Die Nutzung von Biogas als Kraftstoff setzt eine Aufbereitung zu Biomethan (auch Bioerdgas genannt) voraus. Biomethan ist chemisch de facto identisch mit Erdgas und wird in Deutschland fast ausschließlich in das Erdgasnetz eingespeist.

Mit diesem Netz steht eine hervorragend ausgebaute Infrastruktur zur Verfügung. Anschlussmöglichkeiten sind in weiten Teilen Deutschlands vorhanden, gleichzeitig ist das Netz mit unterirdischen Speichern verbunden. So ermöglicht es, eingespeistes Biomethan flexibel da einzusetzen, wo Energiebedarf besteht. Zudem kann man das Biomethan nicht nur zur Strom- und Wärmegewinnung, sondern auch als Kraftstoff verwenden.

Die Anzahl der Biogasanlagen ist in Deutschland auf mittlerweile über 9.000 Anlagen gestiegen, mehr als 200 davon produzieren Biomethan. Allerdings ist die Aufbereitung des Biogases zu Methan mit technischem und energetischem Aufwand verbunden. Der lohnt sich zum Beispiel dann, wenn man am Standort der Biogasanlage keine ausreichenden Abnehmer für die erzeugte Energie hat. Als Methanerzeuger kann man eine Abnahmevereinbarung mit einem Mineralölhändler oder Tankstellenbetreiber schließen. Eine direkte räumliche Nachbarschaft ist nicht nötig, der Tankstellenbetreiber bezieht normales (Bio-)Erdgas aus seinem Netz, bezahlt aber den Biomethanproduzenten, der an seinem Standort die entsprechende Menge Biomethan einspeist. Der Autofahrer tankt dann „virtuelles Biomethan“. In Deutschland werden etwa 400 GWh Biomethan als Kraftstoff verbraucht. Dies entspricht einem Kraftstoffabsatz von 30.000 Tonnen Biomethan. Zum Vergleich: der Absatz von Erdgas als Kraftstoff beträgt etwa 177.000 Tonnen Jahr (Stand: 2018). 

Als wichtige Voraussetzung und rechtlichen Rahmen für die Biomethaneinspeisung ins Erdgasnetz hat die Bundesregierung dieses in der Gasnetzzugangsverordnung und der Gasnetzentgeltverordnung gesetzlich verankert.

Rohstoffe

Der Ausgangsstoff für Biomethan ist Biogas, das in Deutschland hauptsächlich durch die Vergärung von Energiepflanzen, Gülle, Mist, aber auch aus organischen Abfällen aus Industrie und privaten Haushalten gewonnen wird.

Etwa die Hälfte der eingesetzten Substrate sind nachwachende Rohstoffe (48 %), gefolgt von tierischen Exkrementen mit 44%  und Bioabfall/ organischen Reststoffen mit 8 %. Unter den nachwachsenden Rohstoffen dominiert Mais mit 73 %. Da mit dem Biogasboom in einigen Regionen Deutschlands auch der Maisanbau kritische Ausmaße erreichte, hat die Bundesregierung reagiert und den Mais- und Getreideeinsatz in neuen Biogasanlagen ab 2012 auf max. 60 % beschränkt.

Das Bundeslandwirtschaftsministerium unterstützt die Suche nach nachhaltigen Mais-Alternativen in verschiedensten Energiepflanzen-Projekten. Wissenschaftler prüfen dort neue Anbau- und Fruchtfolgesysteme sowie eine Vielzahl interessanter alter und neuer Energiepflanzen. In Züchtungsprojekten werden vielversprechende Kandidaten zudem züchterisch für ihre Aufgabe als Energielieferant fit gemacht.

Für die Erzeugung von Biomethan als Kraftstoff ist insbesondere die Nutzung von Abfällen und Reststoffen interessant. Geringe THG-Emissionen und die zusätzliche rechnerische Option, Biomethan aus Reststoffen doppelt auf die Biokraftstoffquote anzurechnen, sprechen für diese Rohstoffvariante.

Herstellung

Das durch Fermentation erzeugte Biogas enthält neben einem Methan-Gehalt von 50 - 75 % auch wesentliche Anteile an Kohlendioxid. Hinzu kommen geringe Mengen von Schwefelwasserstoff und weitere Spurengasen.

Als Kraftstoff nutzbar ist aber nur das Methan (CH₄), das chemisch betrachtet mit Erdgas identisch ist. Die Abtrennung des Methans von den restlichen Biogas-Bestandteilen ist deshalb entscheidend.

Derzeit werden in Deutschland fünf verschiedene Aufbereitungsverfahren in der Praxis angewendet. Dazu gehören die Druckwechseladsorption (engl. PSA - Pressure Swing Adsorption), die Druckwasserwäsche (DWW), physikalische und chemische Wäschen (z. B. Aminwäsche) und das Membrantrennverfahren.

Mit diesen Verfahren lässt sich der Methangehalt im Biogas auf bis zu 98 % erhöhen. Die Höhe des Methangehaltes richtet sich nach der jeweiligen Methankonzentration im Gasnetz am Ort der Einspeisung. Die Konzentrationsgrade reichen von 80 % (sogenanntes L-Gas aus Niedersachsen, Holland und der Nordsee) bis zu 98 % (H-Gas aus Russland).

Im Rahmen eines von FNR/BMELV geförderten Projektes wurde die Veröffentlichtung "Leitfaden Biogasaufbereitung und -Einspeisung" erarbeitet. Im Leitfaden werden genannte Verfahren diskutiert und ihre Realisierung im Hinblick auf technische, rechtliche und wirtschaftliche Voraussetzungen untersucht.

Eine alternative Möglichkeit zur Gewinnung von Methan, die in Zukunft an Bedeutung gewinnen dürfte, ist die so genannte SNG-Route. SNG steht für Synthetic Natural Gas. Gemeint ist damit aus Synthesegas gewonnenes Methan, wobei das Synthesegas wiederum aus der Vergasung von Biomasse stammt. Bei der Biomassevergasung für SNG handelt es sich um den gleichen Prozess wie bei der 1. Stufe der BtL-Herstellung, Synthesegas aus Biomasse kann also für die BtL- oder für die SNG-Route verwendet werden.

Kraftstoffeigenschaften und -qualität

Gasförmige Energieträger sind bedeutend schwieriger zu lagern und zu transportieren als flüssige Kraftstoffe. Sie benötigen aufgrund ihrer deutlich geringeren Energiedichte mehr Raum zur Speicherung. In Erdgasfahrzeugen muss Biomethan oder Erdgas in speziellen Tanks bei einem Druck von 200 bar gespeichert werden und auch für Zapfsäulen gelten entsprechnde Anforderungen.

Diesen grundsätzlichen Nachteilen stehen jedoch positive Verbrennungseigenschaften gegenüber. So kann der Ausstoß von Schadstoffen wie zum Beispiel von Stickoxiden und reaktiven Kohlenwasserstoffen gegenüber Otto- und Diesel-Kraftstoffen um bis zu 80 Prozent gesenkt werden. Biomethan trägt außerdem zum Klimaschutz bei, da ein Großteil des in der Verbrennung freiwerdenden CO₂ vorher durch die Grünpflanzen in der Entstehungskette des Biogases gebunden wurde.

Es ist vorgeschrieben, Erdgas- und Biomethanpreise an Tankstellen massebezogen in kg auszuweisen. Der Energiegehalt von einem Kilogramm Methan entspricht in etwa dem von 1,5 Liter Benzin bzw. 1,3 Liter Diesel.

Für die Gewährleistung einer einheitlichen Qualität ist das Inverkehrbringen von Bioerdgas und Erdgas als Kraftstoff an die Einhaltung der Norm DIN 51624 gebunden. Unter dieser Voraussetzung sind Erdgas und Biomethan in jedem Verhältnis mischbar.

Neue Erdgasfahrzeuge sind meistens bivalent, also mit einem zusätzlichen Benzintank, ausgestattet, sodass es keine Einbußen bei der Reichweite oder Probleme mit fehlenden Gastankstellen gibt.

Verbreitung

Mobilitätsziele für Biomethan und Erdgas

Durch Anstrengungen der Politik und Initiativen der Branche sollen Erdgas und Biomethan künftig eine größere Rolle im Mobilitätssektor einnehmen, angestrebt wird ein Anteil von 4% für Erdgas und Biomethan am deutschen Kraftstoffverbrauch. Das ist ambitioniert, denn das Ziel entspricht in etwa der 100fachen aktuellen Absatzmenge. Auch der Fahrzeugbestand soll wachsen, insgesamt auf 1,4 Mio. Fahrzeuge. Aktuell fahren ca. 100.000 Erdgas-Fahrzeuge auf deutschen Straßen. Ihnen steht ein Netz von über 900 Erdgastankstellen zur Verfügung. Aber nicht nur über das Netz der Erdgastankstellen ist Biomethan verfügbar, es gibt auch Biomethantankstellen direkt an Biogasanlagen. 

Absatz Biomethan und Erdgas als Kraftstoff

Quelle: erdgas mobil GmbH; (*inkl. Biomethan)

Rahmenbedingungen Biomethan als Kraftstoff

Als Kraftstoff ist Biomethan bis 2015 vollständig von der Energiesteuer befreit. Für Erdgas gilt bis Ende 2018 ein ermäßigter Energiesteuersatz von 1,39 Cent pro kWh. Wird Biomethan auf die Biokraftstoffquote angerechnet, ist jedoch der vollständige Steuersatz zu entrichten. Da die Preise für Biomethan noch über den Erdgaspreisen liegen, sind der Quotenhandel und vor allem die doppelte Quotenanrechnung für Biomethan aus Reststoffen ein wichtiges Instrument für den Biomethanabsatz.

Einsatz in ÖPNV und Nutzfahrzeugen

Biomethan ist nicht nur für Pkw und Kleintransporter eine Alternative, auch Stadtbusse und Fuhrparks in Kommunen sowie Nutzfahrzeuge sind zunehmend gasbetrieben. Während die vergleichsweise geringere Reichweite im Transportsektor problematisch ist, können Busse und kommunale Fahrzeuge in der Regel die Betriebstankstelle vor Ort nutzen. Erste Konzepte für die Landwirtschaft zeigen, dass ein kombinierter Diesel-Biomethan-Betrieb mit Traktoren möglich ist. Ein Zweitanksystem ähnlich dem beim Pflanzenölkraftstoff dient dem Anfahren und Abstellen mit Dieselkraftstoff. Inwieweit diese Konzepte für den Landwirt künftig wirtschaftlich darstellbar sind, hängt vom Einsatzbereich des Traktors und der finanziellen Förderung ab.