Grundsätzliches zu Biogas und BioMethan

Biogas wird von Bakterien unter Luftausschluss (anaerob) mittels Vergärung aus Biomasse erzeugt. Biogas besteht zu ca. 53 Volumen-% aus Methan (CH4), zu ca. 42 Volumen-% aus Kohlenstoffdioxid (CO2) und zu ca. 5 Volumen-% aus Spurengasen und Wasserdampf. Somit ist BioMethan eine Komponente von Biogas. Da das Methan aus Biomasse stammt, wird es in Abgrenzung zu fossilem Methan, das auch als Erdgas bekannt ist, BioMethan genannt. Biogas und das darin enthaltene BioMethan können aus fast jeder Biomasse hergestellt werden, also auch aus Stroh.
BioMethan entsteht durch den von Bakterien bestimmten biochemischen Prozess der anaeroben Vergärung.

  • Bis zu 3.500 verschiedene, in Symbiose zusammenlebende Bakterienstämme zersetzen Biomasse (die aus langkettigen Polymeren besteht) in wässriger Umgebung mit von ihnen abgegebenen Enzymen bei 35°C – 40°C oder bei 50°C – 55°C in kleinere Bestandteile (kurzkettige Monomere), das ist die erste Phase der Hydrolyse.
  • Andere Bakterienstämme überführen die Monomere in verschiedene organische Säuren und Kohlenstoffdioxid (CO2), das ist die zweite Phase der Acidogenese.
  • Wieder andere Bakterien konvertieren diese organischen Säuren in Essigsäure und Kohlenstoffdioxid (CO2), das ist die dritte Phase der Acetogenese.
  • Schließlich überführen auf die Erzeugung von Methan (CH4) spezialisierte Bakterienstämme die Essigsäure und Teile des CO2 in dieses Methangas, das ist die vierte Phase der Methanogenese.
  • Das CO2 und das Methan vermischen sich und entweichen zusammen mit anderen Spurengasen und Wasserdampf aus der Gärmasse.

Dieser Vorgang findet in luftdichten Reaktionsbehältern statt, die auch Fermenter genannt werden.

Man kann das Biogas nach Entfernung des Wasserdampfs und des Schwefelwasserstoffs, aus dem sich Schwefelsäure bilden kann, direkt als Kraftstoff in Gasmotoren einsetzen, die zur Stromerzeugung mit Generatoren verbunden sind (sogenannte Generator-Sets, die auch BHKW = Blockheizkraftwerke genannt werden).

Man kann das BioMethan aber auch aus dem gereinigten Biogas abtrennen, verdichten und ins lokale bzw. nationale Erdgasnetz einspeisen (Erdgas besteht zu 88% – 96% aus Methan) und durch das Netz zu einem beliebigen Ausspeisepunkt transportieren, z.B. zu einer Gastankstelle.

Da CMS den Gaskraftstoff BioMethan aus der Biomasse Stroh herstellen wird, nennt CMS diesen Kraftstoff StrohMethan.

Nein. Der durchschnittliche Landwirt hat nach wie vor mehr Stroh übrig,als er für seinen Betrieb benötigt, und lässt seine Überreste zur Aufrechterhaltung einer gesunden Humusbilanz auf den Äckern – oder verkauft / verschenkt sie.

Gegenwärtig verbleiben übrigens 2/3 des Strohaufwuchses zur Aufrechterhaltung der Humus-Bilanz auf den Äckern. Nach der Einarbeitung in den Boden wandeln sich jedoch nur ca. 20% des im Stroh enthaltenen atmosphärischen Kohlenstoffs in Humus um (pro Tonne Stroh sind das ca. 80 – 100 kg C). Die restlichen 80% verrotten im aeroben Prozess der sogenannten „Bodenatmung“, d.h. sie oxidieren zu CO2, das in die Erdatmosphäre entweicht. CMS liefert den Bauern pro Tonne Strohabfuhr die Menge von 80 – 100 kg Kohlenstoff zurück. Damit dies alles auch gut klappt und der zurückgelieferte atmosphärische Kohlenstoff nicht doch wieder zu CO2 oxidiert, wird er zuvor mittels sogenannterthermochemischer Karbonisierung physikalisch-chemisch stabilisiert. Der stabilisierte Kohlenstoff ist dabei fast noch besser als instabiler Humus-C, der von den Pflanzen und/oder den Bodenbakterien im Laufe der Zeit abgebaut wird.

Bis weit nach 2007 wurde die anaerobe bakterielle Vergärung von Stroh zu Biogas von den Biogas-Experten für unmöglich gehalten. Denn Stroh ist erstens dank seiner holzartigen Fasern und Fibrillen sowie einer äußeren Wachsschicht sehr widerstandsfähig gegen Bakterien. Zweitens schwimmt das Stroh in konventionellen Fermentern, die mit einer stark wasserhaltigen, breiartigen Suspension betrieben werden, auf, und es bildet feste Schwimmschichten, welche die Ab- bzw. Überläufe der Fermenter verstopfen.

Der Gründer der CMS hat aber einen Weg gefunden, wie das Stroh ohne im Fermenter aufzuschwimmen als Gärsubstrat eingesetzt werden kann, und wie die Vergärungsbakterien die von der Natur aufgebauten Hürden dennoch überwinden können. Diesen Weg hat er am 27. Juni 2007 beim Europäischen Patentamt zum Patent angemeldet. Nach mehr als 8 Jahren Bearbeitungszeit hat es ihm am 07. Oktober 2015 endlich die Patenterteilung zugesprochen.

Noch nicht. Der Gründer der CMS hat aber noch weitere 9 Patentanträge gestellt.

Unsere Mission: Treibhausgasemissionen im Straßenverkehr auf Null

26% Emissions-Ersparnis ggü. Verwendung von Benzin/Diesel.
80% Emissions-Ersparnis ggü. Verwendung von Benzin/Diesel.
90% Emissions-Ersparnis ggü. Verwendung von Benzin/Diesel. Plus die Gewissheit, dass das Methan indirekt nicht doch aus Nahrungsmitteln wie Getreidekörnern hergestellt ist (einige Hersteller erzeugen das BioMethan aus Getreidekornschlempe, einem Nebenprodukt der Herstellung von BioEthanol aus Getreidekorn).
100% Emissions-Ersparnis ggü. Verwendung von Benzin/Diesel. Plus die Gewissheit, dass das Methan indirekt nicht doch aus Nahrungsmitteln wie Getreidekörnern hergestellt ist.
Erstens verwendet CMS als Einsatzstoff keine Nachrungsmittel wie Mais oder Getreidekornschlempe , sondern Stroh, das als Reststoff aus der Getreidekorn-Ernte bis zum Ernteschritt der Sammlung nicht mit THG-Emissionen belastet ist. Zweitens setzt CMS im Herstellungsprozess nur selbst erzeugten Strom (z.B. Strom aus THG-freiem Biogas) ein oder weitgehend THG-freien Wind- oder Wasserstrom. Drittens verwendet CMS für Transporte nur selbst erzeugten Kraftstoff (nämlich StrohMethanZeroEmission).
Ja. Bei der BioMethan-Abtrennung anfallendes CO2, das aus atmosphärischem Kohlenstoff besteht, wird aufgefangen (rekuperiert), gereinigt, verflüssigt und ersetzt in der Getränke-Industrie (gelöst als Kohlensäure) fossiles CO2, das bislang durch Verbrennung aus fossilem Erdgas gewonnen wird. Aufgrund dieser Substitution wird weniger fossiles Erdgas verbrannt. Dieser Effekt wäre ohne das atmosphärische CO2 aus der Biogasanlage nicht möglich, er wird deshalb dem Gesamtprozess der BioMethan-Herstellung zugerechnet. Dieses Verfahren setzt CMS in Ergänzung oder alternativ zur Sequestrierung atmosphärischen Kohlenstoffs ein.
Ja, dieses CMS-Produkt wird Beyond! ZeroEmission™ heißen. Es entsteht, wenn wir im gesamten Prozess zur Herstellung und Nutzung von StrohMethanZeroEmission der Erdatmosphäre mehr atmosphärischen Kohlenstoff entziehen als wir ihr an fossilem Kohlenstoff zuführen. Wir erstellen diese THG-Bilanz also – wie heute üblich – gemäß der Life Cycle Analysis bzw. Well to Wheel.

Dass eine negative THG-Emission möglich ist, zeigen Zertifikate der von der EU-Richtlinie 2009/28/EG vorgeschriebenen Zertifizierungsstellen, die in Einzelfällen als Spitzenwerte bereits über 100% hinausgehende Treibhausgasemissionsminderungen bestimmter Biokraftstoff-Herstellungswege ausweisen.

StrohmethanZeroEmission und Verbraucher

An der Tankstation kostet das StrohMethanZE genauso wenig wie der Erdgas-Kraftstoff. CMS-Kunden bezahlen nach wie vor den besonders geringen CNG-Preis, der umgerechnet auf eine Energieeinheit (MJ, kWhHs, kWhHi) rd. 45% niedriger ist als der Tankstellenpreis für Benzin. Damit rechnen sich auch die Kosten einer eventuellen Umrüstung von Benzin auf CNG (ca. €2.000).

Der Wechsel auf das nachhaltige StrohMethanZE, das gegenüber Benzin eine THG-Emissionsminderungsleistung von rd. 100% aufweist und das CNG-Fahrzeug sowohl zu einem echten Nullemissionsfahrzeug macht als auch ohne Abhängigkeit von ausländischen Energielieferungen unterwegs sein lässt, kostet eine monatliche Gebühr. Dessen Höhe ist von der Größe des CNG-Fahrzeugs und seinem Alter abhängig. Halter neuer und großer CNG-Fahrzeuge zahlen eine höhere Monatsgebühr als Halter alter und kleiner CNG-Fahrzeuge. Die Monatsgebühr reicht von 99 Euro für ein neues E-Klasse-Modell von Mercedes bis 9 Euro für einen alten Panda von Fiat. CMS ermöglicht es damit den Besitzern von allen Geldbeuteln, emissionsfrei unterwegs zu sein.

Für CMS-Kunden, die ihre Neuwagen-Bestellung über CMS geleitet haben, halbiert sich die Monatsgebühr. Damit bietet CMS eine erheblich günstigere und auch viel praxistauglichere Nullemissionslösung an als es die Elektro- und die Wasserstoffmobilität können.

CMS investiert die Monatsgebühren übrigens in den Aufbau neuer Gastankstationen und damit in denAusbau der Gastankstationen-Infrastruktur, was den CMS-Kunden letztlich wieder zu Gute kommt. In der Zero-Emission Community können die Kunden darüber abstimmen, wo CMS die nächsten StrohMethanZE-Tankstationen errichten soll.

Auf jeden Fall! Denn: Methan (CH4) ist Methan (CH4) ist Methan (CH4), gleich aus welchem Einsatzstoff es hergestellt wird. Die chemische Reaktion im Erdgasmotor bleibt immer gleich. Aus Methan (CH4) bestehendes Erdgas verbrennt somit genau so wie jedes BioMethan und jedes StrohMethan.
An allen 850 Erdgas-Tankstellen, die allein in Deutschland öffentlichen zugänglich sind, und an allen kann StrohMethan getankt werden.

Mittels Adapter erfassen der Kunde und CMS die getankten Erdgas-Mengen eines jeden bei CMS registrierten CNG-Fahrzeuges. Die fahrzeug-spezifischen Gasmengen werden zusammengefasst und eine gleich-große StrohMethan-Menge ins Erdgasnetz eingespeist. CMS geht hier so vor wie der Hersteller AUDI, der genau die Menge aus Windstrom erzeugten synthetischen Methans ins Erdgasnetz einspeist, die die rd. 1.000 Fahrer des Audi A3 g-tron zuvor an den rd. 650 Gastankstellen mittels Audi-Card getankt haben.

Der Umbau eines Benzin-Fahrzeuges zu einem CNG-Fahrzeug kostet ca. 2.000 Euro. Dabei wird ein Gastank in das Fahrzeug eingebaut und mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Die Hersteller-Garantie geht jedoch verloren. Deshalb werden nur Benzin-Fahrzeuge auf CNG umgerüstet, die älter als 3 Jahre sind, oder gleich CNG-Modelle vom Hersteller geordert. Jedes CNG-Fahrzeug kann StrohMethan tanken, gleich welchen Fabrikats, welchen Modells oder welcher Größe. Diesel-Fahrzeuge können nicht auf CNG umgerüstet werden.
Üblicherweise 300 – 800 Km (187.5 – 500 Mi). Die Reichweite hängt natürlich von dem Fahrzeugmodell und von der Größe des Gastanks ab. Für den Fall, dass das StrohMethan ausgeht und keine CNG-Tankstation in der Nähe ist, schalten die CNG-Fahrzeuge, die fast immer bivalent ausgeführt sind und neben einem Gastank auch einen Benzintank aufweisen, automatisch auf den Benzintank um. Dessen Inhalt reicht dann noch einmal für 200 – 500 Km (125 – 312.5 Mi).
Mit dem deutschen Strohaufwuchs könnte CMS bei dem gegenwärtigen durchschnittlichen fahrzeugspezifischen Verbrauch bis zu 15 Mio. Pkw-Äquivalente nachhaltig mit Kraftstoff versorgen und zwar ohne Gefährdung der Humus-Bilanz der Ackerböden und ohne Gefährdung des Einstreu-Bedarfs der viehhaltenden Landwirtschaftsbetriebe. Mit zurückgehendem fahrzeugspezifischem Verbrauch (z.B. aufgrund der Hybridisierung von CNG-Fahrzeugen) und/oder mit dem Import von Stroh aus Osteuropa könnte die Zahl der nachhaltig mit StrohMethan versorgten CNG-Fahrzeuge auf über 30 Mio. Pkw-Äquivalente ansteigen.
Natürlich. Der CMS-Kunde tankt auch nur ganz selten aus Stroh stammende CH4-Moleküle, tatsächlich tankt er meist fossiles Erdgas-Methan.
Der CMS-Kunde tankt nur selten aus Stroh stammende CH4-Moleküle, tatsächlich tankt er meist fossiles Erdgas-Methan. Was hierbei zählt, ist die Tatsache, dass die aus dem Netz getankte Menge von CMS sofort mit StrohMethan kompensiert und ins Netz eingespeist wird . Es gibt also einen ausgleichenden Effekt: an anderer Stelle in Deutschland heizt eine Familie ihr Haus, ohne es zu wissen, mit THG-freiem StrohMethan. Hier verhält es sich also wie auch beim Ökostrom, denn der dadurch entstehende THG-Minderungseffekt wird dem CMS-Kunden zugerechnet, der die Nachfrage erzeugt hat. Der positive Effekt für die Umwelt bleibt stets bestehen.
BioMethan wird gegenwärtig hauptsächlich aus Maissilage gewonnen. Mais ist, wie Zuckerrüben und Kartoffeln, ein sogenannter Bodenräuber, d.h. er baut den im Boden befindlichen Humus stark ab. Da Humus im Wesentlichen aus Kohlenstoff besteht, gelangen beim Anbau dieser Früchte relativ große Kohlenstoffmengen über die Früchte und deren Verwertung in die Erdatmosphäre, wo sie letztlich mit Luftsauerstoff zu CO2 reagieren. Dieser Humusabbau und dessen erheblicher THG-Effekt werden bei der gegenwärtig noch praktizierten Berechnungsweise zur Ermittlung des THG-Resteffekts nicht berücksichtigt. Die THG-Emissionsminderungsleistung von BioMethan aus Mais, Zuckerrüben und Kartoffeln ist deshalb tatsächlich erheblich geringer als offiziell angeben! Und nicht vergessen: all diese Rohstoffe sind Lebensmittel!

Problematisch ist auch BioMethan, das aus Getreidekornschlempe erzeugt wird. Ohne die für die BioEthanol-Herstellung eingesetzten Getreidekörner gäbe es keine Getreidekornschlempe und damit kein entsprechendes BioMethan. BioMethan aus Getreidekornschlempe wird damit indirekt aus Getreidekörnern (also Nachrungsmitteln!) hergestellt.

Um weder ethische noch Umwelt-Probleme zu verursachen, sollten Autofahrer zu den sogenannten „Fortschrittlichen Kraftstoffen“ wechseln, die aus den in der EU-Richtlinie 2015/652 aufgelisteten Reststoffen erzeugt werden.


Terminologie
Diese Frage entspringt einer alten Sichtweise. Früher wurde nur die Strecke „Tank – Rad“ (tank to wheel) betrachtet. Inzwischen haben sich die Grenzen des Systems „Antriebstechnologie“ aber weit nach vorne verschoben: seit 1998 (genauer, seit es die EU-Richtlinie 98/70/EG gibt) wird der gesamte Herstellungs- und Nutzungsweg eines Kraftstoffs betrachtet. Das ist die sogenannte Lebenszyklus-Analyse („Life Cycle Analysis“ – LCA), die auch „Quelle – Rad“-Betrachtung (well to wheel) genannt wird.

Die von der EU vorgeschriebene LCA-Betrachtung beginnt bereits mit den Maßnahmen zur Erzeugung des Rohmaterials. Bei sogenannter Anbau-Biomasse sind das die landwirtschaftlichen Maßnahmen zur Bestellung des Ackers, also das Umpflügen, Eggen, Aussähen, Düngen usw. Bei allen diesen Maßnahmen wird Energie eingesetzt, in der Regel (fossiler) Dieselkraftstoff, der die THG-Bilanz der Anbau-Biomasse und der aus ihr gewonnenen Energieträger belastet. Vor allem das Düngen mit mineralischem Dünger belastet die THG-Bilanz.

Während ihres Wachstums nimmt die Pflanze Kohlenstoff aus der Luft auf, und zwar spaltet sie im Photosynthese-Prozess atmosphärisches CO2 unter Energiezufuhr (Sonnenlicht) in C (Kohlenstoff) und O2 (Sauerstoff). Den atmosphärischen Sauerstoff gibt die Pflanze an die Luft ab. Den atmosphärischen Kohlenstoff baut die Pflanze in Form komplexer Kohlen-Wasserstoff-Verbindungen (Polymere) in die Pflanzenmasse ein. Ca. 50 % der Pflanzen-Trockenmasse bestehen aus (atmosphärischem) Kohlenstoff.

Bei der anaeroben bakteriellen Vergärung in der Biogasanlage, die weder exotherm noch endotherm abläuft, zerlegen Bakterien die Pflanzenmasse und konvertieren einen Großteil davon in CO2 und Methan (CH4). Wenn dieses Methan später als Kraftstoff verwendet wird, und der im Methan enthaltene (atmosphärische) Kohlenstoff im CNG-Motor verbrennt, d.h. mit Luftsauerstoff unter Freisetzung von Energie zu CO2 oxidiert und dieses CO2 in die Erdatmosphäre entlassen wird, gelangt der Kohlenstoff wieder dorthin, von wo er herkam: in die Erdatmosphäre.

Ob bei diesem Kreislauf nur der Kohlenstoff betrachtet wird (Kohlenstoff-Kreislauf) oder das CO2 (CO2-Kreislauf) ist gleichgültig. In beiden Fällen werden die jeweiligen Bestände der Erdatmosphäre nicht verändert, es ergibt sich weder eine Erhöhung des Bestandes noch einer Verringerung. Insofern ist die Nutzung atmosphärischen Kohlenstoffs bzw. atmosphärischen CO2s neutral. Daher der Begriff „CO2-Neutralität“.

Da sich der (in Tonnen gemessene) CO2-Bestand der Erdatmosphäre beim Einsatz von StrohMethanZeroEmission im Gegensatz zum Einsatz fossiler Kraftstoffe nicht erhöht, ist ersterer quasi „CO2-frei“. Obwohl nicht ganz korrekt, hat sich diese zugegeben etwas saloppe Bezeichnung umgangssprachlich eingebürgert.

Auch diese Frage entspringt einer überholten Sichtweise. Ein Elektro-Fahrzeug ist nur lokal – also am Auspuff – frei von CO2-Emissionen. Die Haltung „Strom kommt bei uns aus der Steckdose“, hilft hier nicht weiter. Bei der Erzeugung des deutschen Strom-Mixes fallen erhebliche CO2-Emissionen an, insbesondere bei der Verstromung von Kohle, aber auch bei der Verstromung von Erdgas. Die Belastung des deutschen Inlandsverbrauchs mit THG-Emissionen betrug in 2014 gemäß Umweltbundesamt 609 gCO2/kWhel. Erweitert man die Systemgrenze gemäß LCA-Betrachtung (s. unsere Antwort auf vorstehende Frage) bis zum Ort der Stromerzeugung, dann ist der Strom längst nicht mehr CO2-neutral. Hilfreich für die Kalkulation der THG-Belastung von Elektro-Fahrzeugen ist zwar der relativ hohe Wirkungsgrad des Elektroantriebs, aufgrund der hohen THG-Belastung des Strom-Mixes kommen Elektro-Fahrzeuge im Vergleich mit Benzin-Fahrzeugen gegenwärtig nur auf THG-Emissionsminderungen von 35 – 40% (siehe das exemplarische Beispiel unseres KYF-Rechners).

Die Reservierung von Ökostrom für bestimmte Anwendungen, z.B. zwecks Antrieb von Elektro-Fahrzeugen, schiebt den verbleibenden Stromkunden u.a. den schmutzigen Kohlestrom zu. Insgesamt ändert sich an der Belastung der Erdatmosphäre mit Treibhausgasen gar nichts, im Saldo wird durch die „Rosinen-Pickerei“ in Deutschland keine einzige Tonne CO2 weniger emittiert. Aus diesem Grund schreibt die EU-Richtlinie 2015/652/EG auch vor, dass die THG-Belastung von Strom nach dem nationalen Strom-Mix zu berechnen ist.

Auch das Wasserstoff-Fahrzeug ist nur lokal – also am Auspuff – frei von CO2-Emissionen. Bei der LCA-Betrachtung kommt der gesamte Herstellungs- und Nutzungsweg ins Spiel. Gegenwärtig wird Wasserstoff noch überwiegend mittels sogenannter Dampfreformierung aus fossilem Erdgas erzeugt. Aufgrund der bei der Reformierung auftretenden Konversionsverluste ist dieser Wasserstoff höher mit THG-Emissionen belastet als der Primärenergieträger Erdgas, er ist also keineswegs CO2-neutral sondern im Gegenteil schmutziger als Erdgas.

Selbst aus überschüssigem Windstrom per Elektrolyse hergestellter Wasserstoff ist nicht vollkommen CO2-neutral. Gemäß EU-Richtlinie 2015/652/EG ist derartiger Wasserstoff standardmäßig mit 9,1 gCO2-Äq/MJ = 32,8 gCO2-Äq/kWhHi belastet.

Ein CNG-Antrieb ist dann „CO2-frei“, wenn sich der CO2-Bestand der Erdatmosphäre nach dessen Nutzung nicht erhöht hat. Das ist dann der Fall, wenn die THG-Bilanz des gesamten Herstellungs- und Nutzungspfades des verwendeten Kraftstoffs neutral ist, wenn in der Gesamtschau also kein zusätzlicher Kohlenstoff in die Erdatmosphäre gelangt ist.

Die Herstellung von StrohMethanZeroEmission beinhaltet die Entfernung atmosphärischen Kohlenstoffs aus der Erdatmosphäre (Sequestrierung), und zwar in solchen Mengen, dass sowohl die Kohlenstoff-Bilanz als auch die CO2-Bilanz des gesamten Herstellungs- und Nutzungsweges exakt ausgeglichen sind.

Wenn CMS mehr atmosphärischen Kohlenstoff aus der Erdatmosphäre entfernt, als für eine ausgeglichene THG-Bilanz erforderlich ist, kommt es sogar zu einer negativen THG-Emission.