Biogasanlage für ein Privathaus: Empfehlungen für die Einrichtung einer Eigenbau-Anlage

Der sparsame Hausbesitzer träumt von billigen Energieressourcen, effizienter Abfallentsorgung und Düngerproduktion. Eine selbst gebaute Biogasanlage zu Hause ist eine günstige Möglichkeit, diesen Traum zu verwirklichen.

Die Eigenmontage einer solchen Anlage ist mit vertretbaren Kosten verbunden, und das erzeugte Gas wird eine wertvolle Hilfe im Haushalt sein: es kann zum Kochen, zum Heizen des Hauses und für andere Zwecke genutzt werden.

Lassen Sie uns die Funktionsweise dieser Anlage, ihre Vor- und Nachteile verstehen. Und auch, ob es möglich ist, eine Biogasanlage selbst zu bauen und ob sie effizient sein wird.

Besonderheiten der Biogasgewinnung

Biogas entsteht durch die Vergärung eines biologischen Substrats. Es wird durch hydrolytische, säurebildende und methanbildende Bakterien zersetzt. Das von den Bakterien erzeugte Gasgemisch ist brennbar, da es einen hohen Methananteil enthält.

Es unterscheidet sich in seinen Eigenschaften kaum von Erdgas, das für industrielle und hausgebrauchliche Zwecke verwendet wird.

Wenn Sie möchten, können Sie als Hausbesitzer eine industriell gefertigte Biogasanlage erwerben, aber das ist teuer und die Investition amortisiert sich erst nach 7-10 Jahren. Daher ist es sinnvoll, Mühe zu investieren und einen Bioreaktor selbst zu bauen.

Biogas ist ein umweltfreundlicher Brennstoff und die Technologie zu seiner Gewinnung hat keine besonderen Auswirkungen auf die Umwelt. Darüber hinaus werden als Rohstoffe für Biogas organische Abfälle verwendet, die entsorgt werden müssen.

Die Abfälle werden in einen Bioreaktor gegeben, wo die Verarbeitung stattfindet:

• Über einen bestimmten Zeitraum wird die Biomasse von Bakterien zersetzt. Die Gärungsdauer hängt vom Volumen des Rohmaterials ab;
• Durch die Aktivität anaerober Bakterien wird ein brennbares Gasgemisch freigesetzt, das Methan (60 %), Kohlendioxid (35 %) und einige andere Gase (5 %) enthält. Bei der Gärung wird zudem in geringen Mengen potenziell gefährlicher Schwefelwasserstoff freigesetzt. Er ist giftig, daher ist es äußerst unerwünscht, dass Sie ihm ausgesetzt werden;
• Das Gasgemisch aus dem Bioreaktor wird gereinigt und gelangt in einen Gasbehälter, wo es bis zum bestimmungsgemäßen Gebrauch gelagert wird;
• Das Gas aus dem Gasbehälter können Sie genauso wie Erdgas verwenden. Es gelangt zu den Haushaltsgeräten – Gasöfen, Heizkesseln usw.;
• Die zersetzte Biomasse muss regelmäßig aus dem Fermenter entfernt werden. Dies bedeutet zusätzlichen Arbeitsaufwand, aber die Mühe lohnt sich. Nach der Gärung wird das Rohmaterial zu einem hochwertigen Dünger, der auf Feldern und in Gärten verwendet wird.

Eine Biogasanlage ist für Sie als Hausbesitzer nur dann vorteilhaft, wenn Sie ständigen Zugang zu Abfällen von Tierhaltungsbetrieben haben. Im Durchschnitt können aus 1 m³ Substrat 70-80 m³ Biogas gewonnen werden, aber die Gasproduktion ist ungleichmäßig und hängt von vielen Faktoren ab, u.a. von der Temperatur der Biomasse. Dies erschwert die Berechnungen.

Biogasanlagen sind ideal für landwirtschaftliche Betriebe. Die Abfälle aus der Tierhaltung können genug Gas für die vollständige Beheizung von Wohnräumen und Wirtschaftsgebäuden liefern.

Damit der Gasgewinnungsprozess stabil und kontinuierlich verläuft, sollten Sie am besten mehrere Biogasanlagen bauen und das Substrat zeitlich versetzt in die Fermenter geben. Diese Anlagen arbeiten parallel und das Rohmaterial wird nacheinander eingefüllt.

Dies garantiert eine konstante Gasproduktion, sodass Sie eine kontinuierliche Versorgung der Haushaltsgeräte erreichen können.

Idealweise sollte der Bioreaktor beheizt werden. Alle 10 Grad Wärme verdoppeln die Gasproduktion. Obwohl die Installation einer Heizung Investitionen erfordert, zahlt sie sich durch eine höhere Effizienz der Konstruktion aus.

Selbstgebaute Biogasanlage, die aus Alltagsmaterialien zusammengebaut wird, ist wesentlich günstiger als industriell hergestellte Anlagen. Ihre Effizienz ist geringer, entspricht aber durchaus den investierten Mitteln. Wenn Sie Zugang zu Mist haben und bereit sind, eigene Mühen in den Aufbau und die Wartung der Konstruktion zu investieren, ist dies sehr vorteilhaft.

Vorteile und Nachteile des Systems

Biogasanlagen haben viele Vorteile, aber auch einige Nachteile. Daher sollten Sie vor der Planung und dem Bau alles abwägen:

• Abfallverwertung. Mit einer Biogasanlage können Sie maximalen Nutzen aus Abfällen ziehen, von denen Sie sich ohnehin hätten trennen müssen. Diese Entsorgung ist umweltfreundlicher als das Vergraben von Abfällen.
• Erneuerbarkeit des Rohstoffs. Biomasse ist weder Kohle noch Erdgas, deren Förderung die Ressourcen erschöpft. In der Landwirtschaft fällt das Rohmaterial kontinuierlich an.
• Relativ geringe CO2-Menge. Bei der Gasgewinnung wird die Umwelt nicht verschmutzt, bei der Nutzung gelangt jedoch eine geringe Menge Kohlendioxid in die Atmosphäre. Diese ist ungefährlich und kann die Umwelt nicht kritisch verändern, da sie von Pflanzen während des Wachstums aufgenommen wird.
• Moderate Schwefelfreisetzung. Bei der Verbrennung von Biogas gelangt eine geringe Menge Schwefel in die Atmosphäre. Dies ist ein negativer Effekt, dessen Ausmaß jedoch im Vergleich relativ ist: Bei der Verbrennung von Erdgas ist die Umweltbelastung durch Schwefeloxide wesentlich höher.
• Stabiler Betrieb. Die Produktion von Biogas ist stabiler als der Betrieb von Solaranlagen oder Windkraftanlagen. Während die Energie von Sonne und Wind nicht steuerbar ist, hängen Biogasanlagen von menschlichen Aktivitäten ab.
• Mehrere Anlagen können genutzt werden. Gas birgt immer Risiken. Um potenzielle Schäden im Falle eines Unfalls zu reduzieren, können mehrere Biogasanlagen auf dem Grundstück verteilt werden. Wenn das System aus mehreren Fermentern richtig geplant und gebaut wird, arbeitet es stabiler als ein einzelner großer Bioreaktor.
• Vorteile für die Landwirtschaft. Zur Gewinnung von Biomasse werden bestimmte Pflanzenarten angebaut. Man kann solche wählen, die den Bodenzustand verbessern. Sorghum reduziert beispielsweise Bodenerosion und verbessert die Bodenqualität.

Biogas hat auch Nachteile. Obwohl es ein relativ sauberer Brennstoff ist, belastet es dennoch die Atmosphäre. Auch kann es Probleme mit der Versorgung mit pflanzlicher Biomasse geben.

Verantwortungslose Anlagenbetreiber gewinnen sie oft so, dass sie den Boden auslaugen und das ökologische Gleichgewicht stören.

Rentabilitätsberechnung der Anlage

Als Rohstoff für die Biogasproduktion wird üblicherweise Kuhmist verwendet. Eine ausgewachsene Kuh kann so viel liefern, dass 1,5 m³ Brennstoff erzeugt werden können; ein Schwein – 0,2 m³; ein Huhn oder Kaninchen (je nach Körpergewicht) – 0,01–0,02 m³. Um zu verstehen, ob das viel oder wenig ist, kann man es mit vertrauteren Ressourcen vergleichen.

1 m³ Biogas liefert die gleiche Wärmemenge wie:

• Holz – 3,5 kg;
• Kohle – 1–2 kg;
• Strom – 9–10 kWh.

Wenn das ungefähre Gewicht der landwirtschaftlichen Abfälle, die in den nächsten Jahren verfügbar sein werden, und der benötigte Energiebedarf bekannt sind, kann die Rentabilität einer Biogasanlage berechnet werden.

Einer der Hauptnachteile der Biogasgewinnung ist der Geruch. Die Möglichkeit, kleine Komposthaufen zu nutzen, ist ein großer Vorteil, aber Sie müssen Unannehmlichkeiten in Kauf nehmen und den Prozess sorgfältig kontrollieren, um die Ausbreitung von Krankheitserregern zu vermeiden.

Für die Befüllung des Bioreaktors wird ein Substrat vorbereitet, das mehrere Komponenten in folgenden Anteilen enthält:

• Mist (am besten Kuh- oder Schweinemist) – 1,5 t;
• Organische Abfälle (das können verrottete Blätter oder andere pflanzliche Bestandteile sein) – 3,5 t;
• auf 35 Grad erhitztes Wasser (die Menge des warmen Wassers wird so berechnet, dass seine Masse 65–75 % der gesamten organischen Substanz beträgt).

Die Substratberechnung wurde für eine Befüllung für ein halbes Jahr durchgeführt, wenn Sie von einem moderaten Gasverbrauch ausgehen. Nach etwa 10–15 Tagen werden die ersten Ergebnisse des Fermentationsprozesses sichtbar: In geringen Mengen beginnt sich Gas zu bilden und den Speicher zu füllen. Nach 30 Tagen können Sie mit einer vollen Brennstoffproduktion rechnen.

Geräte zur Biogasproduktion sind in unserem Land noch nicht sehr verbreitet. Dies liegt vor allem an der mangelnden Aufklärung der Bevölkerung über die Vorteile und Besonderheiten von Biogassystemen. In China und Indien sind viele kleine landwirtschaftliche Betriebe mit selbstgebauten Anlagen zur Gewinnung von zusätzlichem sauberem Brennstoff ausgestattet.

Wenn die Anlage richtig arbeitet, wird die Biogasmenge allmählich zunehmen, bis das Substrat vergoren ist. Die Leistung der Konstruktion hängt direkt von der Gärgeschwindigkeit der Biomasse ab, die wiederum mit der Temperatur und Feuchtigkeit des Substrats zusammenhängt.

Anleitung zum Eigenbau

Wenn Sie keine Erfahrung mit der Montage komplexer Systeme haben, ist es sinnvoll, im Internet eine möglichst einfache Zeichnung einer Biogasanlage für ein Einfamilienhaus auszuwählen oder selbst zu entwickeln.

Je einfacher die Konstruktion, desto zuverlässiger und langlebiger ist sie. Später, wenn Sie Erfahrung im Bau und Umgang mit dem System gesammelt haben, können Sie die Anlage umbauen oder eine zusätzliche Anlage montieren.

Bei teuren industriellen Konstruktionen sind Systeme zum Mischen der Biomasse, zur automatischen Beheizung, zur Gasreinigung usw. vorgesehen. Haushaltsgeräte sind nicht so komplex. Es ist besser, eine einfache Anlage zu bauen und später die Elemente hinzuzufügen, die benötigt werden.

Bei der Berechnung des Fermentervolumens sollte man sich an 5 m³ orientieren. Eine solche Anlage liefert die Gasmenge, die zum Heizen eines Einfamilienhauses mit einer Fläche von 50 m² erforderlich ist, wenn ein Gaskessel oder Ofen als Wärmequelle verwendet wird.

Dies ist ein Durchschnittswert, da der Heizwert von Biogas in der Regel nicht höher als 6000 kcal/m³ ist.

Damit der Fermentationsprozess einigermaßen stabil verläuft, muss die richtige Temperatur erreicht werden. Dazu wird der Bioreaktor in einer Erdgrube installiert oder eine zuverlässige Wärmedämmung von vornherein eingeplant. Eine konstante Beheizung des Substrats kann gewährleistet werden, wenn unter dem Fermenterboden ein Wasserheizungsrohr verlegt wird.

Der Bau einer Biogasanlage kann in mehrere Phasen unterteilt werden.

Schritt 1 – Vorbereitung der Grube für den Bioreaktor

Praktisch die gesamte Biogasanlage befindet sich unter der Erde, daher hängt viel davon ab, wie die Grube ausgehoben und ausgekleidet wurde. Es gibt mehrere Möglichkeiten zur Verstärkung der Wände und Abdichtung der Grube – Kunststoff, Beton, Polymerringe.

Die optimale Lösung ist der Kauf von fertigen Polymerringen mit blindem Boden. Sie sind teurer als improvisierte Materialien, aber es ist keine zusätzliche Abdichtung erforderlich. Polymere sind empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen, aber sie haben keine Angst vor Feuchtigkeit und chemisch aggressiven Substanzen. Sie können nicht repariert werden, aber bei Bedarf können sie leicht ausgetauscht werden.

Die Intensität der Substratgärung und die Gasausbeute hängen von der Vorbereitung der Wände und des Bodens des Bioreaktors ab, daher wird die Grube sorgfältig verstärkt, isoliert und abgedichtet. Dies ist die schwierigste und arbeitsintensivste Phase der Arbeiten.

Schritt 2 – Einrichtung der Gasdrainage

Der Kauf und die Montage spezieller Rührwerke für Biogasanlagen sind eine teure Angelegenheit. Das System kann verbilligt werden, indem man eine Gasdrainage einrichtet. Diese besteht aus vertikal installierten polymeren Kanalrohren, in die viele Löcher gebohrt sind.

Bei der Berechnung der Länge der Drainagerohre sollte die geplante Fülltiefe des Bioreaktors berücksichtigt werden. Die oberen Teile der Rohre müssen über diesem Niveau liegen.

Für die Gasdrainage können Metall- oder Polymerrohre gewählt werden. Erstere sind stabiler, Letztere widerstandsfähiger gegen chemische Einflüsse. Es ist besser, Polymeren den Vorzug zu geben, da Metall schnell rosten und verrotten würde.

In den fertigen Bioreaktor kann sofort Substrat eingefüllt werden. Es wird mit einer Folie abgedeckt, damit das bei der Fermentation freigesetzte Gas unter leichtem Druck steht. Wenn die Kuppel fertig ist, wird dies eine normale Zufuhr von Biometan über das Ableitungsrohr gewährleisten.

Schritt 3 – Montage der Kuppel und der Rohre

Der letzte Schritt beim Bau der einfachsten Biogasanlage ist die Montage des kuppelförmigen oberen Teils. Am höchsten Punkt der Kuppel wird ein Gasabführrohr installiert und zu einem Gasbehälter geführt, ohne den es nicht geht.

Der Behälter des Bioreaktors wird mit einem dichten Deckel verschlossen. Um eine Vermischung von Biometan mit Luft zu verhindern, wird eine hydraulische Sperre eingerichtet. Diese dient auch der Gasreinigung. Es ist ein Ablassventil vorzusehen, das anspricht, wenn der Druck im Fermenter zu hoch wird.

Ausführlicher darüber, wie man Biogas aus Mist herstellt, lesen Sie in diesem Artikel.

Der freie Raum des Bioreaktors dient gewissermaßen als Gasspeicher, aber das reicht für den sicheren Betrieb der Anlage nicht aus. Das Gas muss kontinuierlich verbraucht werden, sonst kann es durch Überdruck unter der Kuppel zu einer Explosion kommen.

Methoden zur Beheizung des Bioreaktors

Mikroorganismen, die das Substrat verarbeiten, sind ständig in der Biomasse vorhanden, aber für ihre intensive Vermehrung ist eine Temperatur von 38 Grad und mehr erforderlich.

Zum Heizen in der kalten Jahreszeit kann ein an die Hausheizung angeschlossener Heizungsregister oder elektrische Heizgeräte verwendet werden. Die erste Methode ist wirtschaftlicher, daher wird sie häufiger eingesetzt.

Eine Biogasanlage muss nicht zwingend in die Erde eingelassen werden, es gibt auch andere Bauweisen. Ein Beispiel für ein aus Fässern zusammengebautes System wird im folgenden Video gezeigt.

Am einfachsten lässt sich die Erwärmung von unten realisieren, indem ein Rohr von der Heizungsanlage verlegt wird, aber die Effizienz eines solchen Wärmetauschers ist relativ gering. Besser ist eine externe Beheizung, idealerweise mit Dampf, damit die Biomasse nicht überhitzt.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Obwohl die Montage und Installation von Biogasanlagen nichts Kompliziertes ist, müssen Sie äußerst aufmerksam auf die Details achten. Fehler sind nicht zulässig, da sie zu Explosionen und Zerstörungen führen können. Wir bieten Videoanleitungen, die Ihnen helfen, den Aufbau der Anlagen zu verstehen, sie richtig zu montieren und mit nützlichen Vorrichtungen für eine bequemere Nutzung des Biogases zu ergänzen.

In dem Video wird erklärt, wie eine Standard-Biogasanlage aufgebaut ist und funktioniert:

Beispiel einer selbstgebauten Biogasanlage. Video-Tutorial zum Bau des Systems mit eigenen Händen:

Videoanleitung zur Montage einer Biogasanlage aus einem Fass:

Beschreibung des Herstellungsprozesses von Rührwerken für das Substrat:

Detaillierte Beschreibung der Funktionsweise eines selbstgebauten Gasspeichers:

So einfach die für ein Einfamilienhaus ausgewählte Biogasanlage auch sein mag, Sie sollten nicht daran sparen. Wenn möglich, ist es besser, einen zerlegbaren Bioreaktor aus industrieller Fertigung zu kaufen.

Wenn nicht, dann stellen Sie ihn aus hochwertigen und beständigen Materialien her: Kunststoffen, Beton oder Edelstahl. So schaffen Sie ein wirklich zuverlässiges und sicheres Gasversorgungssystem für das Haus.

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