Hochreine Gase aus Gülle und Mist

Der Hof der Familie Mayr liegt malerisch am Rande des Örtchens Pfitsch im Südtiroler Wipptal. Richtung Süden fällt der Blick über sattgrüne Wiesen und Maisfelder, Richtung Norden liegt der 1.600 Meter hohe Höllenkragen. Gleich hinter dem Wohnhaus mit dem traditionellen Holzbalkon schauen neugierige Kälbchen durch eine Stalltür. Über der Szenerie schwebt eine leichte Note Kuhduft.

Kaum vorstellbar, dass in den vier Stallungen des Mayr-Hofs insgesamt 300 Kühe stehen, von denen jede – wenn sie ausgewachsen ist – täglich nicht nur 32 Liter Milch produzieren kann, sondern auch etwa 50 Liter Gülle und vier Kilo Mist. Gemeinsam mit seinen Kindern füttert Patrick Mayr gerade die Tiere mit Mais­silage, die Ställe sind groß mit hohen Dächern und picobello sauber. Doch ein entsprechend großer Misthaufen und eine ­riesige Güllegrube finden sich auf dem Hof des Bauern nicht, die Hinterlassenschaften der Rindviecher werden regelmäßig abgeholt.

Die gewaltigen Mengen tierischer Ausscheidungen stellen Betriebe in der idyllischen Bergwelt vor eine große Heraus­forderung. „Früher haben wir Mist und Gülle zu den Obst- und den Weinbauern gebracht“, erzählt Jungbauer Mayr, „aber die konnten den Mist nur im Herbst und die Gülle nur im Frühjahr gebrauchen.“ Zudem setzen strengere Vorschriften der Europäischen Union Grenzen, denn zu viel Gülle auf zu wenig Fläche stellt eine Gefahr für das Grundwasser dar. Die Landwirte standen vor der Wahl: entweder weniger Kühe halten oder eine Lösung für die Hinterlassenschaften des Rindviehs finden.

Im Wipptal fahren graue Sattelzüge und ockergelbe Tankwagen von Hof zu Hof. Sie sammeln Mist und Gülle ein und bringen sie nach Pfitsch, wo in einer nagelneuen Anlage Kohlendioxid (CO2) und Biomethan (CH4) hergestellt werden – mithilfe der Hochleistungsmembran Sepuran Green von Evonik. Vor den Werkstoren steht eine Lkw-Zapfsäule, an der die Fahrzeuge der Gesellschafter mit verflüssigtem Biomethan (Bio-LNG, also Liquefied Natural Gas) betankt werden können. 400 Liter passen in einen Tank. „Wir haben ausgerechnet, dass für diese Menge an Bio-LNG ziemlich genau der übers Jahr produzierte Mist und die Gülle einer einzigen Kuh benötigt werden“, sagt Manfred Gius, CEO von Biogas Wipptal.

In Pfitsch machen sie vor, wie sich viele Probleme der modernen Landwirtschaft mit einem Schlag lösen lassen. Denn nicht nur die Überdüngung von Feldern und die Belästigung der Anrainer durch den Geruch der Jauche erhöhen den Handlungsdruck. Das in Gülle und Mist gebundene Methan ist ein besonders schädliches Treibhausgas. Der Anteil von CH4 an den menschgemachten Treibhausgasemissionen beträgt zwar nur etwa drei Prozent, das Gas ist aber für 0,5 Grad der Erderwärmung verantwortlich, die bisher bei etwa 1,1 Grad liegt. Der größte Teil des weltweiten Methan-Ausstoßes wird durch menschliches Handeln verursacht. Dabei fallen drei Sektoren besonders ins Gewicht: die Landwirtschaft mit 40 Prozent, die Energiewirtschaft mit 37 Prozent und die Abfallwirtschaft mit 19 Prozent.

Würde das Biogas, das in all diesen Sektoren anfällt, konsequent aufbereitet, könnte es große Teile der fossilen Erdgasproduktion ersetzen – und jede Menge weiterer nützlicher Stoffe hervorbringen. Dr. Götz ­Baumgarten, der bei Evonik maßgeblich an der Entwicklung der Sepuran-Membranen beteiligt war, registriert weltweit ein wachsendes Interesse an der Produktion von Biogas: „Aktuell engagiert Nordamerika sich stark. Dort stehen Abfallstoffe im Mittelpunkt. Doch auch die Regionen entlang des Äquators haben aufgrund des schnellen Wachstums der dortigen Vegetation viel Potenzial.“

Die Südtiroler Anlage zeigt im Kleinen, wie Biogas effi­zient genutzt werden kann. Die eingesetzte Membran separiert Biomethan in rund 97-prozentiger Konzentration. Das im Biogas enthaltene CO2 ist nach der abschließenden Aufbereitung sogar so rein, dass es sich für den Einsatz in Lebensmitteln eignet, zum Beispiel als Kohlensäure in Getränken. Zugleich senken die Milchbauern die Belastung der Atmosphäre durch ihre Höfe um 30 bis 40 Prozent.

Die Bauern in der Region schonen mit ihrer Anlage nicht nur das Weltklima, sondern sichern ihr eigenes Überleben. Eine Verringerung des Viehbestands oder ein Abtransport des Mists wäre für viele dieser Landwirte, die oft noch einem anderen Beruf nachgehen, das wirtschaftliche Aus gewesen. So entstand 2008 der Gedanke, den Mist zur Gewinnung von Biogas zu nutzen, um ­daraus Strom zu produzieren. Gut 40 Bauern standen hinter dieser Idee. Doch nicht alle im Tal schrien Hurra. Manche befürchteten eine Geruchsbelästigung durch die Anlage oder hatten Sorge, dass Weiden zu Äckern für Energiepflanzen umgenutzt würden. Acht Jahre dauerte es, bis ein Standort für die Biogasanlage bereitstand und alle Genehmigungen auf dem Tisch lagen. Der Preis, der sich für die Kilowattstunde Strom erzielen ließ, war seit dem Projektstart allerdings so stark gefallen, dass sich das Ganze nicht mehr lohnte.

2018 erließ der italienische Staat jedoch ein Gesetz zur Förderung von Biomethan für den Schwerlastverkehr – und die Südtiroler Landwirte schwenkten von Strom auf Kraftstoff um. Die dafür nötige Technologie fanden sie rund 250 Kilometer nordöstlich im österreichischen Schörfling am Attersee. Dort produziert Evonik seit 2011 Hochleistungsmembranen, die aus Biogas hochreines Biomethan und natürliches Kohlendioxid herstellen.

Die unter dem Produktnamen Sepuran verkauften Membranen erinnern in Form und Farbe an Makkaroni. Nach den Lösungen für Biogas folgten in den vergangenen Jahren Module, die etwa Wasserstoff, Helium, Stickstoff oder Sauerstoff abscheiden können. Die winzigen Röhrchen aus Hochleistungspolymeren werden zu Tausenden in Edelstahlröhren gepackt und fixiert.

Das Biogas wird vorgereinigt und dann durch diese Module hindurchgepresst. Aufgrund der unterschiedlichen Molekülgröße entweichen Kohlendioxid und Wasserdampf seitlich durch die Membran, während das Methan am anderen Ende in hoher Reinheit ankommt. „Unsere Membranen haben sich als sehr robust erwiesen“, sagt Evonik-­Experte Baumgarten, „selbst die ­ersten Anlagen laufen noch problemlos.“

In den vergangenen elf Jahren habe man allerdings große Fortschritte gemacht, was Kapazität und Effizienz angeht. Ursprünglich waren Sepuran-­Green-Membranen für kleinere Mengen vorgesehen. Heute kommen sie auch in großem Maßstab zum Einsatz – in Biogas­anlagen. Ein Netzwerk von Partnerunternehmen baut sie weltweit auf. Baumgarten rechnet damit, dass die Mem­branen die gesamte Laufzeit einer Biogasanlage durchhalten: „Ersatzgeschäft haben wir praktisch gar nicht.“

In Pfitsch holten die Bauern potenzielle Abnehmer des in ihrer Anlage produzierten Methans als Investoren mit ins Boot: die Logistikunternehmen Fercam und TransBozen sowie den örtlichen Vertragshändler des Lkw-Herstellers Iveco. Sie alle nutzen das Gas in verflüssigter Form als Kraftstoff für ihre Lastwagen. Die Gesellschafter beteiligten sich finanziell am Neu­design der Anlage, die Manfred Gius steuert. Der Ingenieur leitete zuvor Projekte im Pipeline- und Gas­anlagenbau in verschiedenen Ländern – und stammt aus Südtirol. „Ich kenne einiges im Gasanlagenbau“, berichtet der heutige Chef des Unternehmens, „aber dieses Konzept ist meines Wissens zumindest in Europa einmalig.“

Die Südtiroler hatten nämlich die Idee, nicht nur Biomethan und Bio-CO2 zu produzieren, sondern Mist und Gülle bis zum letzten Krümel und Tropfen ökologisch und ökonomisch sinnvoll zu nutzen. 60 Landwirte beteiligen sich inzwischen an Biogas Wipptal, 130 lassen ihren Mist und ihre Gülle dort verwerten.

Der Mist, der per Lkw von den Höfen in die Anlage gebracht wird, landet zunächst in einem 1.200 Kubikmeter großen Lagerbunker. Dort wird er vollautomatisch gehackt, mit Gülle verflüssigt und in Fermenter gepumpt, in denen ein natürlicher Bakterienstamm die organischen Verdauungsreste unter Luftabschluss zersetzt und dabei Biomethan produziert. Die vier Pre- und vier Postfermenter mit ihren markanten gelben Kuppeln fassen insgesamt 32.000 Kubikmeter.

30 Tage lang rottet der Mist in den Prefermentern und gibt dabei rund 85 Prozent des Biomethans ab, in weiteren 30 Tagen holen die Wipptaler in den Postfermentern die letzten 15 Prozent heraus. Dem Großteil der Gülle aus dem Gärrest wird per Umkehr-Osmose das Wasser entzogen. Das Verfahren entwickelte ein US-Unternehmen. Mittels einer vibrierenden Membran wird verhindert, dass das System verstopft. 50.000 Kubikmeter reines Wasser in Trinkwasserqualität werden so jährlich zurückgewonnen und in den ans Werksgelände angrenzenden Pfitscherbach eingeleitet.

Ein Teil der Gärüberbleibsel aus den Fermentern wird mit Restfeuchte an Gemüse- und Obstbauern verkauft, die ihn speziell in den Wachstumsphasen ihrer Pflanzen nutzen. Da der Dünger nicht so schnell versickert wie Gülle, kann er sparsamer aufgebracht werden und belastet das Grundwasser weniger stark. Der andere Teil wird getrocknet, zu geruchlosen Pellets gepresst und als Langzeitdünger vermarktet – alles in recycelbaren Papiertüten verpackt. Die Bauern, die ihren Mist anliefern, erhalten den Dünger sogar gratis. „Die Touristikbüros und Hoteliers sind begeistert“, so Gius, „dass über den Wiesen kein Geruch von Mist und Gülle mehr liegt.“

Das Biomethan wird bei minus 150 Grad verflüssigt und unter laufender Qualitätskontrolle in drei zylinderförmigen weißen Tanks am Rand der Anlage gespeichert. Von dort können es die beteiligten Unternehmen entweder direkt per Zapfsäule in ihre Lkw-Tanks abfüllen, oder es wird per Lastzug abgeholt und verkauft.

Italien ist nach Deutschland der zweitgrößte Biogasmarkt in der Europäischen Union. Auch in Ländern wie Frankreich oder Dänemark ist der Zuwachs in den vergangenen Jahren enorm. Zumeist produzieren die Anlagen Strom und Wärme, die entweder dezentral genutzt oder in Versorgungsnetze eingespeist werden. Die Produktion von Biomethan als Kraftstoff, als Heizgas oder als chemischer Grundstoff gewinnt jedoch an Bedeutung – nicht zuletzt wegen der stark gestiegenen Erdgaspreise. Im vergangenen Jahr machte aufbereitetes Biogas bereits 25 Prozent der dänischen Gasversorgung aus. Ziel der Regierung in Kopenhagen ist es, Biomethan vor allem in der Industrie einzusetzen, zur Energiegewinnung oder als chemischen Rohstoff. Auf der Insel Fünen läuft seit 2020 eine Biogasanlage, die mithilfe der Sepuran-­Green-Membranen von Evonik aus Silage, Mist und Gülle Biomethan produziert.

Auch in den USA gibt es neuerdings ein Bekenntnis zu Biogas. Der Kongress beschloss Mitte dieses Jahres den Inflation Reduction Act. Er enthält ein 369 Millionen $ schweres Paket zum Klimaschutz. Bis 2030 sollen die Treibhausgasemissionen um 40 Prozent reduziert werden. Inzwischen ist Biogas in den USA neben Wind- und Solarkraft gesetzlich als erneuerbarer Energieträger anerkannt. Viele Unternehmen mit großer Fahrzeugflotte wie das Onlineversandhaus Amazon, der Logistikdienstleister UPS oder die Handelskette Walmart nutzen dies und wollen mittels Biomethan ihren CO2-Fußabdruck ein paar Nummern kleiner machen. Kalifornien begünstigt Kraftstoffe steuerlich, die dem „low carbon fuel standard“ entsprechen – dabei ist es unerheblich, in welchem US-Bundesstaat das Biomethan eingespeist wurde.

Zu den großen Biogasproduzenten in den USA zählen die Fair Oaks Farms im Bundesstaat Indiana. Dort wird wie in Südtirol Milch produziert, jedoch in völlig anderen Dimensionen: Rund 35.000 Milchkühe sind auf mehrere Anlagen verteilt. Auch auf den Fair Oaks Farms kommen Sepuran-­Green-Membranen zur Aufarbeitung des Biogases zum Einsatz.

Neben Substraten aus der Landwirtschaft geraten in den USA die Abfälle in den Blickpunkt der Biogas­branche. Während sie in Europa bereits seit Jahrzehnten getrennt werden und der Restmüll in der Regel verbrannt wird, sind in den USA Deponien noch üblich. Und in denen bilden sich beim Verrotten der Abfälle Unmengen an Methan. Die Stadt Dubuque in Iowa nutzt seit einigen Jahren Methan aus ihrer Deponie, um insgesamt 2.700 Haushalte mit Wärme zu versorgen. Das Potenzial dieser Energiequelle sei enorm, erläutert Martin Reiser vom Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft der Universität Stuttgart: „Pro Tonne ungetrennten Hausmüll entstehen etwa 150 bis 200 Kubikmeter Deponiegas. Und das besteht zu etwa 60 Prozent aus Methan.“

In Dubuque wurde vor gut einem Jahr bereits die fünfte Gasaufbereitungsanlage in Betrieb genommen, die mit Sepuran-­Green-Membranen bestückt ist. Auch dank der Nutzung von Biogas hat die Stadt ihren Klimagasausstoß seit 2016 um zwei Drittel reduziert. Würden andere Kommunen folgen, wäre der Effekt für die Erdatmosphäre gewaltig. Forschende des SRON Netherlands Institute for Space Research fanden anhand neuer Satellitendaten heraus, dass Müllkippen noch mehr Methan freisetzen als bislang angenommen. Sie untersuchten große Deponien in Buenos Aires in Argentinien, Delhi und Mumbai in Indien sowie Lahore in Pakistan. Die Daten zeigen, dass die Städte 1,4- bis 2,6-mal so viel Treibhausgas produzieren, wie bisherige Datensätze nahelegen, und dass Mülldeponien bis zu 50 Prozent dieser Emissionen verursachen.

Auch bei der Aufbereitung und Verwertung von Biogas gibt es laut dem deutschen Fachverband Biogas noch Potenzial. So werden Biomethan und Bio-CO2 mit anderen Nebenstoffen in vielen Anlagen zusammen verstromt – dabei dämpft das Kohlendioxid den Wirkungsgrad erheblich. Mit Sepuran-Green-Membranen lässt es sich abtrennen und separat vom Biomethan verwerten. Das natürliche CO2 ist als Rohstoff sehr begehrt, zum Beispiel als Kohlensäure in der Getränkeindustrie, aber auch zur Lebensmittelverpackung oder als Wachstumsbeschleuniger in Gewächshäusern.

Im mecklenburgischen Güstrow wird derzeit eine Biogasanlage umgerüstet, um Bio-CO2 abzutrennen und für den Weitertransport zu verflüssigen. Seit 2009 wurde hier aus jährlich 400.000 Tonnen Substrat, das überwiegend aus Mais, aber auch aus Ganzpflanzensilage, Getreide und Grassilage bestand, Biomethan hergestellt und in das 25-Bar-Erdgasnetz eingespeist. Mehr produziert keine Anlage in Deutschland. Konstrukteur ­EnviTec Biogas hat sie im April 2021 selbst übernommen und umkonzipiert.

Das neue Betriebsmodell sieht vor, den Input auf 150.000 Tonnen Substrat pro Jahr zu verringern, dafür aber überwiegend landwirtschaftliche Reststoffe zu verwerten. Neben flüssigem CO2 wird in Deutschlands Nordosten – wie in Südtirol – künftig auch Bio-LNG mit Sepuran-­Green-Modulen hergestellt. Für den Geschäftsführer des an Biogas Wipptal beteiligten Logistikunternehmens Fercam, Hannes Baumgartner, ist Flüssig-Biomethan der ideale Lkw-Kraftstoff: „Es produziert bei der Verbrennung wesentlich weniger Schadstoffe und CO2 als Diesel. Durch den Einsatz von Bio-LNG können wir künftig nahezu CO2-neutral arbeiten.“ Flüssiggas sei vor allem für den Schwerlastverkehr über weitere Strecken von Vorteil, weil das Gas mit zunehmender Erwärmung verdampft. Für kürzere Entfernungen mit vielen Stopps habe sich komprimiertes, gasförmiges Biomethan als ­besser geeignet erwiesen.

Absatzprobleme kennen die Wipptaler Bio-LNG-Produzenten nicht. Einen Teil des Kraftstoffs nutzen die Gesellschafter selbst. Für den Rest erzielen sie die besten Preise derzeit in Deutschland, da sich Unternehmen mit der Nutzung von Bio-LNG den Kauf von CO2-Zertifikaten sparen können. Auch Evonik setzt vermehrt auf Bio-LNG, das der Konzern von Shell bezieht. Der Energie­multi investiert aktuell in eine Biogasanlage im Rheinland, die 100.000 Tonnen Flüssiggas pro Jahr produzieren soll. Die Produktionsanlage für Sepuran-Module in Schörfling bezieht ihre Energie bereits vollständig aus Biomethan.

Auch in Südtirol gibt es Potenzial für Wachstum. „Wir sind ein kleines Unternehmen mit nur fünf eigenen Mitarbeitern“, sagt Wipptal-Biogas-Chef Manfred Gius, „aber allein in Südtirol könnten theoretisch noch neun weitere Anlagen dieser Größe allein mit Mist und Gülle betrieben werden.“ Zudem gebe es jenseits der Landwirtschaft jede Menge organische Abfälle, die sich nutzen ließen. „Auf Energiepflanzen müssten wir jedenfalls nicht zurückzugreifen“, sagt Gius.