Auch die Wasserstoffmethanisierung, das zweite viel versprechende Verfahren aus den Hohenheimer Forschungslabors, könnte reines Biomethan liefern. Dabei wird mit überschüssigem Strom aus Sonnen- oder Windkraftanlagen durch Elektrolyse Wasserstoff erzeugt. Der wird in die Biogasanlage eingeleitet, und die dort arbeitenden Mikroorganismen produzieren aus Kohlendioxid und Wasserstoff ein weitgehend reines Methan. Die Hohenheimer Forscher hoffen, dass die neuen Verfahren in den nächsten zwei bis fünf Jahren praxistauglich werden und möglichst dezentral, also auch in kleineren Anlagen, zum Einsatz kommen können.

Kleinere und effizientere Biogasanlagen

Deutsche Biogasanlagen haben eine durchschnittliche Leistung von 450 Kilowatt. Nach der EEG-Novelle von 2014 erhalten Neuanlagen nur noch bis zu einer maximalen Leistung von 75 Kilowatt die höchste Förderung. Denn die schiere Größe und geringe Flexibilität ist eines der größten Probleme bestehender Biogasanlagen. Das meint auch Martin Falger, Geschäftsführer der in Karlsruhe ansässigen wusoa GmbH, die sich der Entwicklung von Kleinbiogasanlagen verschrieben hat: "Meines Erachtens sind die meisten Biogasanlagen zu groß gebaut worden, was dazu geführt hat, dass in Deutschland die Pacht- sowie die Grundstückspreise so in die Höhe schossen, dass kleinere und mittlere Landwirtschaftsbetriebe sich keine neuen Flächen mehr leisten können. Zudem müssen teilweise Substrate aus immensen Entfernungen angekarrt werden, um einen kostendeckenden Betrieb der Anlage zu gewährleisten. Wir wollen kleinere Anlagen bauen, die anfallende Abfall- und Reststoffe wie Gülle, Festmist, Bioabfälle und Grünschnitt direkt vor Ort in Energie umsetzen."

Laden... © wusoa GmbH (Ausschnitt) Rührwerk – vom Entenfuß abgeschaut | Optimierte Rührwerke könnten dabei helfen, den Energieverbrauch bei der Biogasproduktion zu reduzieren.

Dazu haben Falger und sein Team ein neues Anlagenkonzept entwickelt: "Die kleinstmögliche Anlage ist für einen Bauern mit 15 Kühen konzipiert, aber unsere Anlagen sind modular aufgebaut, das heißt, sie sind flexibel erweiterbar und auch wieder demontierbar. Die einzelnen Module bestehen aus Holz und einer Spezialfolie, und mit unserem nach dem Vorbild der Entenfüße entwickelten Paddel-Rührwerk lässt sich bei der Durchmischung des Substrats viel Energie sparen", erläutert Falger. Ab August 2015 wollen der Agrarwissenschaftler Oechsner und sein Team das neue bionische Rührwerk in der Versuchsanlage der Universität Hohenheim mehrere Monate auf seine Praxistauglichkeit prüfen. Nach Oechsners Berechnungen ließen sich durch 20 Prozent weniger Energieverbrauch bei der Rührwerkstechnik deutschlandweit jährlich 40 Millionen Euro einsparen. Die wusoa GmbH will außerdem in Kürze eine Pilotanlage mit seiner Modultechnik in Baden-Württemberg bauen.

Abwechslungsreicheres Futter für die Mikroben

Der intensive Maisanbau mit all seinen negativen Folgen steht besonders in der Kritik. Von den 11,9 Millionen Hektar Ackerland in Deutschland wurden im Jahr 2014 2,6 Millionen Hektar mit Mais bestellt. Die Ernte von einem guten Drittel dieser Fläche (900 000 Hektar oder zehnmal der Fläche Berlins) landete als Maissilage in den Biogasanlagen. Neben Silomais sind Gülle und Mist die Hauptsubstrate. Bioabfall und andere Reststoffe aus Industrie und Landwirtschaft machten im Jahr 2013 gerade einmal acht Prozent aus. Bei der energetischen Verwertung von organischen Reststoffen gibt es also noch viel Luft nach oben. Ein Blick in die Labors der Forscher zeigt, was alles möglich ist. Das Spektrum reicht von Hopfenranken und Fruchtschalen (Apfel- oder Weintrester) über Pferdemist und Gras aus der Landschaftspflege bis hin zu Grünschnitt und dem Biomüll der Kommunen.

Zu einer größeren Substratvielfalt könnte auch der von Bernd Linke entwickelte Schwimmbettfermenter beitragen. Linke ist Leiter der Abteilung Bioengineering am Leibniz-Institut für Agrartechnik in Potsdam-Bornim. In seiner kontinuierlich beschickten, zweistufigen Anlage wird die Biomasse zunächst von einer Flüssigkeit durchrieselt, bevor der flüssige Anteil in die zweite Gärkammer kommt. Durch die Trennung von fester und flüssiger Phase lassen sich Substrate mit hohem Feststoffanteil wie Stroh oder Grasschnitt effizienter vergären.

Linkes Forschung beschränkt sich nicht auf Deutschland. Gerade hat er gemeinsam mit Wissenschaftlern aus Nigeria eine Studie zur Verwertung von Melonen-, Bananen- und Kartoffelschalen veröffentlicht: "Die Methanausbeuten bewegen sich irgendwo zwischen Rindergülle und Maissilage, also durchaus in einem interessanten Bereich. Generell sehe ich ein großes Potenzial in Schwellen- und Entwicklungsländern." Und sein Hohenheimer Kollege Oechnser ergänzt: "Wenn Sie Fruchtsäfte herstellen, Ananas eindosen oder Kaffeebohnen vom Fruchtfleisch trennen, also überall dort, wo bei der Weiterverarbeitung von Früchten viel organische Masse anfällt und gleichzeitig viel Energie für die Verarbeitung benötigt wird, ist die Biogasnutzung ideal."