Kosten und Nebenkosten

Die ökonomischen Aspekte der Gewinnung von Biogas aus festen und flüssigen Abfällen unterliegen nicht nur verschiedenen verfahrenstechni-schen Faktoren, sondern auch den lokalen Gegebenheiten. Diese Fakto-ren beinhalten unter anderem die Grösse der Anlage, die Verwertung der Produkte, die umweltpolitischen Einschränkungen, die Gegebenheiten des Marktes, die tarifären und politischen Rahmenbedingungen sowie die Kosten für die Bereitstellung von Geldern für den Bau. Zur Beurteilung der Rentabilität eines Projektes ist es unabdingbar, sämtliche dieser Parameter unter geeigneter Gewichtung in Betracht zu ziehen.

Aufgrund der Tatsache, dass viele verschiedene Faktoren die ökonomische Analyse eines Projektes beeinflussen, ist es nicht möglich, generelle ökono-mische Rahmenbedingungen zu formulieren. Jedes Projekt muss einer individuellen, minutiösen Analyse unterzogen werden. Die Tabelle 23 gibt eine Übersicht über die bei einer ökonomischen Betrachtung einer Vergärungsanlage systematisch zu untersuchenden Positionen:

Eine Vergärungsanlage besteht aus vier mehr oder weniger kostenintensi-ven Bereichen, welche nachfolgend im Detail beschrieben sind:

1. Substrataufbereitung 2. Vergärung

3. Aufbereitung und Verwertung des Biogases

4. Lagerung, Nachbehandlung, Entsorgung/Verwertung des ausgegorenen Materials

Der Bereich der Aufbereitung umfasst normalerweise Einrichtungen zur Dekompaktierung und zur Zerkleinerung der festen Abfälle. Bei den flüssi-gen Substraten sind allenfalls Pufferbehälter und Einrichtunflüssi-gen zum Ein-stellen der für die Vergärung günstigen Bedingungen nötig. Daneben können Vorrichtungen zur Abtrennung von unerwünschten oder toxischen Stoffen vorhanden sein. Fördereinrichtungen dienen dem Materialtrans-port von einem Behandlungsschritt zum nächsten. Es handelt sich norma-lerweise um Förderbänder, Spiralförderer oder Pumpen. Die Aufbereitung des Substrates dient dem Aufschluss des lignocellulosehaltigen Materials und beschleunigt durch die Oberflächenvergrösserung den Abbau fester und suspendierter Stoffe. Der Grad der Aufbereitung und Vorbehandlung beeinflusst die Investitions- und Betriebskosten spürbar.

INVESTITIONSKOSTEN

Fermenter, Ausrüstung und Installation, vor- und nachgeschaltete Komponenten, Land, Umgebungsarbeiten, Inbetriebsetzung BETRIEBSKOSTEN

Personal: Überwachung, Wartung und Unterhalt

Betriebsmittel: Rohstoffe, Chemikalien, Hilfsstoffe, Nährstoffe, Wasser Energie: Eigenverbrauch Elektrizität, Brenn- und Treibstoffe Material: Ersatzteile

Nachbehandlung: Produktverwertung, Abwasserreinigung Analytik: Qualitätskontrolle im Labor

Versicherung und Taxen

Tabelle 23:

Faktoren, welche die

Ökonomie einer Biogasanlage beeinflussen

Die Wahl des Gärverfahrens richtet sich in der Regel nach der Charakte-ristik des zu vergärenden Materials. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, die Einflüsse der Verweilzeit, der Raumbelastung sowie des Trok-kensubstanzgehaltes im Reaktor auf die Dimensionierung des Fermenters und in der Folge auf die Investitionskosten zu kennen. Besonders zu beachten sind die Investitionskosten der folgenden Anlageteile:

• Vergärungsreaktor (Einbauten, Gasabscheider, Substratabzug/-austrag)

• Mischer

• Pumpen, Fördereinrichtungen

• Absetzbecken, Dekanterzentrifuge, Membranfiltration

• Heizsystem, Wärmetauscher

• Messen, Steuern, Regeln

• Gebäude

Der Energiebedarf zum Aufheizen und zur Deckung der Wärmeverluste ist zu ermitteln. Dabei ist der Wärmeverlust den Isolationskosten gegenüber-zustellen. Möglichkeiten des Wärmeaustausches zwischen ausgegorenem und frischem Substrat sind vor allem bei Abwässern mit (sehr) kleinem Anteil an suspendierten Feststoffen zu prüfen. Der Heizenergiebedarf kann je nach gewählter Betriebstemperatur und Temperatur des Ausgangsmate-rials zwischen 10 und über 50% (sehr dünne Abwässer) der erzeugten Energie in Form von Biogas ausmachen. Die Kunst des planenden Inge-nieurs besteht darin, den optimalen Kompromiss zwischen Einfachheit des Systems, hoher Abbauleistung und einer guten Energiebilanz zu finden.

Die Aufbereitung (Reinigung) und Konditionierung des Biogases (Kompression) wird in der Regel durch die Verwendung des Biogases bestimmt. Meistens müssen für die Gasverwertung Gasspeichersysteme installiert werden. Häufig werden Foliengasometer verwendet, welche zur Erzeugung des für die Verbraucher notwendigen Drucks beschwert werden können. Die Leistung einer Wärme-Kraft-Koppelung richtet sich nach der Biogasproduktion. Der produzierte Strom wird in der Regel ins öffentliche Netz eingespiesen.

Beim Bau von Vergärungsanlagen muss sowohl die Behandlung des Ablaufs wie auch die Weiterbehandlung des ausgegorenen Materials untersucht und gelöst werden. Bei der Flüssigvergärung handelt es sich dabei beispielsweise um eine – nun natürlich deutlich vereinfachte – aerobe Nachbehandlung des Ablaufs in einer öffentlichen oder firmeneigenen Kläranlage. Bei der Feststoffvergärung muss das Gärgut je nach Verwen-dung noch kurz nachkompostiert werden. Auf jeden Fall müssen die Kosten der aeroben Nachbehandlung mitberücksichtigt werden.

Die folgenden Diagramme in Figur 35 zeigen den Trendverlauf für Kosten von aeroben, anaeroben und kombinierten Systemen. Wesentlich ist, dass anaerobe Verfahren bei BSB5 Belastungen ab rund 1 g/l (bzw. CSB von rund 2␣ g/l) gegenüber aeroben Verfahren sowohl bei den Investitionen als be-sonders auch bei den Betriebskosten vorteilhaft sind. Ein Beispiel eines Kostenvergleichs wurde bereits in Tabelle 22 gegeben. Weitere detaillierte ökonomische Daten für flüssige und feste Substrate sind in der eingangs erwähnten PACER-Publikation «Vergärung von häuslichen Abfällen und Industrieabwässern» vorhanden, welche 1993 durch das Bundesamt für Konjunkturfragen bei der EDMZ in Bern publiziert wurde. Wenn auch seit der damaligen Datenerhebung einige Zeit verstrichen ist, sind die Daten trotzdem noch aussagekräftig, da einerseits die Teuerung im Bausektor nicht gross war und andernseits sich die Kostenentwicklung bei

Kompostie-rung und VergäKompostie-rung nicht signifikant unterschieden hat. Auch dort ist man zum Schluss gekommen, dass die Vergärung – vorausgesetzt, es sei eine genügend hohe Belastung vorhanden – gegenüber aeroben Verfahren vorteilhaft ist.

ausschliesslich aerob

anaerobe Vorbehandlung vor ARA anaerobe Vorbehandlung Nachbelüftung

(Amortisationszeit: 10 a; Zinssatz: 10%.)

Relative variable Kosten

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

0 1000 2000 3000 4000 5000

Vergleich der variablen Kosten

BSB₅-Belastung Zufluss [mg/l]

Vergleich der Fixkosten

BSB₅-Belastung Zufluss [mg/l]

Relative Fixkosten

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

0 1000 2000 3000 4000 5000

Figur 35:

Verlauf der festen und variablen Kosten für aerobe, anaerobe und kombinierte Systeme

(Quelle: Eckenfelder)

Bei den festen Abfällen müssen zusätzlich zu den obigen prinzipiellen Betrachtungen, die sowohl für Abwässer als auch für feste Abfälle gültig sind, verschiedene kostenwirksame Besonderheiten berücksichtigt wer-den: Feste biogene Abfälle aus separater Sammlung neigen zur Freisetzung von Gerüchen. Dies erfordert die gezielte Fassung geruchsbeladener Luft und eine Desodorierung in einem Biofilter. Für das Abtrennen von Stör-stoffen kommen Magnetabscheider, Siebmaschinen oder Handauslese in Frage. Eine Handauslese verursacht zusätzliche Personalkosten. Zur Aufbe-reitung gehört eine genügende, eventuell mehrstufige Zerkleinerung oder Kalibrierung der festen Abfälle.

Je nach System ist pro Tonne mit 250 bis 600 l Überschusswasser zu rechnen. Dieses «Wasser» kann entweder in der Landwirtschaft wie Flüssig-dünger verwertet oder einer Abwasserreinigung zugeführt werden.

Die Figur 36 zeigt die Gesamtkosten verschiedener Gärverfahren für feste biogene Abfälle. Die Kosten liegen zwischen Fr. 150.– und 250.– pro Tonne verarbeitetes Material. Generell kann gesagt werden, dass grössere An-lagen spürbar tiefere spezifische Kosten aufweisen als kleinere, da die Investitions- und Betriebskosten für weite Bereiche mit zunehmender Grös-se nur unweGrös-sentlich ansteigen (z.B. Fer-menter, Gaserfassung und Verwer-tung, Personal usw.).

Im Bereich der festen Abfälle gilt es bezüglich der Anlagegrösse ein Opti-mum zu finden, bei welchem auch die ökologischen Fragen bezüglich des Transports von Frischmaterial berücksichtigt werden. Spezielle Feststoff-gäranlagen weisen daher sinnvollerweise Kapazitäten um 10 000 t/a auf.

Dies entspricht einem Einzugsgebiet von rund 100 000 Einwohnern, welche in Agglomerationen innerhalb eines relativ kleinen Radius wohnhaft sein können. Anlagen von 20 000 t/a und mehr dürften nur in Ausnahmefällen unter ganzheitlicher Betrachtung sinnvoll sein.

Eigene Untersuchungen zur Co-Vergärung auf der ARA Frutigen haben gezeigt, dass die Co-Vergärung zu Kosten von deutlich unter Fr.␣ 100.–/t realisiert werden kann, sofern auf bereits vorhandene Infrastruktur zurück-gegriffen werden darf. Ebenfalls dürften Annahmepreise in landwirtschaft-lichen Co-Vergärungsanlagen spürbar unter Fr.␣ 100.– liegen, sofern nicht ein grosser Aufwand für die Fremdstoffabtrennung betrieben werden muss. Diese Voraussetzung ist beispielsweise bei organischen Abfällen von Lebensmittelverteilern in der Regel gegeben.

Figur 36:

Bandbreiten der spezifischen Behandlungskosten pro Tonne Abfall in Abhängigkeit der Verarbeitungskapazität von

einstufige Vergärung zweistufige Vergärung Anlagenkapazität (Jahrestonnen)