Bakterielle Energiegewinnung, Methangas Biogas
Methan (Biogas)
Schon Plinius (23 – 79 n. Chr.) berichtete von Irrlichtern und Sumpfgas. Van Helmont unterschied um 1630 zwischen 15 Gasarten und stellte ein brennbares Gas aus Fäulnis fest, welches auch im Darmgas enthalten ist. Graf Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta (1745 – 1827) untersuchte das Sumpfgas und veröffentlichte 1776 die erste eudiometrische Analyse von Methan, dessen Formel dann 1804 von dem englischen Chemiker John Dalton (1766 – 1844) aufgestellt wurde. Sir Humphrey Davy (1778 – 1829) begründete 1808 die ‚Dunggasforschung’, und ihm gelang es aus strohigem Rinderdung in einer Retorte – unter Luftabschluß – Methan aufzufangen. 1884 präsentierte Luis Pasteur in Paris die Ergebnisse seines Schülers Gavon, der sich mit der Gasgewinnung aus Dung bei 35°C beschäftigt hatte, und wies auf die Bedeutung dieses Gases für Heizung und Beleuchtung hin. In der Zeitung Le Figaro erschien am 5. März 1884 der humoristisch gemeinte Vorschlag, Paris mit Gas aus Pferdedung (der damaligen ‚Umweltverschmutzung’) zu erleuchten. Dies wurde zwar nicht umgesetzt, aber schon 1896 sammelte ein Mr. Cameron Faulgas aus einer Kläranlage und ließ damit die Straßenlaternen in Exter leuchten. Die erste reguläre Biogasanlage wurde allerdings schon 1859 in Indien erprobt.
Zur Nutzung heimischer Energiequellen hat man in der Bundesrepublik Deutschland über einen Zeitraum von 30 Jahren im vergangenen Jahrhundert (von Mitte der 30er bis Mitte der 60er Jahre) auf zahlreichen großen Kläranlagen Klärgas zu Treibgas für Automobile mit Ottomotoren gewonnen. Produktionshöhepunkte waren der 2. Weltkrieg sowie kurz nach der Währungsreform 1950. Unter den damaligen Bedingungen gelangte die Verwertung des Klärgases zu einer beachtlichen Wirtschaftlichkeit. 1951 z.B. lieferten 48 Klärwerke in Deutschland insgesamt über 16 Mio. m³ Faulgas, von dem mehr als die Hälfte von 17 Tankstellen an Kraftfahrzeuge und als Treibmethan verteilt wurde. Anfang der 90er Jahre kritisierten Umweltschützer, daß etwa 15 % der globalen Methan-Emissionen auf das Konto von Rindern gehe – jede Kuh emittiert mit ihren Rülpsern pro Tag etwa 400 l Methan. US-Senatoren erwogen deshalb im Rahmen der Novellierung des Luftreinhaltegesetzes 1990 sogar eine ‚Methansteuer’ auf die Rindviecher… (nach dem Stand von 1993 entweichen andererseits jährlich 35 Mio. t alleine nur durch den Kohlebergbau).
Das Methan – Bestandteil des Erdgas – fällt auch bei der Kompostierung von Dung, Fäkalien und anderem pflanzlichen Material durch Methanbakterien als Nebenprodukt an. Unter dem Namen Biogas (oder Bihugas) ist es in der Mischung von 40 – 70 % Methan (CH4), 25 – 50 % CO2, bis zu 3 % Schwefelwasserstoff und bis zu 1 % Wasserstoff als Alternativenergieträger in die Diskussion eingebracht worden. In China, Taiwan, Indien und Korea wird inzwischen schon früh ein bemerkenswerter Anteil der ländlichen Energiegewinnung durch dezentral erzeugtes Biogas erzielt.
Die niedrigste Prozeßtemperatur beträgt 30°C bis 33°C, darunter laufen die Gärungsprozesse nur sehr langsam ab. Ein Kubikmeter Gas hat einen Wärmeinhalt von 5.000 – 5.500 Kilokalorien, von einem Rind lassen sich täglich etwa 1 – 1,5 m³ Biogas gewinnen. Der in dem kompostierenden Material vorhandene Kohlenstoff bleibt etwa zur Hälfte als Energieträger im Methan erhalten, zur anderen Hälfte ist er über die stattfindende Oxidation die hauptsächliche Energiequelle für die Vergasung. Der Prozeß hygienisiert durch die anaerobe Faulung (d. h. unter Luftabschluß) gleichzeitig das Kompostierungsmaterial und fördert die Abtötung von Schadorganismen und Unkrautsamen, so daß die verbleibenden Stickstoffrückstände im Faulschlamm einen wertvollen Dünger bilden. Die großtechnische Anwendung der Methode ist durch die gezielte Ausnutzung von Biomassen-Kulturflächen möglich, wobei das Vergären der Produkte in großen Faulbehältern erfolgt. Auch besteht die Möglichkeit besondere Aquakulturen anzulegen (Algen, Wasserhyazinthen…), welche dann als Kompostierungsmaterial verwendet werden. Der Rückstand an mineralischen Nährstoffen kann der jeweiligen Kulturfläche als Dünger wieder zurückgeführt werden. Es ist ebenfalls möglich Industrieabfälle zu nutzen, z.B. aus der Papierherstellung, der Alkoholproduktion, der organischen Chemie (Öle-Produktion), der Klebemittelindustrie und der Kläranlagen, wie auch Abfälle von Schlachtereien u.ä. Reines Methan erhält man, wenn das Biogas durch eine wässrige Suspension von gelöschtem Kalk geleitet wird. Als Treibstoff ist Methan für den Einsatz in Otto-Motoren gut geeignet. Dieselmotoren erfordern dagegen eine zusätzliche Dieselöl-Einspritzung von etwa 20 %. Eine dezentralisierte Anwendung des Biogas in kleinerem technischen Ausmaße (z.B. Digster) kann in vielen Ländern der 3. Welt sehr gut zur Energieversorgung, besonders zum Kochen, Heizen und Beleuchten dienen.
Schlußendlich ist noch zu erwähnen, daß reines Methan auch im Rahmen der Untertage-Kohlevergasung gewonnen werden kann, wobei die Reaktion von Kohlenstoff mit Wasserstoff durch in den Flöz eingepumpten Wasserstoff stattfindet. Eine weitere Methode ist die Gewinnung aus Kalk, die Anfang der 90er Jahre von japanischen Forschern entwickelt wurde. Dabei wird der Kalk unter Zugabe von Nickel bzw. Magnesiumhydroxid als Katalysator auf 400°C erhitzt, worauf Methan frei wird. Aus Kalk bestehende Gebirgsstöcke stellen die größten Lagerstätten von gebundenem Kohlenstoff dar. Derartige Programme sind zwar nicht ‚alternativ’, sollten aber trotzdem nicht unerwähnt bleiben.
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