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Klärgas

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

11.10.2020

Letztes Update

17.08.2022

 

Klärgas – Definition, Zusammensetzung und Verwendung von Faulgasen in der Stromerzeugung

Inhalt des Wiki-Artikel

Klärgas – Zusammensetzung, Risiken und Verwendung als Energiequelle

Klärgas entsteht laut Definition in den Faulbehältern von Kläranlagen. Es ist ein sogenanntes Faulgas, das bei der anaeroben Gärung organischer Stoffe entsteht. In der Natur kommen Faulgase vor allem über Sümpfen und anderen stehenden Gewässern vor. Die Gase sind brennbar und machen sich durch einen stechenden Geruch bemerkbar, der vor allem auf den enthaltenen Schwefelwasserstoff (H2S) zurückzuführen ist. Im Klärgas in die Konzentration höher als bei Sumpfgas. Hauptsächlich Methan (CH4) ist für die hohe Entzündlichkeit von Faulgasen verantwortlich.1

Zusammensetzung von Faulgas

Den größten Teil des Faulgases macht Methan aus, darüber hinaus enthält es weitere Stoffe, die zum Teil gesundheitsschädlich sind. Reichert sich Methan in der Atmosphäre an, beschleunigt dies den Treibhauseffekt. Eine Vergiftung kann Schwefelwasserstoff auslösen, treten Symptome im Umgang mit Klärgas auf, müssen direkt Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Außerdem ist Ammoniak im Faulgas enthalten, ein giftiges und ätzendes Gas, sowie Kohlenstoffdioxid und Spurengase. Aufgrund seiner Zusammensetzung sind bestimmte Vorsichtsmaßnahmen zu ergreifen, wenn Klärgas zur Herstellung von Biogas genutzt wird.2

Verwendung von Klärgas als Energiequelle

In Kläranlagen entstehendes Faulgas wird teils bereits seit den 1950er Jahren zur Energiegewinnung verwendet. Der Klärschlamm, der bei der Abwasseraufbereitung anfällt, ist eine Art Biomasse. Er wird in Faulbehältern unter sauerstoffarmen Bedingungen und bei einer Temperatur von circa 35 °C durch Bakterien abgebaut. Bei diesem Vorgang entsteht Klärgas, das zum nutzbaren Biogas aufbereitet beziehungsweise in Blockheizkraftwerken, kurz BKHW, oder durch Mikrogasturbinen in Strom und Wärme umgewandelt werden kann. Klärgas zählt zu den erneuerbaren Energiequellen und kann dementsprechend einen Beitrag zur Energiewende leisten.

Potenziale von Klärgas

Klärgas wird derzeit in Deutschland vor allem zur Stromerzeugung genutzt, bietet aber noch weitere Potenziale. Auch zur Gewinnung von Wärme beziehungsweise Kälte kann Klärgas verwendet werden. Mit Hilfe von Power-to-Gas-Anlagen ist es darüber hinaus möglich, die Energie des Faulgases zu speichern. Zudem kann Klärgasim Verkehrssektor eingesetzt werden, zu Biogas aufbereitet kann es von Erdgasautos getankt werden. Deshalb fordert das Umweltbundesamt von Politik und Forschung, die rechtlichen und wirtschaftlichen Rahmenbedingungen derart zu gestalten, dass eine sinnvolle Verwendung von Klärgas möglich ist und umgesetzt werden kann.3

Dezentrale Energieversorgung mit Klärgas

Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) produzieren bei der Stromerzeugung gleichzeitig auch Wärme. Diese kann als Prozesswärme in der Kläranlage eingesetzt werden, zum Beispiel zur Beheizung der Faulbehälter, so dass weniger Energiekosten anfallen. Da Klärgas aus organischen Stoffen gewonnen wird, schwankt der Methangehalt, sein Heizwert liegt zwischen 6 und 6,4 kWh/m³. Auch mit Strom können sich Kläranlagen durch diese Art der dezentralen Energieversorgung selbst versorgen.

In Deutschland wurden 2018 rund 1491 Gigawattstunden Strom aus Klärgas gewonnen, damit hatte es einen Anteil von 0,7 Prozent an der gesamten Strombereitstellung aus regenerativen Energien. Von den mehr als 9000 deutschen Kläranlagen führten 1274 Anlagen das Faulgas einer Nutzung zu, 88 Prozent davon erzeugten Strom damit. Seit 1998 wird die Stromerzeugung von Kläranlagen dokumentiert, zu dieser Zeit arbeiteten 1114 Anlagen mit Klärgasgewinnung, von denen lediglich die Hälfte Strom erzeugte. Das Gas wird von Kläranlagen außerdem zur Wärmeerzeugung genutzt oder an Dritte abgegeben.

Im Jahr 2019 verzeichnete die Stromerzeugung aus Klärgas gegenüber 2018 einen Zuwachs um 1,6 Prozent auf 1515 Gigawattstunden Strom. Der Anteil von Klärgas an der gesamten Strombereitstellung aus erneuerbaren Energien lag damit bei 0,3 Prozent. Die Klärgasgewinnung insgesamt ist von 2018 auf 2019 um 2 Prozent auf 22 234 Terajoule gesunken. Von 1271 Kläranlagen wurde das Faulgas gewonnen, wie im Jahr zuvor lag der Anteil derer, die Strom erzeugten, bei 88 Prozent. Zumeist wird Strom und Wärme in BHKW vor Ort erzeugt, der dabei gewonnene Strom wird großteils von den Kläranlagen selbst verbraucht, 2019 lag der Anteil bei 93 Prozent.4

Biogas aus Kläranlagen, der Landwirtschaft und von Deponien

Faulgase entstehen nicht nur in Kläranlagen, auch in der Landwirtschaft und über Mülldeponien kann das Gas zur weiteren Verwendung gewonnen werden. Faulgas von Mülldeponien wird auch Deponiegas genannt. In der Landwirtschaft wird in sogenannten Biogasanlagen aus Gülle und Mais nutzbare Energie gewonnen. Im Jahr 2017 erzeugten die mehr als 9300 Biogasanlagen in Deutschland etwa 4,55 Gigawatt Strom – eine Menge, mit der fast 9,5 Millionen Haushalte versorgt werden können. Vor allem in Bayern stehen mit circa 2500 Stück viele Biogasanlagen, für die Landwirte sind sie eine wichtige Einnahmequelle, da sie eine Vergütung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) erhalten, wenn sie elektrische Energie ins öffentliche Stromnetz einspeisen. Diese Einspeisevergütung wird allerdings nur für 20 Jahre gewährt; ob die Biogasanlagen auch ohne sie eine Zukunft haben, muss sich erst noch zeigen.

Während in der Anfangszeit in den 1980ern lediglich Gülle und Mist zur Erzeugung von Biogas in der Landwirtschaft eingesetzt wurden, werden heutzutage auch andere organische Stoffe vergoren. Biomüll, Schlachtabfälle, Reste aus der Gastronomie und der Lebensmittelindustrie sowie Mais, Futterrüben und Getreide eignen sich zur Gewinnung von Faulgas. Nachwachsende Rohstoffe müssen als Biomasse zunächst hygienisiert werden, um Keime und Unkrautsamen zu beseitigen. Dazu wird die flüssige Biomasse auf 75 °C erhitzt. Von Nachteil ist jedoch, dass die landwirtschaftlichen Flächen, die dem Anbau von nachwachsenden Rohstoffen dienen, nicht mehr für den Nahrungsmittel- und Futteranbau zur Verfügung stehen. Aus diesem Grund erfolgte 2014 eine Reform des EEG, die Anreize für große Biogasanlagen und Gülleanlagen wurden verringert oder ganz zurückgenommen, der Einsatz bestimmter Energiepflanzen wird nicht mehr vergütet.5

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