Biogas ist ein Produkt, das beim anaeroben (sauerstofffreiem) Abbau von organischen Stoffen (=Vergärung)  entsteht. Biogas ist ein Stoffgemisch aus Methan und Kohlenstoffdioxid. Der für den Biogasprozess wichtig Stoff ist hierbei das Methan, da man ihn am besten energetisch nutzen kann (sei es zur Betreibung eines BHKW oder zur direkten Einspeisung in das Erdgasnetz). Außerdem enthält das Biogas noch winzige Bestandteile von Ammoniak, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff, Spuren von niederen Fettsäuren, Alkoholen und Wasserdampf. 

Den Ausgangsstoff für Biogas liefert meistens die Landwirtschaft, es gibt aber auch Biogasanlagen in denen Lebensmittelreste (z.B. aus der Gastronomie) zu Biogas vergoren werden. In den landwirtschaftlichen Biogasanlagen werden meistens Gülle, biomassehaltige Stoffe und eigens für Biogas angebaute Energiepflanzen (z.B. Mais oder Hirse) verwendet. Die meisten Ausgangsstoffe sind also Abfälle und somit kostenlos.

Folgende Tabelle zeigt die Bestandteile von Biogas auf.

Nach diesem Prozess bleibt ein Gemisch aus schwer abbaubarem organischem Material zurück. Dies wird als Gärrest bezeichnet und findet als Dünger Anwendung in der Landwirtschaft, da noch viele Spurenelemente enthalten sind.

Um den Abbauprozess aufrecht zu erhalten, wird Abwärme aus der Stromproduktion genutzt, um die Temperatur der Biogasanlage auf einem konstanten Niveau zu halten. Die dafür nicht benötigte Wärme kann man für andere Heizzwecke verwenden (z.B. zum heizen eines Wohnhauses oder eines Stalls). Um den Wirkungsgrad einer Anlage möglichst hoch zu halten, ist eine optimale Nutzung der Abwärme und eine Temperaturregelung im Prozess von hoher Bedeutung.

Ein großer Teil der bekannten Methanbakterien hat sein Wachstumsoptimum im mesophilen Temperaturbereich zwischen 32 und 42 °C. Wenn durch Hygienisierung des Substrates gesundheutsschädliche Keime abgetötet werden sollen, so wird die thermophile Vergärung, deren Temperaturbereich zwischen 50 und 57 °C liegt, verwendet. Ausserdem wird bei der thermophilen Vergärung eien höhere Gasausbeute erreicht. Dies hat allerdings eine höhere Anfälligkeit für Störungen im Fermenter zur Folge. Des weiteren muss dafür der Fermenter isoliert und noch extern beheizt werden, um eine optimale Temperatur für die Bakterien zu schaffen.

Zur Biogasherstellung können alle Arten von Biomassen verwendet werden. Die Hauptbestandteile sollten aber

-    Eiweiße
-    Fette
-    Kohlenhydrate
-    Cellulose und Hemicellulose sein.

Zur Zeit ist der am meisten genutzte Grundstoff Schweine- und/oder Rindergülle. Es kann aber auch Mist verwendet werden. Dies sind die sogenannten Gärsubstrate.
Zusätzlich werden sogenannte Kosubstrate wie z.B. organische Rest-, Neben- und Abfallprodukte, aber auch speziell angebaute Energiepflanzen verwendet, um den Ertrag an Biogas zu steigern. Durch die Verwendung solcher Kosubstrate wird ein Kreislauf erzeugt. Zuerst werden sie zur Energiegewinnung genutzt und danch werden sie als Dünger wieder in den natürlichen Stoffkreislauf zurückgegeben.


Hier nun ein Beispiel, wie viel Leistung man aus Kosubstraten erzeugen kann.

Aus einem Hektar Mais kann man ca. 2 KW, aus einem Hektar Getreide ca. 1,5 KW und aus der Gülle einer Kuh ca. 0,15 KW elektrische Dauerleistung erzeugen.
So könnte man z.B. mit dem Ertrag eines Maisfeldes von 6000 m² Größe(die Effizienz der Biomasse ist von der Kulturfolge abhängig) und der Gülle von vier Kühen genügend Biogas herstellen, um einen Vier-Personen Haushalt mit elektrischer Energie zu versorgen.

Der Fermenter ist das Kernstück der Biogasanlage. In ihm findet der eigentliche Vorgang bei der Biogasherstellung statt. In seinem inneren bauen viele Billionen Bakterien die organischen Bestandteile des Eingangsstoffes ab und setzten Methan, das Biogas, frei.

Im Fermenter müssen Folgende Bedingungen erfüllt werden:

-    Sauerstoff- und Lichtausschluss
-    Durchmischung    
-    Gleichmäßige Temperatur
-    Feuchtes Milieu
-    Bereitstellung einer ausreichenden Verweilzeit

Eine Biogasanlage vergärt pflanzliche und tierische Rückstände zu Biogas, um dieses dann in Strom und Wärme umzuwandeln.

Wenn man eine Biogasanlage plant, sollte man zunächst einige Punkte überdenken, um Anhaltspunkte zur Wirtschaftlichkeit der Anlage zu bekomm

• Welche Menge an Substrat fällt an?
• Gibt es Kosubstrate (sind sie evtl. auf dem Betrieb vorhanden)?
• Gibt es genügend Flächen zur Produktion und zur Lagerung des Substrates?
• Ist der Betrieb einer Biogasanlage arbeitswirtschaftlich möglich ?
• Ist es notwendig, das Substrat zu hygienisieren?
• Wie hoch ist der Wärmeverbrauch in Haushalt und Betrieb?
• Gibt es Möglichkeiten der Investitionsförderung?
• Gibt es Referenzanlagen in der Umgebung, die man besichtigen kann?
• Wie sind zur Zeit (und in der Zukunft) die Preise für Energie?

Die Wirtschaftlichkeit einer Biogasanlage ist sehr schwierig zu bestimmen, da sie von Anlage zu Anlage verschieden ist. Deshalb stellt man detaillierte Aufstellungen von Kosten und Nutzen auf. Aus diesen Gründen  kann man eine Biogasanlage nicht von der „Stange“ kaufen sondern muss sie individuell und vor allen Dingen sorgfältig geplant werden. Dabei muss man mit möglichst genauen und realistischen Werten rechnen und es müssen Faktoren wie Reparatur, und Betreuungsaufwand sowie die Kosten für nachwachsende Rohstoffe berücksichtigt werden.
Die folgende Auflistung gibt einen Überblick über jährliche Kosten und Erlöse, die bei einer Wirtschaftlichkeitsberechnung hilfreich sind.

Jährliche Kosten

• Kapitalgebundene Kosten:
       Auf  Grundlage der Investitionskosten für Bau, BHKW und Technik
• Betriebsgebundene Kosten:
      Wartungs- und Betriebskosten bezogen auf Bau, BHKW und Sonstiges sowie Lohnkosten
• Verbrauchsgebundene Kosten:
      Kosten für Eigenstrombedarf sowie für Anbau und Ernte von Energiepflanzen als Kosubstrate 
• = Summe jährlicher Ausgaben

Jährlicher Erlöß

• Ertrag aus Stromverkauf:
      Vergütung gemäß des Erneuerbaren Energien Gesetztes 
• Ertrag aus Wärmenutzung:
      Einsparung an Heizöl
• Erlöse aus dem Einsatz von Kosubstraten 
• = Summe jährlicher Einnahmen

Bei der Planung einer Biogasanlage ist auf mehrere Faktoren zu achten.

Die Größe der Anlage ist abhängig, vom Betrieb der sie betreiben will. So gibt es z.B. Einzelanlagen für Landwirtschaftliche Betriebe, welche dann mit Betriebseigenen Substraten betrieben werden, aber auch große Gemeinschaftsanlagen, deren Betreiber dann aber Substrate zukaufen müssen. Die elektrische Leistung erstreckt sich von ca. 30 KW bei einer Einzelanlage bis hin zu mehreren MW bei einer Großanlage. Zur Zeit liegt die durchschnittliche installierte Leistung bei Neuanlagen bei ca. 330 KW.                                    
Das Volumen des Fermenters ist von der Substratart und der Substratmenge sowie der Verweildauer abhängig. Man kann es durch die tägliche Substratzugabemenge und die Verweilzeit berechnen.

Die Produktion des Stroms ist natürlich von der Biogasmenge abhängig. So kann z.B. eine Kuh 400-500 m³ Biogas und somit 1,5 bis 2,2 KWh Strom / m³ Biogas erzeugen.

Die Errichtung einer Biogasanlage wird durch Einzelmaßnahmen der Bundesländer gefördert (Bsp.NRW Zuschuss 15 % der Investitionskosten, max. 50000 €).

Die Biogasanlage in Darmstadt-Wixhausen ist die erste Anlage in Hessen, die Biogas direkt ins öffentliche Erdgasnetz einspeist.

Die HSE hat das 13.500 m² große Gelände von einem Wixhäuser Landwirt gepachtet und darauf die Biogasanlage von der Firma ÖKOBiT errichten lassen.. Der Betreiber dieser Anlage ist die HSE, aber der Landwirt ist für die Befüllung und Kontrolle der Anlage und der Prozesse, die in ihr stattfinden, sowie die Beschaffung der Substrate verantwortlich.

Hier werden als BHKW (Block-Heiz-KraftWerk) umgerüstete Dieselmotoren verwendet. Es sind fortwähren zwei Motoren in Betrieb, während ein dritter als Ersatz dient. Der Dieselmotor (ähnlich eines LKW- Dieselmotors) des Herstellers MWM (Typ: 229), der bei 2500U/min 114kW leistet, wurde auf den Betrieb mit Gas umgerüstet und an einen Generator angeschlossen. Das BHKW hat eine Nennleistung von maximal 68,75kW/h, tatsächlich liefert es 50kW/h die in das Netz eingespeist werden. Jährlich liefern die BHKWs 800.000kW/h.