Die Energiewende und der Verzicht auf fossile Brennstoffe gehören zu den größten Herausforderungen unserer Zeit. Die Weltbevölkerung wächst immer weiter an. Da Öl und Erdgas nicht ewig reichen werden und zu viel Kohlenstoffdioxid freisetzen, brauchen wir neue Möglichkeiten, um unsere Energie umweltfreundlich zu gewinnen.
Kernenergie scheint eine vielversprechende Alternative, aber die Risiken beim Betrieb von Atomkraftwerken sowie die Folgen der Lagerung von Atommüll sind bisher nicht absehbar. Hydro-, Solar- und Windenergie sind sehr viel sicherere Backstop-Technologien (das sind Technologien zur Energiegewinnung, die unbegrenzt zur Verfügung stehende Ausgangsstoffe nutzen), allerdings sind sie Witterungs- sowie Tageszeit-abhängig und nicht überall einsetzbar.
Eine weitere, weitestgehend Standort-unabhängige Möglichkeit der Energieerzeugung ist die Produktion und Verbrennung von Biogas. Gereinigtes Biogas besteht zum größten Teil aus Methan, bei dessen Verbrennung wiederum Energie freigesetzt wird. Gleichzeitig entstehen bei der Biogas-Herstellung große Mengen an geruchsneutralem Dünger sowie Wärme, die in das Fernwärmenetz eingespeist werden kann.

Die Biogasanlage – Was darf rein?

Eine Biogasanlage funktioniert im Prinzip wie die Verdauung einer Kuh. Für die Produktion von Biogas muss Biomasse als primärer Energieträger von Mikroorganismen zersetzt werden.

Welche Form von Biomasse wird in traditionellen Biogasanlagen nicht für die Methanproduktion genutzt? Kreuzt 2 Antworten an.

Elektrischer Strom aus der Kuh

Wir nehmen an, eine Milchkuh produziert pro Tag 47 L Gülle. Diese Gülle kann im laufenden Betrieb einer Biogasanlage zu etwa 0,79 Nm³ (Normkubikmeter) Methan umgewandelt werden. 1 Nm³ Methan hat einen Energiegehalt von 9,97 kWh (Quelle FNR).

Wie viele Kilowattstunden (kWh) an Energie können aus der täglich anfallenden Gülle von zwei Milchkühen produziert werden?
Ihr kennt das bestimmt aus der Schule: den Rechenweg mit aufzuschreiben schadet nie. Es könnte euch einen Punkt retten, wenn eure Überlegungen nachvollziehbar sind, das Ergebnis aber leider falsch.

Das in der Biogasanalage produzierte Methan wird in einem Kraftwerk verbrannt und die freiwerdende Energie mithilfe eines Generators in elektrischen Strom umgewandelt.
(CH₄ + 2 O₂ -> CO₂ + 2 H₂O + Energie)

Das Methan aus der vorhergehenden Frage wird mit einem angenommenen elektrischen Wirkungsgrad von 40 % in Strom umgesetzt. Wieviel Strom kann somit aus der täglich anfallenden Gülle von zwei Milchkühen in etwa erzeugt werden?
(Bitte alle richtigen Antworten ankreuzen)

Der produzierte Strom reicht aus um:

Vergärung von Biomasse
Fülle folgenden Lückentext aus.

Füllwörter:
Anaerobier, Methan, Monomeren, Schwefel, Kohlenstoffdioxid, Essigsäure, Strom, Hydrolyse, Sauerstoff, Polymere, Erdgas

Beim Gärprozess in Biogasanlagen setzten verschiedene Mikroorganismen die Ausgangsstoffe unter Abwesenheit von

zu Methan und

um. Die verwendeten Bakterien bezeichnet man auch als

Zunächst findet die sogenannte

statt.

wie zum Beispiel Zellulose müssen zunächst zu kleineren Molekülen, also

umgewandelt werden. Aus diesen kleinen Molekülen stellen die Mikroorganismen

CO₂ und Wasserstoff (H₂) her. In der letzten Reaktion, der sogenannten Methanogenese, entsteht schließlich das energiereiche

(CH₄). Nach der Reinigung des Gemischs (störende Stoffe wie

werden entfernt) erhält man bis zu 98% reines CH₄, man bezeichnet dies auch als

- Qualität. Das Gas kann dann direkt zur Erzeugung von

Wie CH₄ in einer Biogasanlage entsteht, kann in zwei verschiedenen, unabhängigen Reaktionsgleichungen dargestellt werden, ausgehend von Kohlendioxid und Essigsäure.

Ordne die beiden Ausgangsstoffe den Gleichungen zu:

A) ________ + 4 H₂ -> CH₄ + 2 H₂O
B) ________ -> CH₄ + CO₂

Kohlendioxid gehört zu Gleichung

Essigsäure gehört zu Gleichung

Teller oder Tank?
Die staatliche Subventionierung von Biogasanlagen führt dazu, dass viele Landwirte verstärkt „Energiemais“ anbauen, anstatt nur Abfallstoffe für ihre Anlagen zu verwenden. Aus Mais kann man pro Anbaufläche am meisten Methan erzeugen. Das macht die Maispflanze zu einem attraktiven Energieträger.

Ordne die folgenden Rohstoffe danach, wieviel Methan pro Tonne daraus gewonnen werden kann. Ordne von viel nach wenig. (ein Dreher ist erlaubt)
Bioabfall, Rindergülle, Maissilage, Hühnermist, Grassilage

Der Anbau von Energiemais hat mittlerweile ein so großes Ausmaß angenommen, dass man immer öfter von einer „Vermaisung“ des Ackerlands liest. Große Mais-Monokulturen können allerdings gravierende Auswirkungen auf die Umwelt haben.

Kreuze die zutreffenden Aussagen an: