Biogas ist ein Gemisch aus den Hauptkomponenten Methan und Kohlenstoffdioxid. Der wertgebende Anteil, der energetisch genutzt wird, ist das Methan. Daneben enthält es je nach Ausgangsbedingungen geringe Mengen an Wasserdampf, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Wasserstoff, N2 (Luftstickstoff, bei biologischer Entschwefelung) und Spuren von niederen Fettsäuren und Alkoholen. Es entsteht bei der anaeroben (sauerstofffreien) Vergärung von organischem Material. Als Ausgangsstoffe für die technische Produktion von Biogas eignen sich: vergärbare, biomassehaltige Reststoffe wie Klärschlamm, Bioabfall oder Speisereste, Wirtschaftsdünger (Gülle, Mist), gezielt angebaute Energiepflanzen, auch NAWAROS (NAchWAchsendeROhStoffe) genannt. Dabei stellt die Landwirtschaft mit den beiden letztgenannten Möglichkeiten das größte Potenzial für die Produktion von Biogas. Je nach Herkunft kann man auch nach Klärgas (aus Kläranlagen), Deponiegas (aus Deponien) und Biogas (aus Biogasanlagen) unterscheiden . Im Falle der unkontrollierten Entstehung durch natürliche Prozesse und der ungenutzten Entweichung in die Atmosphäre - aus Gewässern, Mist, Reisfeldern und tierischen Quellen wie dem Pansen von Wiederkäuern - nennt man das Gas im allgemeinen Faulgas oder Sumpfgas. Biogas enthält stets auch unerwünschte Bestandteile wie Schwefelwasserstoff, der ihm vor der technischen Nutzung entzogen wird. Biogas wird als Brennstoff für Blockheizkraftwerke zur Stromerzeugung oder zu Heizungszwecken genutzt. In der Entwicklung ist derzeit die Aufbereitung auf Erdgasqualität, um Biogas ins Gasnetz einzuspeisen bzw. in Erdgasfahrzeugen als Treibstoff zu nutzen.

Analog zur Verwendung von Holz in Biomasseheizkraftwerken werden vermehrt Pflanzen gezielt zur Vergärung in Biogasanlagen, d.h. zur Produktion von Biogas angebaut. Dies können im Prinzip alle ackerbaulich genutzten Früchte oder Gras sein. Aktuell (2004) ist die Nutzung von Mais, Getreide (Acker) und Gras (Wiese) am weitesten verbreitet. Zur Abschätzung der Nutzung für die Stromproduktion: 1 ha Mais = ca. 2 kW elektr. Dauerleistung 1 ha Getreide = ca. 1,5 kW 1 ha Gras = ca. 1 kW Gülle von 1 Kuh = ca. 0,15 kW Beispiel: Mit der Gülle von 4 Kühen bzw. von 32 Schweinen oder mit dem Ertrag von 6.000 Quadratmeter Silomaisfläche könnte man genügend Biogas herstellen, um einen Vier-Personen-Haushalt mit Strom zu versorgen.

In Deutschland gibt es inzwischen ca. 2700 Biogasanlagen mit einer installierten elektrischen Leistung von 650 MW. Im Jahr 2005 wurden 3200 GWh Strom erzeugt, das entspricht 0,5 % des Gesamtstromverbrauchs in Deutschland. Damit wird jährlich die Emission von 2,5 Millionen Tonnen Kohlendioxid vermieden. Allein für Niedersachsen wird das Potential auf mindestens 1.500 Anlagen geschätzt, die zusammen mit 2,6 Milliarden kWh mindestens 5 Prozent des Gesamtstromverbrauches in Niedersachsen decken könnte. Aufgrund der Unabhängigkeit von Wind oder Sonneneinstrahlung trägt die Biomasse und damit auch Biogas sinnvoll dazu bei, eine Ergänzung im Energiemix der Erneuerbaren Energieträger einzunehmen.

Eine Biogasanlage dient zur Erzeugung von Strom, Wärme und Dünger aus Biomasse.

Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Gegebenfalles sind mehrere Stufen nötig wie Grob-, bzw Feinentschwefelung. Die Reinigung nach der Gasproduktion durch Entschwefelungsfilter. Hier wird das Gas durch eisenhaltiges Filtermaterial geleitet. Das Filtermaterial muss ausgetauscht werden wenn das Füllmaterial gesättigt ist. Die Reinigung im Gasraum durch Zugabe von Sauerstoff. Das H2S (Schwefelwasserstoff) wird in elementaren Schwefel umgewandelt. Der Schwefel lagert sich im Gasraum ab. Dies ist bisher die gängigste Methode, hat aber den Nachteil, dass der Schwefel die Biogasanlage nicht verlassen kann, daher ist das Verfahren nur für sehr geringe Konzentrationen von Schwefelwasserstoff geeignet. Bei hohen Proteinanteilen im Ausgangssubtrat können die Schwefelwasserstoffkonzentrationen schon 20000 ppm übersteigen. Hier ist jeder Filter überfordert. Die Zugabe von Eisen-II-ionen hilft hier die Bildung von Schwefelwasserstoff im Fermenter wegen der hohen Affinität zum Eisen zu verhindern. Das Eisen verbindet sich mit Schwefel zu unlöslichen Eisensulfid (FeS). Das Eisensulfid verbleibt in der Gülle.

Die Biogaserzeugung findet in einer Biogasanlage statt. In dem gesteuerten Prozess der Biogasentstehung sind verschiedenste Arten von anaeroben Mikroorganismen beteiligt, deren Mengenverhältnis zueinander durch Ausgangsstoffe der Gärung, pH-Wert, Temperatur- und Gärungsverlauf beeinflusst wird. Aufgrund der Anpassungsfähigkeit dieser Mikroorganismen an die Prozessbedingungen können nahezu alle organischen Substanzen durch Gärung abgebaut werden. Lediglich höhere Holzanteile können durch das mikrobiologisch schwer zersetzbare Lignin schlecht verwertet werden. Voraussetzung für eine erfolgreiche Methanbildung ist ein Wasseranteil im Ausgangssubstrat von mindestens 50 %. Man unterscheidet nach dem heutigen Erkenntnisstand vier parallel bzw. nacheinander ablaufende und ineinandergreifende biochemische Einzelprozesse, die den anaeroben Abbau biogener Substanzen ermöglichen: Während der Hydrolyse werden die Biopolymere in monomere Grundbausteine oder andere lösliche Abbauprodukte zerlegt. Hierbei kann festgestellt werden, dass Fette in Fettsäuren, Kohlenhydrate, wie z.B. Polysaccharide in Mono- oder Oligosaccharide und Proteine, wie Eiweiße in Peptide bzw. Aminosäuren zerlegt werden. Diese Reaktion wird durch fakultativ anaerobe Mikroorganismen katalysiert, wobei diese durch Ausschüttung von Exoenzymen die Hydrolyse der Edukte vollziehen. Dieser Reaktionsschritt ist aufgrund der Komplexität des Ausgangsmaterials der Geschwindigkeitsbestimmende. Im Rahmen der Acidogenese (allgemeinsprachlich auch als Fermentation bezeichnet) - die zeitgleich zur Hydrolyse stattfindet - werden die monomeren Interdukte einerseits in niedere Fett-/Karbonsäuren, wie z.B. Butter-, Propion- und Essigsäure, andererseits in niedere Alkohole, wie z.B. Ethanol, umgesetzt. Bei diesem Umsetzungsschritt verzeichnen die fakultativ anaeroben Mikroorganismen erstmals einen Energiegewinn. Bei dieser Umsetzung werden bereits bis zu 20 % des Gesamtanteils an Essigsäure gebildet. Während der Acetogenese werden die niederen Fett- und Karbonsäuren sowie die niederen Alkohole durch acetogene Mikroorganismen primär zu Essigsäure, bzw. dessen gelöstem Salz, dem Acetat umgesetzt. In der letzten, obligat anaerob ablaufenden Phase - der Methanogenese - wird die Essigsäure durch entsprechend acetoclastische Methanbildner in Methan und Kohlenstoffdioxid sowie Wasserstoff umgewandelt. Zurück bleibt ein Gemisch aus schwer abbaubarem organischen Material beispielsweise Lignin und anorganischen Stoffen wie zum Beispiel Sand oder andere Mineralien. Der mikrobiologische Prozess der Biogaserzeugung, die Vergärung, läuft bis heute noch als sogenannter "Black Box"-Betrieb ab, was heißt, man kennt zwar, was in den Reaktor hinein- und was herauskommt, der mikrobiologische Prozess dazwischen ist aber weitgehend noch nicht wissenschaftlich erforscht. So ist es schwierig, Steuerungsparameter für eine geregelten und auf maximale Methanausbeute ausgelegten Ablauf zu finden - meist beruhen diese auf längerer Praxiserfahrung, das Zusammenspiel der Mikroorganismen ist aber nur unzureichend bekannt. Forschungsprojekte zur Erklärung des genauen Ablaufs und der Charakterisierung der mikrobiologischen Populationen bzw. Gemeinschaften werden aber bald Aufschluss über den genauen Verlauf geben können. Zur Aufrechterhaltung des Gärprozesses wird etwa die Hälfte der Abwärme aus der Stromproduktion mit Biogas benötigt. Die verbleibende Wärme kann für andere Heizzwecke verwendet werden. Für den Gesamtwirkungsgrad einer solchen Anlage ist daher die optimale Nutzung der Abwärme und eine Temperaturregelung im Gärprozess entscheidend.

Biogas wird durch die Kühlung des Gases im Erdreich oder durch Kompressorkälte entfeuchtet. Die Unterschreitung der Taupunkttemperatur des Wasserdampfes läßt das Wasser kondensieren (von der festen in die flüssige Phase übergehen). Dann kann das Wasser in Tiefpunkten der meist erdverlegten Biogasleitung gesammelt und abgeleitet werden. Bei einer Kühlung durch Kältemaschinen fällt das Wasser im Biogas an den Kälteregistern aus und kann dort gesammelt und abgeleitet werden.

Die Verdichtung von Biogas ist meist dann notwendig, wenn Biogas, nach dessen Aufbereitung, in das Erdgasnetz eingespeist werden soll. Die hier vorhandenen Drücke machen oft eine mehrstufige Verdichtung notwendig.

Ein Biomassekraftwerk (BMKW) erzeugt Strom und/oder Fernwärme bzw. besser Nahwärme durch die Verbrennung von Biomasse. Wird nur Wärme erzeugt, spricht man von Biomasseheizwerk (BMHW), wird neben Wärme auch Strom abgegeben, von Biomasseheizkraftwerk (BMHKW). Häufig besteht die Biomasse aus Holz, dann spricht man von Holz(heiz)kraftwerk (HHKW bzw. HKW). Es sind verschiedene feste Brennstoffe möglich, z.B.: Hackschnitzel (Holzspäne), in Form von unbehandeltem Frischholz aus der Forstwirtschaft oder als Altholz (oft Kunststoffbeschichtet, lackiert, oder mit Holzschutzmitteln imprägniert, z.B. Bahnschwellen; nach der Altholzverordnung eingeteilt in die vier Schadstoffklassen A I bis A IV). Da behandelte Althölzer höheren Heizwert haben (trocken, Kohlenstoffverbindungen)und preiswert sind (müssen ansonsten entsorgt werden), sind sie als "Billigmacher" in dafür zugelassenen Anlagen begehrt. Holzpellets Getreide Stroh Chinaschilf Ersatzbrennstoffe: billige Reststoffe großteils organischen Ursprungs (aber oft hohen anorganischen Anteilen und Schadstoffgehalten); Beispiel: Treibsel (Schwemmholz der Küsten, oft vermengt mit anderen angeschwemmten Stoffen), Spuckstoffe aus dem Altpapier-Recycling, Sortierreste aus dem Dualen System, "Shredderleichtfraktion" (das sind nicht recyclingfähige Teile von Schrottautomobilen, z.B. Armaturenbretter, Sitze), Klärschlamm, Textilfasern, und vieles mehr. Daneben gibt es als weitere Bioenergietrager Biodiesel und Biogas, die jedoch in der Regel nicht in großen Kraftwerken, sondern als Kraftstoffe in Motoren eingesetzt werden. Nach dem verwendeten Brennstoff richten sich die Anforderungen der Immissionsschutzbehörden. Unbehandeltes Holz wird nach der "Technischen Anleitung Luftreinhaltung (TA Luft)", Altholz nach der "17. Bundes-Immissionsschutzverordnung (BImschV)" genehmigt; im Einzelfall sind erleichternde Ausnahmeregelungen oder auch verschärfte Auflagen möglich. Insbesondere der Einsatz von behandeltem Altholz und Ersatzbrennstoffen stösst bei geplanten Projekten auf oft heftige Kritik von Bürgerinitiativen und Umweltschutzorganisationen. Kritisiert wird unter anderem, dass der Begriff Biomasse bei Brennstoffen mit hohen Anteilen von anhaftenden Kunststoffen (überwiegend aus Erdöl hergestellt!) mit und ohne Chlorgehalt, Imprägnierungen, sowie Schwermetallen sehr fragwürdig sei. Es handele sich dann eher um eine (auch noch staatlich subventionierte) Müllverbrennung. Schwierig sei auch die Kontrolle, ob in Anlagen nach TA Luft tatsächlich kein hochbelastetes Altholz verbrannt wird. Aus ökologischer Sicht fragwürdig seien Biomassekraftwerke, die nur Strom erzeugen (wegen der auf Jahre garantierten Förderung durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz) und ihre Abwärme ungenutzt in die Atmosphäre entlassen. Kritik trifft auch die Tatsache, dass aufgrund begrenzter Altholzressourcen bei gleichzeitigem Boom von Biomassekraftwerken die benötigten Mengen von immer weiter entfernten Gegenden antransportiert werden (z.B. aus Russland). Auch werde durch die bequeme Beseitigungsmöglichkeit kein Anreiz zur Vermeidung von schadstoffbelasteten Hölzern (z.B. Holzschutzmittelbehandelte Gartenholzprodukte) und Verwendung gleichwertiger unbelasteter Alternativen (heimische Harthölzer, Thermoholz) geboten. Insbesondere Holz(heiz)kraftwerke weisen vergleichsweise hohe Feinstaub- und Stickoxidemissionen auf. Auf Altholz-Lagerflächen für Biomassekraftwerke kam es schon öfter zu Bränden (durch Selbstentzündung, Unachtsamkeit oder Brandstiftung), wobei dann oft tagelange Schwelbrände entstehen, die wegen der Gefahr des "Durchzündens" schwer zu löschen sind und ungefiltert Abgase frei werden.

Die Aufbereitung des Biogases umfasst neben den bereits geschilderten Verfahren zur Entschwefelung und zur Reduzierung des Ammoniak-Anteils vor allem die Reduzierung des CO2- und O2-Anteils. Hierzu wird das Biogas einer Wäsche oder einer Separierung durch Membranen (vergleichbar der Umkehr-Osmose beim Wasser) unterzogen.

Die Brennstoffe werden in der CO2-Bilanz als neutral bezeichnet, da sie beim Verbrennen nur das beim Erzeugen aufgenommene CO2 abgeben. Unberücksichtigt bleibt hierbei aber das bei Gewinnung, Aufbereitung und Transport emittierte Kohlendioxid, sowie das Mitverbrennen von z.T. erheblichen Anhaftungen nicht klimaneutraler Substanzen (Beschichtungen, Imprägnierungen)

Wenn über die Ausweitung der Nutzung der Nachwachsenden Rohstoffe nachgedacht wird, sollte aber auch bedacht werden welche Folgen ihre traditionelle Nutzung hat. Einer der wenigen Mahner in diesem Zusammenhang ist Asit Datta, Erziehungswissenschaftler an der Universität Hannover. Er schreibt dazu: "Gerade in den "Krisenjahren" 1983/84 hat es in den 5 vom Hunger am meisten betroffenen Sahelländern – Burkina Faso, Mali, Niger, Senegal und Tschad – eine Rekordernte von Baumwolle gegeben: 154.000 Tonnen gegenüber 22.700 Tonnen im Jahr 1961/62. (...) Die Tatsache, dass in Dürrejahren Baumwolle sehr wohl, Getreide aber nicht angebaut werden kann, hat weniger mit Regen, als vielmehr mit der Politik der jeweiligen Regierung und der Politik der Hilfsorganisationen zu tun" 1). Weitere kürzlich bekannt gewordene Beispiele: Die Austrocknung des Aralsees, weil das Wasser seiner Zuflüsse zur Bewässerung von Baumwollfeldern verwendet wird der Arten- und Regenwaldverlust infolge des Holzeinschlags die Abholzung der letzten borealen Urwälder zum Zwecke der Papiergewinnung aber auch die Gefahr der Ausrottung der verschiedenen Nashorn Arten, weil aus dem Pulver des Nasenhorns ein Potenzmittel für den asiatischen Markt hergestellt wird die Vernichtung großer Flächen der Steppe in der Sahelzone für die Brennholzgewinnung, mit dem Effekt, dass die Wüste Sahara vergrößert wird. Diese Beispiele (um nur einige zu nennen) zeigen, dass auch bei nachwachsenden Rohstoffen das Gebot der Nachhaltigkeit beachtet werden muss und kein Raubbau betrieben werden darf.

"1975 verkündete der damalige (brasilianische) Staatspräsident Ernesto Geisel den nationalen Plan Proálcool". Als Ersatz für Benzin soll Alkohol aus Zucker gewonnen werden. Am Beispiel dieses Versuchs lassen sich die Folgen solcher Maßnahmen veranschaulichen: Der Staat half mit 5 Milliarden Dollar Proalcool-Krediten, mit denen die schon bestehenden Zuckerimperien ihre Pflanzungen zu 100 Prozent, die Modernisierung ihrer Brennereien zu 90 Prozent finanzierten. Die 100 Millionen armer und ärmster Brasilianer hatten die Folgen zu tragen: Rund 200 gigantische Zuckerrohrplantagen und Fabriken verdrängten den Anbau von Lebensmitteln wie Reis, Mais und Bohnen. Tausende von Kleinbauern und Pächtern wurden durch die Großfarmen verdrängt, und sie wanderten zum Großteil in die Slums der Großstädte aus und vergrößerten die ohnehin große Masse der Arbeitslosen. Die Zuckeralkoholindustrie gehört zu den größten und rücksichtslosesten Umweltzerstörern Brasiliens. Für jeden Liter Alkohol gibt es ein Kilo weniger Reis oder Bohnen für die armen Leute, lautet eine einfache Rechnung des Wirtschaftsexperten Fernando Homem de Melo. Ein Verbrechen, Millionen Hektar guten Bodens für die Ernährung der Autos zu bepflanzen, wenn zwei Drittel der Bevölkerung unterernährt sind, so der Ökologe und Ingenieur Jose Lutzenberger. Millionen von Kleinbauern und Pächtern wurden besitz- und arbeitslos, nur ein kleiner Teil von ihnen findet für einige Wochen Arbeit auf den Zuckerplantagen – unter unglaublichen Bedingungen als Tagelöhner und Saisonarbeiter: 12 bis 14 Stunden am Tag müssen sie arbeiten, um die Akkordnorm zu erfüllen. Die Wirtschaft Brasiliens wuchs schnell, noch schneller wuchs der Hunger. (...) Wenn auch Armut und Hungersnot in Brasilien keine Neuheit sind, so ist die Situation der Armen doch noch viel schlimmer geworden. Zwei Drittel der Bevölkerung leben in Brasilien in Armut und ein Großteil davon sogar in absoluter Armut. 35 Millionen Kinder leben am Rand der Gesellschaft." 2) Die nachwachsenden Rohstoffe stehen in Brasilien also in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Die zentrale Frage, die sich stellt, ist: Ist es möglich auf der Erde Nahrungsmittel für eine wachsende Weltbevölkerung in ausreichender Menge zu produzieren, nebenbei einen wachsenden Energiebedarf mit Energie aus nachwachsenden Rohstoffen zu befriedigen, immer mehr Flächen für Städte, Wirtschaft und Verkehr bereitzustellen und gleichzeitig Naturräume zu erhalten? Anlässlich der UNO-Wüstenkonferenz (im September 1997) ist im Hamburger Abendblatt zu lesen: "Weltweit nehmen die Acker- und Weideflächen jährlich um 10 Millionen Hektar ab. Allein bis zum Jahr 2000 wird vermutlich noch mal eine landwirtschaftliche Fläche verloren gehen, die der achtfachen Fläche Deutschlands entspricht. Mehr als ein Viertel aller landwirtschaftlich nutzbaren Flächen der Erde drohen zu versteppen oder zu verwüsten. Weil der Boden ausgelaugt wird, weil Pflanzen auf ungeeigneten Böden wachsen und sie so zerstören. Hungersnöte, die schon heute Millionen Menschen in den Südlichen Ländern quälen, werden die Folge sein. Wissenschaftler befürchten einen Treck von Milliarden von Menschen rund um den Globus, wenn der Trend nicht gestoppt wird". 3) Gleichzeitig werden immer mehr Acker und Weideflächen mit Beton und Asphalt versiegelt. Das Wachsen der Städte und der Straßennetze sind die Hauptursache hierfür. Allem Anschein nach muss die oben gestellte zentrale Frage mit "Nein" beantwortet werden. Es ist, angesichts der gegenwärtigen Verlustraten an Ackerland, nicht möglich Nahrungsmittel in ausreichender Menge für eine wachsende Weltbevölkerung zu produzieren, wenn Nahrungsmittelanbau mit dem Anbau nachwachsender Rohstoffe um die Agrarflächen konkurriert.

Eine Energiepflanze ist Biomasse die zur Energiegewinnung nutzbar ist. Eigenschaften von Energiepflanzen sind ein rasches Wachstum, ein hoher Ertrag und eine geringe Standortanforderung. Beispielsweise gibt es Energiewälder aus Pappeln und Weiden und bestimmte Grasarten wie das schnell nachwachsende Elefantengras werden auch zur Energiegewinnung genutzt. Die bekanntesten Energiepflanzen sind Mais, Hanf und Raps (zur Erzeugung von Biodiesel). Bis zu 90 Prozent der weltweit verbrauchten fossilen Brennstoffe wie zum Beispiel Öl, Kohle oder Erdgas könnten durch Energiepflanzen ersetzt werden. Ein kleines Beispiel: Würde die EU auf stillgelegten Äckern (ca. 30 Millionen Hektar Anbaufläche) nur 6 Millionen Hektar für nachwachsende Rohstoffe nutzen und, zum Beispiel, mit Hanf bestellen, könnten nach 100 Tagen ca. 25 Millionen Tonnen Öl von diesen Feldern geerntet werden. Energie, die den selben Brennwert wie Heizöl oder Diesel hätte, aber erneuerbar ist und die CO2 Bilanz der Erde nicht belastet. Aus ökologischer Sicht kann aber der Anbau von Chinaschilf und anderen C4-Pflanzen nicht kritisch genug beurteilt werden. Zum einen dürfte die für hiesige Verhältnisse übermässigen Wachstumsrate den Boden langfristig überzubeanspruchen. Als Folge sind der Einsatz von Kunstdünger, oder zerstörte Böden zu befürchten. Zum anderen würde unbedachte Kontamination unbeaufsichtiger Areale zum alsbaldigen Verwildern der Pflanzen führen. Es besteht Wahrscheinlichkeit, dass das Chinaschilf in einigen zehn Jahren als Neophyt zu einem ebenso großen Problem wird wie etwa der Staudenknöterich, und mit unverhältnissmässigem Aufwand alle kurzfristigen Vorteile zunichte macht.

Der Brennstoff wird in einem auf den Brennstoff abgestimmten Kessel verbrannt. Die meisten Anlagen arbeiten mit Rostfeuerungen oder speziell bei größeren Anlagen auch nach dem Wirbelschichtverfahren. Beim Rostkessel wird der Brennstoff auf einem in der Regel mechanisch angetriebenen Rost über verschiedenen Zonen getrocknet, gezündet und verbrannt. Beim Wirbelschichtkessel wird der Brennstoff meist direkt in den Feuerraum gegeben. Die leichteren Bestandteile verbrennen im Flug, die schwereren fallen nach unten in ein Fluidisierungsmedium, meistens Sand, welcher die Verbrennung homogenisiert. Im Boden des Kessels wird Luft eingedüst, um das Brennstoff/Sand-Gemisch zu verwirbeln und es zu fluidisieren. Das entstehende heiße Rauchgas wird bei beiden Verfahren über Rohrpakete geleitet, in denen Dampf erzeugt wird. Der Dampf wird dann einer Turbine zur Stromerzeugung zugeführt und/oder als Fernwärme bzw. Nahwärme genutzt. Das Rauchgas wird in einer Rauchgasreinigungsanlage gereinigt und über einen Kamin emittiert. Die festen Verbrennungsrückstände sind je nach eingesetztem Brennstoff verschieden stark mit Schadstoffen (z.B. Schwermetalle) belastet. Holzasche unbelasteter Brennstoffe kann meist als Dünger verwendet werden, andere Brennstoffe ergeben so hohe Belastungen, dass eine Lagerung in Sondermülldeponien vorgeschrieben ist.

Es werden verschiedene Rohstoffe, z.B. Gülle, Klärschlamm, Fette oder Pflanzen in einen luftdicht verschlossenen Fermenter eingebracht. Dort entsteht durch anaerobe Gär- oder Fäulnisprozesse das Biogas, das je nach Ausgangsstoff aus 40-75 % Methan, 25-55 % Kohlendioxid, bis zu 10 % Wasserdampf sowie darüber hinaus aus geringen Anteilen Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Ammoniak und Schwefelwasserstoff besteht. Derzeit wird Biogas vor allem zur dezentralen gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung in Blockheizkraftwerken genutzt (Kraft-Wärme-Kopplung). Dazu wird das Gasgemisch getrocknet(der Wasseranteil im Biogas wird reduziert), durch Einblasen einer kleinen Menge Frischluft entschwefelt und dann einem Verbrennungsmotor zugeführt, der einen Generator antreibt. Der so produzierte Strom wird ins Netz eingespeist. Die im Abgas enthaltene Wärme wird in einem Wärmetauscher zurückgewonnen. Ein Teil der Wärme wird benötigt, den Fermenter zu beheizen. Die in Frage kommenden Bakterienstämme, die die Biomasse abbauen, arbeiten am besten in einem Temperaturbereich von entweder 37 (mesophil) oder 55 Grad (thermophil) Celsius. Überschüssige Wärme des Motors kann zur Beheizung von Gebäuden, zum Trocknen der Ernte (Getreide) verwendet werden. In mehreren Projekten wird das Biogas inzwischen aufbereitet und ins Erdgasnetz eingespeist. Damit werden Biogasanlagen auch an Standorten ohne Wärmeabnehmer sinnvoll. Aufbereitetes Biogas kann ebenso als Treibstoff für gasbetriebene Fahrzeuge eingesetzt werden. Die vergorenen Rohstoffe werden als landwirtschaftliche Düngemittel verwendet. Sie sind chemisch weit weniger aggressiv als Rohgülle, die Stickstoffverfügbarkeit ist besser und der Geruch weniger intensiv.

Der Anbau von Öl-liefernden Pflanzen, wie Raps oder Sonnenblume, erfolgt in der EU häufig auf subventionierten Stillegungsflächen und stellt somit für landwirtschaftliche Betriebe einen nicht unerheblichen finanziellen Anreiz dar, wobei die Anbaukapazitäten an Öl-liefernden Pflanzen in Europa aufgrund amerikanischer Wirtschaftsinteressen beschränkt sind (Blair-House-Abkommen).

Hohe Kosten durch großen Investitionsaufwand Bei Vergärung von proteinhaltigen Stoffen mögliche Geruchsbelästigung durch Schwefelverbindungen Für die Ausbringung des Endsubstrates müssen genügend Flächen zur Verfügung stehen. In den Wintermonaten darf keine Gülle ausgebracht werden, für diese Zeit muss die Gülle gelagert werden (das gleiche gilt aber auch für unvergorene Gülle).

Nachwachsende Rohstoffe sind land- und forstwirtschaftlich erzeugte Produkte, die einer Verwendung im Nichtnahrungsbereich zugeführt werden. Im Jahr 2003 wurden auf etwa 8 % der landwirtschaftlich genutzten Fläche derartige Pflanzen angebaut. Verwendung finden sie z.B. als Dämmstoffe, Schmierstoffe und Hydraulikflüssigkeiten oder als Arzneimittel. Die häufigste Anwendung ist jedoch der Ersatz oder Zusatz von Kraftstoffen für Automobile.

Wie im Abschnitt vorher (Zusammensetzung von Biogas) schon angedeutet wirken sich die Verunreinigungen durch Schwefelwasserstoff und Ammoniak negativ auf die Nutzung von Biogas aus. Es ist daher fast immer notwendig eine Reinigung und Aufbereitung vorzunehmen. Im wesentlichen sind das vier Verfahrensschritte

In Deutschland hat der Einsatz von Biodiesel und die verstärkte Nutzung und der Anbau nachwachsender Rohstoffe, wie Hanf, Flachs oder Chinaschilf, oder auch Zuckerrüben, stark zugenommen. Sie haben ein modernes und umweltfreundliches Image und sie versprechen den Landwirten darüberhinaus ein stetiges zusätzliches Einkommen. In Österreich betreibt die Umweltschutzorganisation Global 2000 eine Kampagne zur Nutzung nachwachsender Rohstoffe. In Bayern ist hier u.a. der gemeinnützige Verein C.A.R.M.E.N. e.V. aktiv. Auch Franz Alt gehört zu den Befürwortern der energetischen Nutzung der N. Das Hauptargument der Befürworter lautet Klimaschutz. Die Arbeitsgemeinschaft Ökologischer Landbau AGÖL weist darauf hin, dass nur ein verschwindend geringer Anteil des Rapses kontrolliert biologisch erzeugt wird. Der große Rest gedeiht zumeist auf ehemals stillgelegten Feldern. 1993 waren es noch rund 62.000 Hektar, die mit Raps bestellt wurden. 1995 hatte sich die Fläche schon mehr als verfünffacht. Raps ist damit die Nummer eins unter den nachwachsenden Rohstoffen. Ein wichtiger Grund für diesen Zuwachs ist nach Einschätzung der Bund-Länder Arbeitsgruppe Nachwachsende Rohstoffe die Möglichkeit der Gülleausbringung auf diesen Feldern. Die Landwirte brauchen durch den Rapsanbau ihre Gülle nicht mehr außerbetrieblich zu entsorgen oder den Viehbestand zu reduzieren. Außerdem ist es gestattet, N. auf stillgelegten Feldern anzubauen und zwar ohne die Stillegungsprämie in Höhe von durchschnittlich 375 Euro pro Hektar zu verlieren. Auf diese Weise ist der Anbau von Raps dreifach profitabel: Keine Kosten für die umweltgerechte Entsorgung der Gülle, die EU-Subventionen müssen nicht zurückgezahlt werden und durch den Verkauf des Raps kann nochmal eine Einnahme erzielt werden. Anstatt Stillegungsprämien zu gewähren, könnte die EU aber auch Umwandlungsprämien zahlen, um die Umstellung auf ökologische Landwirtschaft zu belohnen. Biodiesel ist auch von der Mineralölsteuer befreit.

Die Verwendung von Biomasse bringt - neben dem CO2-neutralem Verhalten - jedoch noch weitere Vorteile mit sich: Es handelt sich um eine heimische Energiequelle, die heimische Arbeitsplätze schafft und zudem weitgehend krisensicher verfügbar ist. Das Entfallen langer Transportwege und die ganzjährige Verfügbarkeit der gespeicherten Sonnenenergie stellen weitere Vorteile dar. Eine sinnvolle und nachhaltige Nutzung unterliegt aber folgenden Einschränkungen: Raubbau, wie wir ihn von den tropischen Regenwäldern kennen, muss vermieden werden und von Intensivkulturen zur Rohstoffproduktion sollte Abstand genommen werden In der Landwirtschaft bieten nachwachsende Rohstoffe zusätzliche Chancen. Sie führen zu einer Auflockerung der Fruchtfolge, zur Bereicherung des Landschaftsbildes, zur gleichmäßigen Arbeitsauslastung der Beschäftigten im Jahresverlauf, zur Verbesserung der Bodeneigenschaften durch Nährstoffaufschluss und Bodenauflockerung und können auf stillgelegten Flächen angebaut werden. Technologisch gesehen enthalten nachwachsende Rohstoffe immer eine Synthesevorleistung der Natur die unterschiedlich genutzt werden kann: Rohstoffe können chemisch modifiziert werden oder als Synthesebausteine dienen, die gesuchten Substanzen können direkt extrahiert und genutzt werden und die nachwachsenden Rohstoffe können als Lebensgrundlage für Mikroorganismen dienen, deren Stoffwechselprodukte die gewünschten Substanzen darstellen.

Nachwachsende Rohstoffe werden seit Tausenden von Jahren von Menschen verwendet. Holz für Papier und Möbel, Schafwolle und Baumwolle für Kleidung, Stroh für Strohdächer, Weidenruten für Körbe und viele weitere. Nachwachsende Rohstoffe werden aber bereits seit Zehntausenden von Jahren zur Energiegewinnung benutzt. Die kontrollierte Nutzung des Feuers ist möglicherweise der wesentliche Unterschied zwischen Tier und Mensch und bereits die Neandertaler benutzten den nachwachsenden Rohstoff Holz für ihre Holzfeuer. Holz wird seitdem bis heute in Öfen, Kaminen und im offenen Feuer verbrannt, um Wärme zu gewinnen. Die Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Energiegewinnung – die energetische Biomassenutzung – soll nun aus ökologischen Gründen ausgeweitet werden. Im Sinne der Ökologie wird folgende Überlegung angestellt: Da Biomasse für ihr Wachstum genauso viel Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre entzieht, wie es später bei der Verbrennung erzeugt, ist die Kohlenstoffdioxid-Bilanz ausgeglichen. Die Atmosphäre wird durch diese Form der energetischen Nutzung nicht weiter mit Kohlenstoffdioxid angereichert. Der Anbau sollte möglichst nach den Richtlinien des ökologischen Landbaus erfolgen. Biokraftstoffe sind außerdem bei Leckagen deutlich weniger umweltbelastend als fossiler Kraftstoff. Diesel und Ottokraftstoff besitzen die Wassergefährdungsklasse 2 (wassergefährdend), Ethanol die WGK 1 (schwach wassergefährdend), Pflanzenöl und Biodiesel gelten als nicht wassergefährdend (siehe auch http://www.umweltbundesamt.de/wgs/ ). Nachwachsende Rohstoffe könnten aber einen Beitrag zu leisten, die Folgen des Problems Peak-Oil zu entschärfen.

Nutzung von erneuerbaren, nachwachsenden, örtlich verfügbaren Rohstoffen CO2-neutrale Energieerzeugung Dezentrale Versorgung - entbehrt Überlandleitungen über große Entfernungen Steuerbare Leistung - Anpassung an den Bedarf Grundlastfähig Verbesserte Düngerqualität im Gegensatz zu Rohgülle: - verringerte Geruchsintensität und Ätzwirkung bei der Ausbringung - die Pflanzen können den Nährstoffgehalt besser und schneller ausnutzen als bei Rohgülle Biogas kann als Treibstoff für div. Fahrzeuge verwendet werden

Die in der Literatur zu findenden Angaben zur Zusammensetzung von Biogas schwanken stark. Generell gilt, dass die Gaszusammensetzung von diversen Parametern, wie Substratzusammensetzung und Betriebsweise des Fermenters, abhängen. Die folgende Tabelle zeigt Anhaltswerte für die wichtigsten enthaltenen Gase nach der neuesten DVGW-Studie. Schwankungsbreite Durchschnitt Methan 45-70 % 60 % Kohlendioxid 25-55 % 35 % Wasserdampf 0-10 % 3,1 % Stickstoff 0,01-5 % 1 % Sauerstoff 0,01-2 % 0,3 % Wasserstoff 0-1 % < 1% Ammoniak 0,01-2,5 mg/m³ 0,7 mg/m³ Schwefelwasserstoff 10-30.000 mg/m³ 500 mg/m³ Wertvoll im Biogas ist das Methan. Je höher dessen Anteil ist, desto energiereicher ist das Gas. Nicht nutzbar sind das Kohlen(stoff)dioxid und der Wasserdampf. Problematisch im Biogas sind vor allem der Schwefelwasserstoff und der Ammoniakanteil, die vor dem Verbrennungsvorgang entfernt werden müssen, um die Gasmotoren vor diesen chemisch aggressiven Substanzen zu schützen.