seither Biogas erzeugt und weiterverwertet wird. „In einem geschlossenen Kreislaufsystem, der von der Futtermittelerzeugung über die Rinderzucht bis zur Verwertung der Abprodukte reicht, ist ADAP Rinderzucht mit 800 Kühen und 500 Jungrindern verantwortlich für das Hauptgeschäft des Verbundes – die Rinderzucht und Milchproduktion –, während ADAP Biogas im Nebengeschäft Strom und Wärme erzeugt“, berichtet Richard Schulz, Betriebsleiter von ADAP Biogas. Das für die Biogasherstellung genutzte Ausgangsmaterial ist Rinderfestmist aus den eigenen Haltungsanlagen sowie Silage aus eigenem Anbau, die nicht den Qualitätsanforderungen an Futter entspricht. Als Faustzahlen sind hierbei pro Rind knapp 300 Normkubikmeter Methan zu erwarten, pro Hektar Silomais sind es fast 6000. „Wir arbeiten mit zwei Biogasanlagen, die 2005 beziehungsweise 2006 in Betrieb gingen“, erzählt der Betriebsleiter. Nachdem das Biomaterial angeliefert wurde, komme es in einen Dosierer, der das Material mechanisch aufspaltet und über ein Förderband einem Bioextruder zuführt. Damit die Anlage nicht durch Fremdkörper beschädigt wird, arbeitet das Band mit einer Steinfilteranlage und einem Metalldetektor, die entsprechende Stoffe aussortieren. „Nachdem die Biomasse im Bioextruder hydrothermal aufgeschlossen wurde, wird sie in zwei Fermenter mit je 2000 m³ Faulraum eingetragen“, so Schulz. „Für die bakteriellen Zersetzungsprozesse verweilt sie hier 30 Tage, um dann noch einmal für 90 Tage in einen Nachgärer zu gehen.“ Das Methan, das sich bei den Zersetzungsprozessen in den Fermentern und dem Nachgärer bildet, wird schließlich abgezogen und der Stromerzeugung per Kraft-Wärme-Kopplung zugeführt. Die leeren Biostoffe, aus denen sich kein Methan mehr entwickelt, kommen in ein Endlager, von wo aus sie als Dünger auf die Äcker ausgebracht werden oder als Einstreu für die Kühe dienen.

Entscheidend für den Grad der Methangewinnung in Ahrenshagen waren von Beginn an die Bioextruder von Lehmann-UMT. Grundidee des in Jocketa entwickelten Bioextrusionsverfahrens ist der hydrothermale Aufschluss besonders ligninhaltiger Stoffe für die energetische Nutzung. Um diese Stoffe effizient abbauen zu können, werden hierbei die Ligninstrukturen aufgebrochen und damit die Zellulose- und Hemizelluloseketten freigelegt und den Mikroorganismen zugänglich gemacht. In den Bioextrudern, in denen zwei ungleichförmige, ineinander verzahnte Schnecken gegenläufig arbeiten, ist das Biosubstrat dafür hohen Beanspruchungen mit schnell wechselnden Druck- und Temperaturspitzen ausgesetzt. Dadurch wird das Material zugleich plastifiziert, verdichtet und aufgefasert. Indem das Substrat im schnellen Wechsel zwischen den Schnecken gequetscht, entspannt, erhitzt und abgekühlt wird, verdampft in der Biomasse wiederholt schlagartig Wasser – die Zellen werden per Dampfexplosion aufgefasert. Die aufgespaltenen Fasern besitzen nun eine vielfach größere Oberfläche, die von Bioorganismen besser angegriffen werden kann. Die Folge ist ein deutlich gesteigerter Biogasertrag. Sobald die aufgefaserte Biomasse in den Ahrenshagener Fermentern der Stoffwechseltätigkeit der Mikroorganismen ausgesetzt wird, erhalten die gebildeten Enzyme einen direkten Zugang zum Substrat, der im ersten Schritt für eine beschleunigte Auftrennung der Zellulose- und Hemizellulosestrukturen in verschiedene Zucker sorgt. Im zweiten Schritt kommt es zu der Erhöhung der Gasbildungsrate und des Abbaugrades.

Neben dem Aufschluss ligninhaltiger Biomasse und der erhöhten Methanerzeugung bringt das Bioextrusionsverfahren eine Reihe weiterer Vorteile mit sich. „Dazu gehört, dass das Substrat weniger aufschwimmt und sich gut im Behälter verteilt. Zugleich ist eine verbesserte Rohr-, Ventilpassier- und Pumpfähigkeit sowie eine Einsparung von Rührenergie zu konstatieren, weil das extrudierte Substrat in Mittellage geht und sich gut verteilt“, so Schulz. Außer der höheren Geschwindigkeit beim Biomasse­abbau, die aus der größeren Materialoberfläche resultiert, ist von verbesserten Reaktions- und Milieubedingungen auszugehen. „Vor allem verkürzen sich die Verweilzeiten bei erhöhten Ausfaulgraden.“ ADAP Biogas profitiert von diesen Vorteilen mittlerweile seit bald zwei Dekaden. Zugleich ist von einer hohen Anlagenverfügbarkeit auszugehen. „Natürlich gibt es hin und wieder Störungen durch Fremdkörper, das kann man nicht aus­schlie­ßen“, betont der Betriebsleiter. „Dadurch können die Module, die für das mechanische Zerkleinern der Biomasse zuständig sind, mehr verschleißen.“ Allerdings könne man für die Module auf der Materialeingangsseite sicher von Standzeiten von über 1200 Betriebsstunden ausgehen, für die hinteren – weniger beanspruchten – von deutlich mehr. „Die Extruder sind bei uns täglich 24 Stunden im Einsatz. Dabei laufen sie pro Stunde circa 40 bis 45 Minuten. Und das seit Jahren.“ ADAP Biogas arbeitet mit einem zwei Bioextruder vom Typ MSZ B 55, der bei einer Anlagenleistung von 2 x 55 kW stündlich bis zu 8 t Biomasse durchsetzt. Mit den Ausgangsmaterialien von ADAP lässt sich hierbei im Vergleich zu nicht extrudierter Biomasse die Methangasbildung um circa 30 % steigern.

Gegenwärtig wird in Deutschland der größte Teil des produzierten Biogases direkt am Entstehungsort verstromt, heißt es vom Bundesverband Bioenergie. Entscheidend vorangetrieben wurde diese Nutzungsart durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz. Die weitaus überwiegende Anzahl der Vor-Ort-Verstromungsanlagen würden Blockheizkraftwerke zur Stromerzeugung nutzen, die aus einem Verbrennungsmotor und einem Generator bestehen. Für die Verstromung des Biogases werden vor allem Gas-Otto- und Zündstrahlmotoren eingesetzt. So auch in Ahrenshagen: „Nachdem das Methan aus den Fermentern und dem Nachvergärer abgezogen wurde, läuft es erst durch eine Entschwefelung und dann durch einen Aktivkohlefilter, mit dem mechanische Schwebstoffe ausgefiltert werden, bevor es schließlich einem Gas-Otto-Motor sauber bereitgestellt wird“, schildert Schulz. Über die Verbrennung treibt dieser einen Generator zur Stromerzeugung an.

„Mit dem Bioextruder zentral in der Prozesskette erzeugt die Biogasanlage jährlich eine elektrische Leistung von 590 kW und eine thermische Leistung von 612 kW“, berichtet der Betriebsleiter weiter. Beide Energieformen werden vom ADAP-Verbund zu etwa 30 % selbst genutzt. Die weitaus größeren Anteile werden in das öffentliche Stromnetz eingespeist beziehungsweise für das Beheizen einer Kindertagesstätte der Gemeinde Ahrenshagen und von drei Wohnblöcken mit 45 Wohneinheiten verwendet. Die hier erreichte Einsparung an Heizöl beläuft sich pro Jahr auf etwa 50.000 l. Dass dabei, über den Prozess gesehen, Wirkungsgrade von 80 % und mehr erzielt werden, dass die in der Biomasse steckende Primärenergie also besonders effizient genutzt werden kann, daran hat der Bioextruder von Lehmann-UMT mit der erhöhten Methangasbildung einen ganz entscheidenden Anteil.