Mit dem Inkrafttreten des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) am 1. April 2000 und der lange Zeit umstrittenen, im Sommer dieses Jahres schließlich verabschiedeten Biomasse-Verordnung (BiomasseV) hat die biogene Stromerzeugung den entscheidenden Anstoß erhalten, um sich in der deutschen Energieversorgung künftig fest zu etablieren. Neben Holz und Pflanzenöl kann jetzt auch das Biogas zu einem weiteren Aufschwung der Bioenergie-Branche beitragen und eine immer größere Bedeutung für den Energiemix der Zukunft bekommen.

Die gezielte Umwandlung von organischem Material in Methan und Kohlendioxid mit Hilfe von Mikroorganismen unter Luftabschluss (anaerobe Vergärung) und die energetische Nutzung des erzeugten Biogases ist in der Klärtechnik seit rund 100 Jahren bekannt; in der deutschen Landwirtschaft ist dies bei der Behandlung von tierischen Exkrementen und organischen Abfällen seit mehr als 50 Jahren der Fall. ^[2] Erst das gestiegene Umweltbewusstsein und das Bestreben, im Energie-, Abfall- und Umweltbereich nachhaltige Entwicklungen zu verstärken, haben in den letzten Jahren zu einem deutlichen Aufschwung der Biogastechnik geführt. Gleichzeitig konnten mit dem Einsatz dieser Technik neue Einkommensquellen vor allem für die Landwirtschaft erschlossen werden.

Gab es in der deutschen Landwirtschaft Anfang der 90er Jahre lediglich rund 100 kleine bäuerliche Anlagen mit meist weniger als 150 m3 Reaktorvolumen, die nahezu ausschließlich mit Gülle betrieben wurden, so hat sich bis heute nicht nur die Zahl landwirtschaftlicher Biogasanlagen mehr als verachtfacht, sondern auch das Spektrum der Anlagengrößen erheblich verbreitert. Neben Kleinanlagen finden sich nun auch gewerbliche Großanlagen von über 7 000 m3 Reaktorvolumen; dies hat mit dazu beigetragen, dass der Anteil der Biogasanlagen, die allein mit Flüssigmist von Schweinen und Rindern oder aufbereitetem Festmist als so genannte Monovergärung betrieben werden, auf etwa 30 % gesunken ist. Der überwiegende Teil der heutigen Anlagen verarbeitet demgegenüber zusätzlich zu den tierischen Ausscheidungen gasertragssteigernde organische Abfallstoffe aus Nahrungsmittelindustrie, Gewerbe und kommunaler Entsorgung. Entsprechend sind vor allem neu errichtete Anlagen von vornherein für die Kovergärung ausgelegt. Insbesondere Fette und Speiseabfälle sind neben der Vielfalt von sonstigen Verarbeitungsrückständen aus der Nahrungs- und Agroindustrie begehrte Kosubstrate, die eine deutliche Steigerung der Gasausbeute ^[3] und damit letztlich auch eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen bewirken.

Nachdem 1999 erstmals für die Biogaserzeugung auch der Anbau von nachwachsenden Rohstoffen wie Silomais, Ackerbohnen oder Gras-Klee-Gemischen auf Stilllegungsflächen genehmigt wurde, hat mit dem Inkrafttreten des EEG auch die Vergärung von Energiepflanzen an Bedeutung gewonnen, steht allerdings bei der Kofermentation in Konkurrenz zur Mitverarbeitung außerlandwirtschaftlicher Abfallstoffe. ^[4]

Im Jahre 1999 gab es etwa 1 000 Biogasanlagen, die auf der Basis von Bio-, Klär- und Deponiegas betrieben wurden. Zusammengenommen hatten diese mit einer installierten Leistung von zusammen rund 350 MW einen Anteil von lediglich 0,2 % an der Bruttostromerzeugung in Deutschland, wobei rund 920 GWh ins Netz eingespeist wurden. ^[5] Das Stromerzeugungspotential von Biomasse wird auf bis zu 10 % des deutschen Stromverbrauchs geschätzt. ^[6]

Biogas kann aus einer ganzen Reihe unterschiedlicher Stoffströme gewonnen werden. Mit welchen potentiellen Gaserträgen und technischen Primärenergiepotentialen je nach Substrat gerechnet werden kann, ist in Tabelle 1 ausgewiesen. ^[7]

Bezogen auf den gesamten Primärenergieverbrauch von 14 180 Petajoule (PJ) im Jahre 2000 macht das technische Primärenergiepotential der Biogase 2,9 % bis 3,1 % aus; bezogen auf den Primärenergieverbrauch an Naturgasen (3 025 PJ) sind das 13,6 % bis 14,7 %.

Wird ein Umwandlungswirkungsgrad zur Stromerzeugung in Motoren bzw. Blockheizkraftwerken von rund 35 % zugrunde gelegt, errechnet sich aus dem Primärenergiepotential der Biogase - bei 3 000 bis 5 000 Volllaststunden und einer zu installierenden Leistung von rund 8 000 bis 14 000 MW - ein potentielles Stromaufkommen von 40,4 bis 42,5 Mrd. kWh/a. ^[8] Wird zusätzlich berücksichtigt, dass die bei der Biogaserzeugung anfallenden rund 2,9 Mill. t/a Klärschlamm über eine Zufeuerung in vorhandenen Kohlekraftwerken genutzt werden, erweitert sich das biogene Stromerzeugungspotential um weitere 1,9 bis 3,2 Mrd. kWh/a.

Nutzt man das Biogaspotential dagegen ausschließlich zur Wärmebereitstellung, so beläuft sich bei einem Umwandlungswirkungsgrad von 90 bis 99 % das technische Endenergiepotential auf 336 bis 411 PJ/a.

Wird ein vollständiger Einsatz des Biogas-Potentials in Blockheizkraftwerken zur Kraft-Wärme-Kopplung unterstellt, errechnet sich bei einem Gesamtwirkungsgrad ^[9] von 55 bis 60 % und wiederum unter Berücksichtigung nachfrageseitiger Restriktionen ein technisches Endenergiepotential von 185 bis 247 PJ/a.

Orientiert man sich allein am technischen Endenergiepotential, das durch Biogasanlagen ^[10] bereitgestellt werden kann, und unterstellt eine nahezu vollständige Ausschöpfung innerhalb eines Zeitraums von etwa 30 Jahren, könnte sich die in Tabelle 2 dargestellte Entwicklung ergeben.

Bei einer jeweils hälftigen Nutzung des Biogaspotentials zur Stromerzeugung einerseits und zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung andererseits ergibt sich für Deutschland ein technisch nutzbares Endenergiepotential in einer Größenordnung von knapp 200 PJ/a. Dieses Potential könnte unter der Voraussetzung weiterhin positiver energiepolitischer Impulse innerhalb der nächsten 30 Jahre mit Hilfe von Biogasanlagen nutzbar gemacht werden. Dabei geht die hier getroffene Annahme einer hälftigen Nutzung davon aus, dass es trotz unbestreitbarer ökologischer Vorteile nicht gelingen wird, alle Biogasanlagen mit Kraftwärmekopplung auszulegen, da nicht in jedem Fall ein geeigneter Wärmeabnehmer in der Nähe des Standortes von Biogasanlagen gefunden werden dürfte. Es kommt hinzu, dass ein wirtschaftlicher Betrieb größerer Biogasanlagen (15 bis 20 MW) bei den gegenwärtig geltenden, im Bereich von 5 bis 20 MW gleichen Vergütungssätzen nach dem EEG schon bei ausschließlicher Kondensationsstromerzeugung möglich ist, während lediglich bei kleineren Anlagen eine Auslegung in Kraft-Wärme-Kopplung wirtschaftlich geboten ist. Erst mittelfristig ist auch bei größeren Anlagen aus ökonomischen Gründen mit einer Zunahme der kombinierten Wärme- und Stromnutzung zu rechnen, um über eine höhere Brennstoffausnutzung möglicherweise steigende Preise für die biogenen Einsatzstoffe zu kompensieren.

Wie erfolgreich das Vordringen des Biogases sein wird und ob es sich auf Dauer als bedeutender regenerativer Energieträger etablieren kann, hängt neben seiner Förderung durch langfristig angelegte energiepolitische Konzepte letztlich auch von der Eigenwirtschaftlichkeit der jeweiligen Biogasanlage ab. Die Vielfalt der möglichen Anlagetypen und das Größenspektrum dieser Anlagen lassen eine Standardisierung der mit (landwirtschaftlichen) Biogasanlagen verbundenen Kosten nicht zu. Je nach den Vor-Ort-Bedingungen und den jeweiligen spezifischen Einflussgrößen (Einsatzstoffe, Eigenbau oder schlüsselfertige Fremdfertigung, Nutzung gebrauchter Anlagenteile aus anderen Verwendungszwecken, angestrebter Biogasertrag, Kraft-Wärme-Kopplung oder reine Stromerzeugung usw.) kann mit deutlichen Unterschieden in der Kostenstruktur der Anlagen gerechnet werden.

Legt man beispielsweise eine landwirtschaftliche Biogasanlage zugrunde, die die Exkremente von 50 bzw. 100 Großvieheinheiten (GV) zur Biogaserzeugung nutzt, so streuen allein die derzeitigen Investitionskosten GV von 1 020 bis 1 820 Euro (bei 50 GV) bzw. von 870 bis 2 400 Euro (bei 100 GV). ^[11] Die Betriebskosten werden je nach Anlagengröße mit 5 000 bis 10 000 Euro/a veranschlagt. Bei einem Zinssatz von 4,5 % und einer Abschreibung über die technische Lebensdauer sowie unter Berücksichtigung von Gutschriften in Höhe der entsprechenden Heizölkosten (6,0 Euro/GJ) für die Bereitstellung derselben Wärmemenge durch Biogas sowie bei Kovergärung zusätzlich für das vergorene Kosubstrat (22 Euro/t) lassen sich für definierte Referenzanlagen folgende Stromgestehungskosten ermitteln, die jedoch nur als grobe Anhaltswerte für die derzeitige Wirtschaftlichkeit von Biogasanlagen dienen können:

Je nachdem, ob und in welchem Umfang die anfallende Heizwärme genutzt wird, ^[12] können die Stromgestehungskosten für eine Biogasanlage mit 100 GV derzeit zwischen 0,073 Euro/kWh bei Kofermentation und 0,144 Euro/kWh bei Monovergärung bzw. ohne Wärmeauskopplung zwischen 0,078 Euro/kWh (Kofermentation) und 0,156 Euro/kWh (ohne Kosubstrate) liegen. Deutlich kleinere Kofermentationsanlagen, die z. B. die Exkremente von 50 GV (800 t/a Gülle und 200 t/a Speisereste) verarbeiten, kämen auf Stromgestehungskosten von 0,128 Euro/kWh ohne bzw. 0,118 Euro/kWh mit teilweiser Wärmeauskopplung. ^[13]