Die energetische Nutzung von Brauereireststoffen durch Vergärung und Verstromung sowie Einspeisung nach dem EEG

Inhaltsverzeichnis

Tabellen- und Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Einleitung

Aufgabenstellung

1 Grundlagen
1.1 Biomasse
1.2 Abfall
1.2.1 Abfallaufkommen
1.2.2 Abfallentsorgung
1.2.3 Organische Abfälle
1.3 Nutzung biogener Brennstoffe
1.4 Potential biogener Brennstoffe
1.4.1 Potentielle Biogaserträge in Zahlen
1.5 Zusammenfassung

2 Verwertung von organischen Abfällen
2.1 Grundlagen
2.2 Vergärung von Biomasse
2.2.1 Grundprinzip des Verfahrens
2.2.2 Mikrobiologie
2.3 Prinzipieller Aufbau einer Biogasanlage
2.3.1 Nassvergärung
2.3.1.1 Kontinuierliche Verfahren
2.3.1.2 Diskontinuierliche Verfahren
2.3.2 Trockenvergärung
2.4 Betriebsführung von Biogasanlagen
2.5 Vorteile von Biogasanlagen

3 Nutzungsmöglichkeiten für Biogas
3.1 Biogasaufbereitung
3.2 Einsatzformen
3.2.1 Heizkessel
3.2.2 Blockheizkraftwerke
3.2.2.1 BHKW- Module
3.2.2.2 Motorische Kraft- Wärme- Kopplung
3.2.3 Stirling- Motor
3.2.4 Brennstoffzellen
3.2.5 Einsatz als Kraftstoff im mobilen Bereich
3.2.6 Einspeisung in das Erdgasnetz

4 Rechtliche Grundlagen
4.1 Gesetze und Technische Anleitungen zum Bau und Betrieb
4.1.1 BauGB
4.1.2 BImSchG
4.1.3 TA Luft
4.1.3 TA Lärm
4.2 Gesetze und Verordnungen zur Biogaserzeugung
4.2.1 KrW- /AbfG
4.2.2 TASi
4.2.3 BestüVAbfV
4.2.4 BioAbfV
4.2.5 BiomasseV
4.2.6 TierKBG
4.3 Gesetze und Verordnungen zur Nutzung des Gärrückstandes
4.3.1 DüngMG
4.3.2 DüngMV
4.3.3 DüngeV
4.3.4 FuttMG
4.3.5 AbfKlärV
4.4 Gesetze zur Stromeinspeisung
4.4.1 Stromeinspeisungsgesetz
4.4.2 EEG
4.4.3 Erneuerbare- Energien- AusbauG

5 Brauerei
5.1 Allgemeine Informationen zu Brauereien in Deutschland
5.1.1 Die Deutsche Brauwirtschaft in Zahlen
5.1.2 Energiebedarf
5.2 Brauereireststoffe, Abwässer und Energiebedarf
5.3 Brauereireststoffe zur Vergärung in Biogasanlagen
5.4 Betriebliche Konsequenzen hinsichtlich der rechtlichen Grundlagen

6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
6.1 Faktoren der Wirtschaftlichkeit einer Biogasanlage
6.2 Berechnung zur Biogasproduktion
6.3 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
6.3.1 Betrachtung der Kosten
6.3.2 Betrachtung des Nutzen
6.3.3 Parameter der Kalkulation
6.3.4 Ergebnisse und Beurteilung
6.4 Fördermöglichkeiten
6.4.1 ERP- Umwelt- und Energiesparprogramm
6.4.2 KfW- Umweltprogramm
6.4.3 BMU- Programm zur Förderung von Demonstrationsanlagen
6.5 Zusammenfassung

7 Ausblick

8 Anhang
8.1 4. BImSchV
8.2 TA Luft
8.3 TASi
8.4 BioAbfV Anhang
8.5 Erneuerbare- Energien- AusbauG
8.6 Verfahrensschemata
8.7 Berechnungsbeispiel Biogasausbeute

Literaturverzeichnis

Tabellen- und Abbildungsverzeichnis

Tabelle 1.1: Abfallaufkommen (1000 t)

Tabelle 1.2: Behandlung und Beseitigung von Siedlungsabfällen in Tsd. t

Tabelle 1.3: Abfallentsorgung in Anlagen der Entsorgungswirtschaft1 in Mio. t

Tabelle 1.4: Stromeinspeisung erzeugt aus Biomasse im Jahr 2000

Tabelle 1.5: Entwicklung der Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energien 1990 bis 2001 (Endenergie, GWh)

Tabelle 1.6: Technische Potentiale aus Abfällen aus Gewerbe und Industrie

Tabelle 2.1: Kriterien zur Einteilung von Biogasanlagen

Tabelle 2.2: Mindestanforderungen der Methanogenese an die Milieufaktoren

Tabelle 2.3: Vor- und Nachteile der einzelnen Prozessarten

Tabelle 3.1: Biogaszusammensetzung

Tabelle 3.2: Gängige Verfahren zur Entschwefelung von Biogas

Tabelle 3.3: Merkmale verschiedener Biogasmotoren

Tabelle 3.4: Gaseigenschaften und Zusammensetzung von Biogas im Vergleich mit Erdgas

Tabelle 3.5: Mindestanforderungen an Biogas zum Betrieb von Gasmotoren

Tabelle 3.6: Übersicht Brennstoffzellentypen

Tabelle 4.1: Geltende Kriterien nach der 4. BImSchV Anhang für den Bau und Betrieb von Biogasanlagen

Tabelle 4.2: Vergütung für Strom aus Biomasse

Tabelle 5.1: Zahlen im Überblick

Tabelle 5.2: Betriebene Braustätten nach Ausstoßgrößenklassen

Tabelle 5.3: Energieverbrauch

Tabelle 5.4: Typische Zusammensetzung von Brauereiabfällen

Tabelle 5.5: Vergütungssätze für Strom aus Biomasse nach - 8 Abs. 1 Erneuerbaren- Energien- AusbauG {Vergütungssatz nach EEG}

Tabelle 5.6: Erhöhte Mindestvergütung nach - 8 Abs. 3 Erneuerbare- Energien- AusbauG

Tabelle 6.1: Eigenschaften des Biertrebers und der Bierhefe

Tabelle 6.2: Zusammensetzung Biertreber

Tabelle 6.3: Zusammensetzung Bierhefe

Tabelle 6.4: Theoretischer Biogasertrag von Biertreber

Tabelle 6.5: Theoretischer Biogasertrag von Bierhefe

Tabelle 6.6: Berechneter tatsächlich möglicher Biogasertrag von Biertreber

Tabelle 8.1: Geltende Kriterien nach der 4. BImSchV Anhang (Auszug)

Tabelle 8.2: BioAbfV Anhang 1 Nr. 1 Liste der für eine Verwertung auf Flächen grundsätzlich geeigneten Bioabfälle (Auszug)

Tabelle 8.3: Gegenüberstellung EEG und Erneuerbare- Energien- AusbauG (Entwurf)

Tabelle 8.4: Theoretische Biogasproduktion, Berechnung nach Boyle

Tabelle 8.5: Volumen der Biogasbestandteile bei Standardbedingungen

Tabelle 8.6: Anteiliges Volumen der Substratbestandteile am Biogasertrag

Tabelle 8.7: Berechnung des Gasertrages

Tabelle 8.8: Theoretischer Biogasertrag von Biertreber

Abbildung 1.1: Nutzung biogener Brennstoffe Deutschland

Abbildung 1.2: Entwicklung der Stromerzeugung aus Biomasse

Abbildung 1.3: Regenerative Energien zur Stromerzeugung: Nutzung im Jahr 2001

Abbildung 1.4: Regenerative Energien zur Wärmebereitstellung: Nutzung im Jahr 2001

Abbildung 1.5: Bruttostromerzeugung in Deutschland 2001

Abbildung 1.6: Potential biogener Brenn- und Kraftstoffe

Abbildung 1.7: Potentielle Biogaserträge

Abbildung 1.8: Technische Primärenergiepotentiale von Biogas

Abbildung 1.9: End- bzw. Nutzenergiebereitstellung aus Biomasse

Abbildung 2.1: Verfahrensarten

Abbildung 2.2: Typische Anlagensysteme für Vergärungsverfahren, die derzeit zum Einsatz kommen

Abbildung 2.3: Literaturdaten zu Gaserträgen unterschiedlicher Substrate

Abbildung 3.1: Einsatzmöglichkeiten mit voranführenden Aufbereitungsschritten

Abbildung 3.2: Verfahren der Entschwefelung

Abbildung 3.3: Verfahren der Trocknung

Abbildung 5.1: Anlagenschema Brauereien und Mälzereien

Abbildung 5.2: Energieaufteilung und Energiekostenverteilung

Abbildung 5.3: Aufteilung der elektrischen Energie und der Wärme

Abbildung 5.4: Spezifische Energieverbräuche

Abbildung 5.5: Anfall von Brauereireststoffen und Abwasser verschiedener Brauereien

Abbildung 5.6: Energiebedarf verschiedener Brauereien

Abbildung 5.7: Allgemeines Verfahrensschema einer Biogasanlage

Abbildung 6.1: Biogasertrag in Abhängigkeit vom jährlichen Treberanfall

Abbildung 6.2: Biogasertrag in Abhängigkeit vom jährlichen Treberanfall, Bezug nehmend auf die Datenerhebung

Abbildung 6.3: Nutzbare Strom- und Wärmemenge

Abbildung 6.4: Nutzbare Strom- und Wärmemenge, Bezug nehmend auf die Datenerhebung

Abbildung 6.5: Kosten/Nutzenbetrachtung der Biogasanlage

Abbildung 6.6: Gewinn/Verlustbetrachtung der Biogasanlage unter Einbeziehung des

Verkaufserlöses für Biertreber

Abbildung 6.7: Vergleich der Kosten/Nutzen- bzw. Gewinn/Verlustsituation bei der Vergütung durch das EEG und das Erneuerbare- Energien- AusbauG

Abbildung 6.8: Kosten/Nutzenbetrachtung von Biogasanlagen, Bezug nehmend auf die Datenerhebung

Abbildung 6.9: Gewinn/Verlustbetrachtung der Biogasanlage unter Einbeziehung des Verkaufserlöses für Treber und Hefe, Bezug nehmend auf die Datenerhebung

Abbildung 6.10: Vergleich der Kosten/Nutzen- bzw. Gewinn/Verlustsituation bei der Vergütung durch das EEG und das Erneuerbare- Energien- AusbauG, Bezug nehmend auf die Datenerhebung

Abbildung 8.1: Verfahrensschema Trockenfermentation (einstufig)

Abbildung 8.2: Verfahrensschema Nassfermentation (zweistufig)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Einleitung

Die Entwicklung der Energienutzung kann in verschiedene aufeinander folgende Phasen eingeteilt werden. Während die Menschen in einer ersten solaren Zivilisation bis weit in das 18. Jahrhundert ausschließlich erneuerbare Energien, wie Holz, Wind und Wasserkraft nutzten, kam am Ende des 18. Jahrhunderts die Ära der fossilen Energieträger und mit ihr die Industrialisierung durch die Nutzung von erstmals industriell geschürfter Kohle. Im 19. und 20. Jahrhundert folgte das Erbohren von Erdöl und Erdgas sowie der bergmännischen Gewinnung von Uran vor gerade erst 50 Jahren. Das Energiesystem änderte sich radikal und an die Stelle der Erneuerbarkeit trat die Erschöpflichkeit. Die Bereitstellung von Energie bedeutete fortan Energieumwandlung und zusätzlich Stoffumwandlung, mit allen umweltund klimaökologischen Konsequenzen.

Die Industrialisierung brachte aber nicht nur ein Umdenken in der Energiepolitik, sondern auch das Problem der Abfallbeseitigung mit sich. Sie brachte eine Zeit des Überflusses und der Wegwerfgesellschaft.

Heute befindet sich die Menschheit an einem Wendepunkt, an der sie handeln muss. Die ökologischen Konsequenzen unseres Handels sind bereits sichtbar und auch schon spürbar. Wir schaffen Prognosen für zukünftige Szenarien unseres derzeitigen Strebens bzw. Bestrebens einerseits unbeschwert und im Überfluss leben zu können, andererseits auch teilweise mit beginnender Rücksichtnahme auf unsere Umwelt und diesen Planeten. Der Schritt zur Nachhaltigkeit und in ein zweites solares, hoch technisiertes Zeitalter ist noch sehr langsam und unsicher.

Dass sich die Welt im Wandel befindet und unser Handeln sich auf alle Staaten auswirkt, zeigen Übereinkommen und Konferenzen wie z.B. das Wiener Übereinkommen von 1985 zum Schutz der Ozonschicht oder die Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Entwicklung im Juni 1992 in Rio de Janeiro, auf der die Agenda 21 beschlossen wurde.

In Deutschland befinden wir uns in einem Staat, der sich den Schutz der Umwelt zur Aufgabe gemacht hat. Durch umfangreiche Gesetze und Maßnahmen, welche nicht immer auf die entsprechende Akzeptanz treffen, wird das umweltbewusstere Denken und Handeln sowohl der Bevölkerung als auch der Wirtschaft bewirkt.

Mit dem Erneuerbaren Energien Gesetz, aber auch dem Schließen der Deponien im Jahr 2005 oder der Einführung des Dualen Systems Deutschlands wurde eine klare Wende zu einer nachhaltigen Energieversorgung und Abfallentwicklung eingeläutet.

Wind, Wasser, Sonne, Biomasse und Erdwärme sind die erneuerbaren Energien der Zukunft und bergen enorme Potentiale für den Klimaschutz, den Schutz natürlicher Ressourcen und den Aufbau einer nachhaltigen Energieversorgung.

Was Nachhaltigkeit in der Abfallwirtschaft bedeutet, macht uns die Natur vor: Sie kennt keine Abfälle. Was immer sie erschafft, zersetzt sie mit dem Erreichen der Lebensgrenze, damit daraus Neues entstehen kann. Alle Stoffe werden in der Natur im Kreislauf geführt. Abfall wird nicht mehr nur als ein Problem der Beseitigung zu betrachten sein, sondern den Platz des Sekundärrohstofflieferanten einnehmen. Heute wird bereits durch die getrennte Sammlung von Altglas, Altpapier/Altpappe sowie Verpackungen des Grünen Punktes in begrenztem Maße Kreislaufrückführung betrieben. Während Glas und Papier recycelt und wieder verwendet werden, landet ein Großteil der Verpackungen in Verbrennungsanlagen zur thermischen Nutzung des Energiepotentials.

Gesetze wie das Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz dienen der Förderung der Kreislaufwirtschaft zur Schonung der natürlichen Ressourcen und Sicherung der umweltverträglichen Beseitigung von Abfällen.

An dieser Stelle schließt sich dann auch der Kreislauf. Das Abfallgesetz gibt der Verwertung Vorzug vor der Beseitigung, wobei unter Verwertung auch die letztendlich thermische Nutzung des Energiepotentials des Abfalls fällt.

Aufgabenstellung

Die zunehmende Abfallmenge mit Beginn des 20. Jahrhunderts machten in erster Linie Abfallbeseitigung und auch die Abfallverwertung zu einer wichtigen Aufgabe. Die stetige Zunahme des Hausmülls brachte auch große Mengen an organischen Abfallstoffen als große Einzelfraktion mit sich. Diese bergen Entsorgungsprobleme vor allem bei der thermischen Abfallverwertung aufgrund des hohen Wassergehaltes.

Aber nicht nur im privaten Bereich fallen größere Mengen an organischen Abfällen an, auch im gewerblich/industriellen und vor allem im landwirtschaftlichen Bereich sind die Mengen nicht unerheblich.

Zunächst stand die aerobe Behandlung der organischen Bestandteile des Abfalls im Vordergrund, welche jedoch mit Einschränkungen nur für strukturstarke und verhältnismäßig trockene Abfälle angewendet werden kann und nur die Nutzung des entstehenden Kompostes ermöglicht. Zudem gerät die Menge an abnehmbarem Kompost an seine Grenzen, so dass neue Wege der Nutzung des organischen Abfallpotentials eingeschlagen werden müssen.

Die anaerobe Behandlung von organischen Abfällen fand im landwirtschaftlichen Sektor seinen eigentlichen Beginn und Verbreitung. Besonders das durch die Massentierhaltung entstandene Gülleproblem, zwang die Bauern zu einem Umdenken. Das Prinzip der anaeroben Behandlung stammt aus der Abwasserreinigung. Das Ziel war zunächst in erster Linie die Gülle so zu behandeln, dass hinsichtlich Geruch und Aggressivität des Güllesubstrates eine erhebliche Verbesserung erzielt wurde. Das Biogas wurde in erster Linie verbrannt und als Wärmelieferant genutzt. Heute steht, gestützt durch das EEG, die Verstromung und Stromeinspeisung des Biogases im Vordergrund. Aufgrund der Speicherbarkeit der Biomasse ist insbesondere die Produktion von Energie im Grundlastbereich möglich.

Auch organische Abfälle aus anderen Bereichen werden heute anaerob behandelt. Die Erwartungen im Gegensatz zur Kompostierung sind dabei in erster Linie die Energiegewinnung, aber auch ein geringerer Platzbedarf und Verminderung von Geruchsemissionen. Zudem können vor allem feuchte und strukturschwache organische Abfallstoffe verwertet werden, was eine Reduktion des Abfallvolumens mit sich bringt.

Heute gibt es verschiedene Verfahren zur Vergärung organischer Abfälle, die entsprechend den Abfalleigenschaften angepasst werden.

Für diese Diplomarbeit hat sich die Aufgabe gestellt, dass Potential von Brauereireststoffen abzuschätzen, mögliche Verfahren zur Vergärung aufzuzeigen und die Wirtschaftlichkeit zu kalkulieren.

Die aktuelle Situation ist hinsichtlich Abfallaufkommen und Energieerzeugung dargestellt, wobei die Potentiale der organischen Abfälle und dem daraus erzeugbaren Biogas mittels Vergärung genauer in Betracht gezogen werden.

Die Verwertung organischer Abfälle durch Fermentation wird hinsichtlich des Verfahrens sowie der Möglichkeiten der Verfahrenstechnik und der Betriebsführung aufgezeigt.

Für die Nutzung des Biogases gibt es ein relativ großes Anwendungsspektrum, in welches an dieser Stelle ein Einblick gegeben wird. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Nutzung in Blockheizkraftwerken.

Einen Einblick in die rechtlichen Rahmenbedingungen geben die gesetzlichen Grundlagen, welche entsprechend der Konsequenzen bezüglich der Vergärung von Brauereireststoffen grob angepasst wurden.

Die Grundlage für die Kalkulation der Wirtschaftlichkeit bildet eine Datenerhebung bei verschiedenen Brauereien Deutschlands hinsichtlich ihres Reststoff- und Abfallaufkommens sowie Energiebedarf, Art der Wärmeerzeugung und des eingesetzten Brennstoffes bezogen auf die Jahresbierproduktion.

Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung baut auf der Datenrecherche sowie auf der Berechnung der theoretisch nutzbaren Biogasmenge auf. Weiterhin werden auch die Möglichkeiten von Förderungen aufgezeigt.

1 Grundlagen

1.1 Biomasse

Die Grundlage für die Bildung von Biomasse ist die Photosynthese. Die Umsetzung der Sonnenenergie in Biomasse ist für die Biosphäre eine der wichtigsten Energieumwandlungen, da ohne die Produktion von Pflanzen keine Nahrungsgrundlage vorhanden wäre. Die in der organischen Substanz enthaltene biochemische Bindungsenergie beruht auf der Fähigkeit der Pflanzen, die eingestrahlte Lichtenergie der Sonne durch Photosynthese in biochemische Energie umzuwandeln. Aus energiearmen Grundsubstanzen wie Bodenminerale, Wasser und das Kohlendioxid der Luft werden energiereiche Stoffe, die Kohlenwasserstoffe und Sauerstoff. Mit Hilfe von Farbstoffen, hauptsächlich Chlorophyll, wird das Licht absorbiert und in energiereiche biochemische Bindungen übertragen. Die Photosynthese wird durch folgende Reaktionsgleichung ausgedrückt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gleichung 1.1

Als erste Produkte entstehen Einfachzucker und Sauerstoff. Aus diesem Zucker werden anschließend durch Aufnahme und Umformung weitere Stoffwechselprodukte gebildet. Diese Stoffwechselprodukte bilden die Biomasse.

0,1 % der weltweit eingestrahlten Sonnenenergie wird in der Photosynthese zur Erzeugung von Biomasse verwendet. Dies entspricht einer Energiemenge von 200 Milliarden Tonnen Steinkohleeinheiten (SKE) pro Jahr. Der gesamte Weltenergieverbrauch durch die Menschen beträgt nur einen Bruchteil dieser Energiemenge, 11,7 Milliarden Tonnen Steinkohleeinheiten pro Jahr.⁰¹

Heute bezeichnet man als energetisch nutzbare Biomasse alle pflanzlichen und tierischen Stoffe sowie deren Umwandlungsprodukte und organischen Abfälle, die für die Energiegewinnung geeignet sind. Prinzipiell unterscheidet man zwischen primärer und sekundärer Biomasse. Während die primäre Biomasse durch die direkte Ausnutzung der Sonnenstrahlen entsteht, wie z.B. in Form von nachwachsenden Rohstoffen, versteht man unter dem Begriff der sekundären Biomasse die energetisch nutzbaren pflanzlichen, tierischen und menschlichen Reststoffe bzw. Abfälle.

1.2 Abfall

Dieser Abschnitt soll einen kurzen Einblick über Art und Zusammensetzung sowie Aufkommen und Entsorgung von Abfällen im Allgemeinen geben.

Definition Abfall laut KrW- /AbfG:

Abfälle sind alle beweglichen Sachen, die unter die in Anhang 1 zum KrW- /AbfG (Abschnitt 4.2.1) aufgeführten Gruppen fallen und deren sich ihr Besitzer entweder entledigt, entledigen will oder entledigen muss.

1.2.1 Abfallaufkommen

Grundsätzlich können Abfälle eingeteilt werden in Abfälle zur Verwertung und Abfälle zur Beseitigung. Abfälle fallen in Form von Wertstoffen, Bioabfällen, Reststoffen und besonders überwachungsbedürftigen Abfällen an. Besonders überwachungsbedürftige Abfälle sind Sonderabfälle, die aufgrund ihrer hohen Schadstoffbelastung besondere Anforderungen an eine sichere Endablagerung stellen. Sonderabfälle fallen zum größten Teil auf dem gewerblich/industriellen Sektor an. Reststoffe sind Abfälle die zu beseitigen sind und neben der getrennten Wertstofferfassung anfallen. Alle Abfälle zur Beseitigung sind überwachungsbedürftig und es werden besondere Anforderungen an diese Abfälle gestellt. Abfälle die einer Verwertung zugeführt werden, sind grundsätzlich nicht überwachungs- bedürftig. Die Tabelle 1.1 gibt eine Aufstellung über das Abfallaufkommen in Deutschland.

Die Zuordnungskriterien für die Verwertung von Abfällen sind in der TASi unter Punkt 4.1 (Abschnitt 4.2.2) festgelegt. Dort ist beschrieben, dass Abfälle der Verwertung zuzuordnen sind, wenn

- dies technisch möglich ist,
- die hierbei entstehenden Mehrkosten im Vergleich zu anderen Verfahren der Entsorgung nicht unzumutbar sind,
- für die gewonnenen Produkte ein Markt vorhanden ist oder insbesondere durch Beauftragung Dritter geschaffen werden kann und
- sich die Verwertung insgesamt vorteilhafter auf die Umwelt auswirkt als andere Entsorgungsverfahren.

Tabelle 1.1: Abfallaufkommen (1000 t)*

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

* Die Regelungen des Umweltstatistikgesetzes von 1994 sind nicht auf eine unmittelbare Erfassung des Abfallaufkommens ausgerichtet. Erfasst werden seit 1996 in erster Linie bei den Betreibern von Abfallanlagen die jeweils eingesetzten Abfallmengen. Dieses Berechnungsverfahren versucht eine Darstellung des Abfallaufkommens Doppelerfassungen, die bei der Addition der einzelnen Erhebungsbereiche zwangsläufig entstehen, wurden herausgerechnet, lassen sich aber nicht gänzlich vermeiden.

Durch die Umstellung auf den Europäischen Abfallartenkatalog (EAK) ab Berichtsjahr 1999 ergeben sich mehr mögliche Abfallschlüssel auch im Bereich der Siedlungsabfälle, weshalb sich die Mengen innerhalb der genannten Positionen verschoben haben und weitere, nicht explizit genannte Positionen entstanden sind, die hier zum Beispiel unter 'andere Haushaltsabfälle' subsumiert sind.

Tabelle 1.2: Behandlung und Beseitigung von Siedlungsabfällen in Tsd. t

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Im gewerblich/industriellen Bereich gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten bei denen

Abfälle einer Verwertung zugeführt werden können, wie z.B.:

- Verbrauchte Lösungsmittel
- Fehlchargen der Produktion
- Altöl
- Bioabfälle aus der Lebensmittelbe- und - verarbeitung
- Landwirtschaftliche Reststoffe

Die Tabelle 1.3 gibt einen groben Einblick in die Aufteilung der Anlagen zur Abfallentsorgung in Deutschland.

Tabelle 1.3: Abfallentsorgung in Anlagen der Entsorgungswirtschaft1 in Mio. t

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Als Verfahren für die biologische Abfallverwertung kommen die Kompostierung und die Vergärung zum Einsatz.

1.2.3 Organische Abfälle

Fraktionen organischer Abfälle sind:

- tierische und pflanzlich Abfälle aus der Landwirtschaft (Dung, Gülle, Getreide- , Obst- und Gemüserückstände)
- organische Hausabfälle - Bioabfall
- organische Abfälle aus der gewerblich/industriellen Fertigung (Lebensmittelindustrie, holzver- und - bearbeitende Unternehmen, …)
- Klärschlamm
- Organische Bestandteile in Deponien

Ziel der Verwertung organischer Abfälle ist die Reduzierung der zu beseitigenden Abfälle sowie die Nutzung des Energiepotentials in Form von biogenen Brennstoffen. Die Verfahren, die dafür zum Einsatz kommen, sind in Abschnitt 2 Verwertung von organischen Abfällen näher beschrieben.

Nicht nur organische Abfälle werden zur Energiegewinnung genutzt. Auch der Einsatz nachwachsender Rohstoffe, besonders auf dem Gebiet der Forstwirtschaft, besitzt bereits einen großen Anteil bezüglich der Nutzung biogener Brennstoffe, wie nachfolgend deutlich wird.

1.3 Nutzung biogener Brennstoffe

In Deutschland erfolgt die biogene Wärme- und Strombereitstellung zu über 65 % durch die Verbrennung von Brennholz und Waldrestholz, gefolgt von Industrierestholz und Altholz. Rund 14 % der Energie wird durch den Einsatz von flüssigen und gasförmigen Bioenergieträgern bereitgestellt.

Grundsätzlich wird unterschieden zwischen festen und gasförmigen Bioenergieträgern. Unter festen Bioenergieträgern werden Industrierestholz, Altholz, Waldholz sowie Rückstände aus der Landwirtschaft subsumiert, die vorzugsweise im Rahmen von Verbrennungstechnologien zur Wärme- und/oder Strombereitstellung eingesetzt werden. Unter gasförmigen Bioenergieträgern werden sämtliche Substrate erfasst, die primär zur Gewinnung von Biogas Verwendung finden können.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.1: Nutzung biogener Brennstoffe Deutschland

Quelle: Statistisches Bundesamt Deutschland 2002⁰²

Aufgrund der ausgeglichenen CO2- Bilanz wird die Strom- und Wärmeerzeugung aus biogenen Brennstoffen als regenerative Energiequelle angesehen.

Betrachtet man die Stromerzeugung auf dem Gebiet der regenerativen Energien stellt sich heraus, dass die biogenen Brennstoffe in diesem Bereich noch eine eher untergeordnete Rolle spielen (Abbildung 1.3). Trotz des geringen Anteiles hat die Entwicklung der Stromerzeugung aus Biomasse in den letzten 10 Jahren stetig zugenommen (Abbildung 1.2). Einen großen Beitrag leisten die biogenen Brennstoffe auf dem Gebiet der Wärmeerzeugung (Abbildung 1.4).

Im Vergleich aller Energieträger, die zur Stromerzeugung genutzt werden, zeigt sich jedoch, dass die biogenen Brennstoffe noch keine Rolle spielen (Abbildung 1.5).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.2: Entwicklung der Stromerzeugung aus Biomasse

Quelle: BIZ⁰³

Tabelle 1.4: Stromeinspeisung erzeugt aus Biomasse im Jahr 2000

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Hauptstromerzeugung aus regenerativen Energien findet auf dem Gebiet der Wasserkraft mit 53 % und Windenergie mit 38 % statt. Die technischen Potentiale der Wasserkraft zur Stromerzeugung werden bereits heute fast vollständig genutzt. Dagegen weisen alle anderen regenerativen Energien noch große Umsetzungspotentiale auf (Abschnitt 1.4).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.4: Regenerative Energien zur Wärmebereitstellung: Nutzung im Jahr 2001

Quelle: BIZ: BMU 2002; IE 2002⁰³

Bei der Stromerzeugung aus allen Energiequellen dominieren die fossilen Energieträger mit einem Anteil von über 60 %, gefolgt von der Kernenergie, die einen Anteil von ca. 30 % an der Stromerzeugung besitzt. Die regenerativen Energien tragen derzeit nur zu ca. 7,25 % zur Strombereitstellung bei.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.5: Bruttostromerzeugung in Deutschland 2001

Quelle: BIZ: BMWi, VDEW, Statistik der Kohlenwirtschaft, DIW 2002⁰³

Betrachtet man die Entwicklung der Energiebereitstellung aus regenerativen Energien zeigt sich, dass in den letzten 10 Jahren die Strom- und Wärmebereitstellung aus diesen Energiequellen immer mehr an Bedeutung gewonnen hat und dies mit steigender Tendenz (Tabelle 1.5).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1.5: Entwicklung der Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energien 1990 bis 2001 (Endenergie, GWh)

Quelle: BMU Erneuerbare Energien in Zahlen März 2002⁰²

1.4 Potential biogener Brennstoffe

Im Jahr 2001 wurden in Deutschland rund 60 TWh Primärenergie aus Biomasse bereitgestellt, der größte Anteil davon aus festen Brennstoffen. Die Biomasse stellt damit einen Anteil von ca. 1,5 % des deutschen Primärenergiebedarfes.

Bei den zukünftigen Ausbaupotentialen der Biomasse insgesamt ist zwischen der Nutzung von Rest- und Abfallstoffen und der Nutzung von speziell angebauten Energiepflanzen zu unterscheiden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.6: Potential biogener Brenn- und Kraftstoffe

Quelle: BMU⁰⁴

Der heutige Primärenergiebedarf Deutschlands könnte zu rund 3 % aus der energetischen Verwertung organischer Rest- und Abfallstoffe bereitgestellt werden. Nur ein Zehntel dieses Potentials wird derzeit ausgenutzt.

Das größte Potential für die Gewinnung von Biogas ist in der Landwirtschaft zu finden. Über 200.000 Anlagen, insbesondere Kleinanlagen, könnten allein mit Abfällen aus der Landwirtschaft in Deutschland realisiert werden. Zurzeit zählt der Bestand lediglich 1.500 Anlagen. Weniger industrialisierte Länder machen es bereits vor. Allein in China gibt es schätzungsweise 20 Mio. Kleinanlagen und auch in Indien werden aufgrund attraktiver Förderprogramme jährlich 200.000 Anlagen neu gebaut.

Für andere Reststoff- und Abfallarten sind die Ausschöpfungsgrade deutlich höher. Ein Großteil des Industrie- und Restholzes und 70 % des Deponie- und Klärgases werden in Deutschland bereits genutzt.

Auch der gezielte Anbau von Biomasse bietet sich an. Betrachtet man die 2 Mio. ha jährlich stillgelegter Anbaufläche in Deutschland, so könnte man damit durch den Energiepflanzenanbau etwa 300 Mrd. MJ Energie pro Jahr zur Verfügung stellen. Ausgehend von diesen 2 Mio. ha Anbaufläche und der Nutzung von Rest- und Abfallstoffen könnte Biomasse insgesamt einen Anteil von rund 5 % zum derzeitigen Primärenergieverbrauch Deutschlands beitragen.⁰⁴

1.4.1 Potentielle Biogaserträge in Zahlen

Als potentielle Substrate für die Biogaserzeugung werden sämtliche organischen Stoffströme, die grundsätzlich für eine Biogaserzeugung verwendet werden können, berücksichtigt.

Biogassubstrat:

- Exkremente aus der Landwirtschaft - Gülle
- Ernterückstände aus der Landwirtschaft
- Organische Abfälle aus Gewerbe und Industrie
- Landwirtschaftspflegematerialien
- Organische Siedlungsabfälle
- Energiepflanzen
- Klärschlämme
- Organische Bestandteile von Deponien

In Deutschland könnten gegenwärtig ca. 23 - 25 Mrd. m³ /a Biogas erzeugt werden. Dabei trägt der landwirtschaftliche Sektor mit rund 85 % derzeit den größten Anteil zum potentiellen Biogasaufkommen bei.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.7: Potentielle Biogaserträge

Quelle: BIZ: IE⁰³

Das Biogaspotential würde einem Gesamtprimärenergiepotential von 412 - 444 PJ/a entsprechen. Diese Menge hätte einen Anteil von ca. 3 % bezogen auf den Primärenergieverbrauch in Deutschland im Jahr 2001 von 14.500 PJ decken können. An der Stromerzeugung aus regenerativen Energiequellen könnte das Biogas mit 11 - 15 % beteiligt sein, wenn man davon ausgeht, dass potentiell ca. 280 - 335 TWh/a Strom aus erneuerbaren Energieträgern produziert werden können und die potentielle Stromerzeugung aus Biogas entsprechend dem Endenergiepotential bei ca. 42 - 46 TWh/a liegt. Demgegenüber liegt das technische Energiepotential einer Wärmebereitstellung aus Biogas bei etwa 185 - 247 PJ/a.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.8: Technische Primärenergiepotentiale von Biogas

Quelle: BIZ: IE⁰³

Abfälle organischer Herkunft fallen in den verschiedensten Bereichen der Lebensmittel- , der chemischen und der pharmazeutischen Industrie sowie im Gewerbe an. Nachfolgend sind die Wirtschaftszweige aufgeführt, bei denen ein nennenswerter Beitrag am Gesamtpotential erwartet werden kann.

- Bierherstellung
- Produktion und Verarbeitung von Früchten
- Weinkeltereien
- Brennereien
- Milchproduktherstellung
- Schlachthöfe
- Fleischverarbeitung
- Zuckerindustrie

Die Tabelle 1.6 gibt einen Überblick zu den entsprechenden Potentialen. Der

Potentialberechnung liegen die Produktionsmengen und Abfallmengen der Jahre 1998 bzw. 1999, eine Einschätzung der davon energetisch nutzbaren Menge, durchschnittliche Trockensubstanzgehalte sowie mittlere Gaserträge zugrunde. Danach kann insgesamt von einem Energiepotential aus Abfällen aus Gewerbe und Industrie von 6 - 12 PJ/a ausgegangen werden.

Tabelle 1.6: Technische Potentiale aus Abfällen aus Gewerbe und Industrie

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: WBGU Hauptgutachten 2003⁰⁵

1.5 Zusammenfassung

Die Möglichkeiten einer energetischen Biomassenutzung werden im Wesentlichen durch die verfügbaren Potentiale bestimmt. Dabei werden zwischen den theoretischen, den technischen, den wirtschaftlichen und den erschließbaren Potentialen unterschieden.

Die Bioenergie ist eine regenerative Energie, die im Vergleich zu anderen regenerativen Energien entscheidende Vorteile aufweist.

Allen Nutzungsformen biogener Brennstoffe sowie der übrigen regenerativen Energien gemeinsam ist der erhebliche Beitrag zum Klima- und Ressourcenschutz.

Zur Bereitstellung von Biomasse müssen nur Bruchteile des Energiegehalts in Form von fossiler Energie aufgewendet werden. Das gilt sowohl für Rest- und Abfallstoffe, die gesammelt, transportiert und aufbereitet werden, als auch für Energiepflanzen, bei denen zusätzlich der Anbau und die Herstellung von Betriebsmitteln bilanziert werden müssen.

Ein wichtiger Umweltaspekt ist der geschlossene Kohlendioxid- Kreislauf. Die Energieumwandlung von Biomasse setzt nur soviel Kohlendioxid frei, wie beim Wachstum aus der Atmosphäre entzogen wird.

Die energetische Nutzung von Biomasse spart klimaschädliche Emissionen in mehrfacher Weise:

- Erhebliche Verringerung der klimawirksamen CO2- Emissionen
- Nutzung des sonst entweichenden Methans, dass dem 21- fachen Kohlendioxid-

Äquivalenzwert entspricht

Biomasse kann in festem, flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand gelagert bzw. gespeichert werden, ist bedingt transportierbar und in vielen Merkmalen ähnlich fossilen Energieträgern. Bioenergie ist damit umfassend anwendbar und eine Substitution fossiler Energieträger relativ einfach möglich.

Der Einsatz von Bioenergie ist durch eine breite Palette an unterschiedlichen Einsatzfeldern und damit Energieumwandlungstechniken charakterisiert.

In Abhängigkeit von der eingesetzten Biomasse und der jeweils gewünschten End- bzw. Nutzenergie ist eine Energiebereitstellung aus Biomasse durch eine Vielzahl unterschiedlichster Techniken und Verfahren möglich.

Neben dem direkten Einsatz der Biomasse als festen Brennstoff zur Wärmeerzeugung kann es für verschiedene Anwendungen aus technischen, energetischen und/oder ökologischen Gründen notwendig sein, aus den Bioenergieträgern feste, flüssige oder gasförmige Sekundärenergieträger herzustellen (Abbildung 1.1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.9: End- bzw. Nutzenergiebereitstellung aus Biomasse

Quelle: WBGU⁰⁵

Für bestimmte Biomassen, wie z.B. Gülle ist eine derartige Umwandlung in einen Sekundärenergieträger die einzige Möglichkeit einer energetischen Nutzbarmachung. Für Biomassen die in wässrigen Lösungen anfallen ist eine energetische Nutzbarmachung nur mit Hilfe der anaeroben Fermentation möglich. Unter Sauerstoffabschluss wird das organische Material in ein methanhaltiges Schwachgas umgewandelt.

Im Verlauf dieser Diplomarbeit wird eine theoretische Betrachtung der energetischen Nutzung von Brauereireststoffen mittels anaerober Fermentation durchgeführt.

2 Verwertung von organischen Abfällen

2.1 Grundlagen

Grundsätzlich können organische Abfälle kompostiert, ausgefault, deponiert oder verbrannt werden. Mit Hilfe von physikalischen, thermochemischen oder biologischen Verfahren können die Primärstoffe der Biomasse in feste, flüssige oder gasförmige Brennstoffe und somit in die Endprodukte Strom und Wärme umgewandelt werden.

Die physikalischen Verfahren dienen der Vorbehandlung der Biomasse- Einsatzstoffe, so dass die thermochemische und biologische Konversion prozessoptimiert verlaufen kann. Unter den thermochemischen Verfahren versteht man die Verbrennung, Vergasung und Verflüssigung von Biomasse. Die Verbrennung ist hierbei die älteste Form der Nutzung von Biomasse zur Erzeugung von Wärme und wird heute noch vor allem in den Dritte Welt Ländern als Hauptenergiequelle genutzt. Bei der Vergasung entsteht ein Rohgas mit den Bestandteilen Stickstoff, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlendioxid, Methan und Wasserdampf sowie weiteren Reststoffen. Dieses Gas kann in Brennern z.B. zur Wärmeerzeugung oder in Gasturbinen sowie Gasmotoren zur Stromerzeugung genutzt werden. Mittels Verflüssigung erhält man aus ölhaltigen nachwachsenden Rohstoffen, wie z.B. Raps, Öllein, Soja, Sonnenblumen oder Senf, hochwertige Einsatzstoffe für die chemische Industrie, aber auch für den Einsatz in sensiblen Bereichen der Forst- und Wasserwirtschaft. Die Umweltverträglichkeit dieser Öle und damit ein wesentlicher Vorteil im Gegensatz zu herkömmlichen Ölen liegen in ihrer guten biologischen Abbaubarkeit. In den biologischen Verfahren kommen Mikroorganismen zum Einsatz. Man unterscheidet dabei grundsätzlich zwischen den aeroben und anaeroben Verfahren. Die Kompostierung oder Rotte findet unter aeroben Bedingungen statt und man erhält als Produkt Reifekompost, welcher zur Bodenverbesserung eingesetzt wird. Die Faulung oder Vergärung erfolgt unter Sauerstoffausschluss und dient der Gewinnung von Methan zur energetischen Nutzung und einer reifekompostähnlichen Restfraktion. Das Biogas kann zum einem als Deponiegas, mit einem Methangehalt von bis zu 70 % aus den organischen Substanzen einer abgedichteten und abgedeckten Deponie gewonnen werden. Andererseits erhält man Biogas in Form von Klärgas, welches bei der Ausfaulung von Klärschlämmen aus Klärwerken in Faultürmen entsteht. Weiterhin kann auch durch die Vergärung in Biogasanlagen direkt aus organischen Abfällen der Landwirtschaft, Privathaushalte, Gewerbe und Industrie, aber auch aus Energiepflanzen unter anaeroben Bedingungen Biogas produziert werden. Allen anaeroben 37 Vorgängen ist gemeinsam, dass die organischen Materialien in verschiedenen Stufen zu Methan und Kohlendioxid abgebaut werden.

2.2 Vergärung von Biomasse

Die Biogastechnik besitzt vielfältige Möglichkeiten für eine nachhaltige Entwicklung im Energie- , Abfall- und Umweltbereich. Bei ihrem Einsatz können neue Einkommensquellen sowohl für die Landwirtschaft als auch für den gewerblich- industriellen Bereich erschlossen werden. Diese Entwicklung wird wirtschaftlich gestützt durch das EEG (Abschnitt 4.4.1). Das Verfahren der Biogaserzeugung ist eine Querschnittstechnologie, bei der zur Produktion von Biogas sämtliche biogenen Stoffe einzeln oder gemeinsam eingesetzt werden können. Mengenmäßig besteht bisher noch ein großes und weitgehend unerschlossenes Energiepotential (Abschnitt 1.4.1), da die Vergärung unabhängig vom Wassergehalt, der spezifischen stofflichen Zusammensetzung und der Struktur stattfinden kann. Die Anpassung der Biogasproduktion an die standortspezifischen Substratbedingungen ist unbedingt erforderlich und notwendig für eine wirtschaftliche Betriebsführung (Abschnitt 6). Die Anlage selber benötigt nur einen geringen Eigenenergiebedarf. Die Abtrennung des Energieträgers erfolgt in diesem Verfahren selbsttätig.

Der apparative Aufwand ist im Vergleich zu anderen Konversionsverfahren verhältnismäßig gering, da die Betriebsbedingungen relativ mild und in der Regel keine aufwendigen Verfahrensschritte zur Aufbereitung des Energieträgers notwendig sind. Das Biogas besitzt vielfältige Verwertungsmöglichkeiten und ist bei der konventionellen Nutzung in Heizkesseln oder Blockheizkraftwerken unmittelbar mit Erdgas vergleichbar (Abschnitt 3.1).

Bei der Vergärung bleiben im Gegensatz zur Verbrennung und Vergasung, sämtliche Nährstoffe erhalten. Besonders im Bereich der Güllevergärung wird eine verbesserte Düngewirksamkeit des Gärrückstandes erzielt sowie ein wesentlicher Rückgang der Geruchsemissionen. Diese Nährstoffe können in den landwirtschaftlichen Stoffkreislauf zurückgeführt werden und ergeben beim Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen als Ausgangssubstrat der Vergärung einen geschlossenen Nährstoffkreislauf, was eine ressourcenschonende Einsparung an Mineraldünger als Ergebnis erzielt.

2.2.1 Grundprinzip des Verfahrens

Die anaerobe Fermentation dient der Gewinnung von Methan aus organischen Substanzen als verwertbaren Energieträger. Grundsätzlich lässt sich der Verlauf der Vergärung wie folgt ausdrücken:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gleichung 2.1

Das organische Material wird bei diesem Abbauprozess in vier Phasen zu Methan und

Kohlendioxid umgewandelt.

Phase 1: Hydrolyse

Phase 2: Säurebildung

Phase 4: Essigsäurebildung

Phase 3: Methanbildung

In der Hydrolyse werden die ungelösten komplexen biologischen Grundbausteine (Polymere), wie Eiweiße, Fette und Kohlenhydrate durch extrazellulare Enzyme (Hydrolasen) gespalten. Diese Aufspaltung erfolgt in der Regel durch Anlagerung bzw. Zwischenlagerung von Wassermolekülen, wobei Dimere und Monomere entstehen. Diese entstandenen Stoffe gehen in Lösung, weshalb dieser Schritt auch als Verflüssigung bezeichnet wird.

In der zweiten Phase werden die bei der Hydrolyse gebildeten und gelösten Stoffe durch so genannte fermentative Mikroorganismen (Säurebildner) in verschiedene niedere Säuren, wie z.B. Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure und Milchsäure sowie Alkoholen abgebaut bzw. vergärt. Weiterhin entstehen in geringen Mengen Wasserstoff, Kohlendioxid und Aldehyde.

Die niedermolekularen organischen Säuren und Alkohole werden in der dritten Phase durch acetogene Bakterien in Essigsäure, Kohlendioxid und Wasserstoff umgewandelt. Diese Verbindungen werden auch methanogene Verbindungen genannt, da diese nun die Ausgangsstoffe für die vierte und letzte Stufe darstellen.

Die Methanbildung erfolgt in der vierten Phase mit Hilfe der Methanbakterien, die vor allem aus der Essigsäure, aber auch aus Wasserstoff und Kohlendioxid das Methan produzieren. Diese Phase der Biogasbildung wird auch Methanogenese genannt. Da Kohlendioxid im Überschuss vorliegt, verbleibt es als Rest im Gasgemisch und bildet zusammen mit dem Methan die Hauptbestandteile des Biogases. Als Nebenprodukte treten in erster Linie Schwefelwasserstoff und Ammoniak in geringen Konzentrationen auf.

Neben dem Biogas entsteht als Gärrückstand ein Gemisch aus Wasser, nicht abgebauten organischen Substanzen (meist zellulosereiche oder holzige Bestandteile) sowie nichtorganische Substanzen (meist Sand und andere Bodenteilchen, sowie Salz und andere Minerale).

2.2.2 Mikrobiologie

Bei der anaeroben Umsetzung sind wenigstens drei Bakteriengruppen beteiligt. Einerseits die hydrolytischen und säurebildenden Bakterien, die in den ersten beiden Phasen die Hydrolyse und Säurebildung durchführen.

Die dritte Bakterienkultur sind die Methanbildner. Diese setzen sich aus zwei verschieden Bakterien zusammen. Das erste Bakterium, die acetogenen Bakterien, bauen insbesondere Propionsäure, Buttersäure und Alkohole zu Essigsäure, Kohlendioxid und Wasserstoff ab, während das zweite Bakterium, die methanogenen Bakterien, die Essigsäure und andere Verbindungen wie den Wasserstoff mit dem Kohlendioxid zu Methan umsetzen. Diese beiden Bakterien stehen in engem Kontakt bzw. Symbiose miteinander, da die acetogenen Bakterien durch den Wasserstoff, den sie selber produzieren, gehemmt werden und daher auf die Entgiftung des Milieus durch die methanogenen Bakterien angewiesen sind, welche den Wasserstoff als Substrat nutzen.

Diese methanogenen Bakterien sind sehr sauerstoffempfindlich und haben ein sehr limitiertes Substratspektrum. Dies bedeutet, dass diese Bakterien nur sehr wenige Verbindungen verwerten und zu Methan umsetzten können. Etwa 70 % aller Methanbakterien verwerten Essigsäure (acetogenotroph), während etwa 30 % der bekannten Arten Wasserstoff und Kohlendioxid (hydrogenotroph) für ihren Stoffwechsel nutzen.⁰⁶

1 Hamburg teilweise geschätzt
2 vorläufige Zahlen
3 Schätzungen

Quelle: Statistisches Bundesamt Deutschland März 2003⁰²

1.2.2 Abfallentsorgung

Die Grundsätze und Pflichten für die Erzeuger, Besitzer und Entsorger von Abfällen sind im - 4 KrW- /AbfG (Abschnitt 4.2.1) festgelegt.

Abfälle sind

1. in erster Linie zu vermeiden, insbesondere durch die Verminderung ihrer Menge und Schädlichkeit,

2. in zweiter Linie
a) stofflich zu verwerten oder
b) zur Gewinnung von Energie zu nutzen (energetische Verwertung).

Die Verwertung von Abfällen hat Vorrang vor deren Beseitigung, mit der Ausnahme, dass die Beseitigung die umweltverträglichere Lösung darstellt.

Die Tabelle 1.2 zeigt die zur Verwertung und Beseitigung bestimmten Mengen an Siedlungsabfällen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Hamburg teilweise geschätzt
2 vorläufige Angaben
3 geschätzt

Quelle: Statistisches Bundesamt Deutschland Februar 2003⁰²

Eine Voraussetzung für eine sinnvolle Abfallentsorgung und Verwertung ist die getrennte Sammlung von Wertstoffen. Aus diesem Grund werden sowohl im häuslichen als auch im gewerblichen Bereich Abfälle wie folgt gesammelt und entsorgt:

Hausmüll: Bioabfall zur Kompostierung oder Biogaserzeugung Wertstoffe zur stofflichen oder energetischen Verwertung Restmüll zur Beseitigung Gewerblich/industrieller Abfall: Bioabfall Wertstoffe Besonders überwachungsbedürftige Abfälle und Restmüll zur Beseitigung

Außerhalb des gewerblich/industriellen Bereiches werden die Abfälle zur Verwertung wie folgt gesammelt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Ohne besonders überwachungsbedürftige Abfälle
2 Ohne Hamburg
3 Chemisch- physikalische Behandlungsanlagen, Shredderanlagen, Biologisch- mechanische Aufbereitungsanlagen, Bodenbehandlungsanlagen, sonstige Behandlungsanlagen

Quelle: Statistisches Bundesamt Deutschland Oktober 2000⁰²

Zu den Anlagen der Entsorgungswirtschaft zählen:

- Hausmülldeponie (HMD)
- Untertagedeponie (UTD)
- Chemisch- physikalische Behandlungsanlagen
- Sonderabfallverbrennung (SAV)
- Biologische Behandlungsanlagen
- Sonderabfalldeponie (SAD)
- Monodeponie (MD)
- Hausmüllverbrennung (HMV)
- Bodenbehandlungsanlagen
- Recyclinganlagen

Als Verfahren für die biologische Abfallverwertung kommen die Kompostierung und die Vergärung zum Einsatz.

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