Bio-Energie durch Ultraschall

„ULTRASCHALL” HEISSEN die hohen akustischen Frequenzen jenseits des menschlichen Wahrnehmungsvermögens. Sie finden oft technische Verwendung – zum Beispiel in Sonar- geräten, Mikroskopen oder chirurgischen Messern. Jetzt zeichnet sich an unerwarteter Stelle ein weiteres Anwendungsgebiet ab: Ultraschall hilft bei der Energiegewinnung, indem er den Ertrag von Biogasanlagen erhöht. Das Verfahren haben Ingenieure aus der Abwasserwirtschaft entwickelt – für Kläranlagen. Dort verkürzt Ultraschall die Faulzeit des Klärschlamms, indem er diesen auflockert und die Zellwände der im Schlamm enthaltenen Mikroorganismen aufbricht (bild der wissenschaft 10/2003, „ Großputz mit Ultraschall”).

Dasselbe Prinzip verbessert den Wirkungsgrad landwirtschaftlicher Biogasanlagen, in denen Bakterien beispielsweise Pflanzenabfälle abbauen und in energiereiches Biogas umwandeln. Das besteht großenteils aus Methan und kann über einen Generator zur Stromgewinnung dienen. Britt Schumacher vom Deutschen Biomasseforschungszentrum in Leipzig erklärt, warum das Ultraschallverfahren für die Betreiber solcher Anlagen von Interesse ist: „Mit der ersten Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes 2004 wurde der Einsatz von Energiepflanzen besonders vergütet. Da aber diese Vergütung mit den Jahren sinkt, ist der Anreiz groß, die Ressourcen effizienter zu nutzen.”

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz, kurz EEG, garantiert Einspeisern von erneuerbaren Energien in das Stromnetz eine Sondervergütung für jedes Kilowatt. Seitdem lohnt sich die Anschaffung einer Biogasanlage für Landwirte, die ein hohes Aufkommen von Gülle oder von Pflanzenbiomasse wie Grasschnitt oder Mais haben. Betrug die Zahl der Anlagen in Deutschland 2004 knapp 2000, waren es Ende 2012 schon über 7500.

Dieser Boom neigt sich allerdings derzeit seinem Ende entgegen: „Die Wirtschaftlichkeit vieler Anlagen ist im Moment sehr kritisch”, weiß Klaus Nickel, Verfahrensingenieur und Geschäftsführer des Hamburger Unternehmens Ultrawaves. Um mehr Energie aus ihrer Biomasse herauszuholen, geben die Landwirte energiereiche Produkte als Substrat für die Bakterien hinzu, beispielsweise Mais oder Roggenschrot – doch dies müssen sie zukaufen, und die Substratpreise sind in den letzten Jahren gestiegen. „Daher lautet die Frage: Wie viel Substrat kann ich bei gleichbleibender Leistung einsparen?”, erläutert Nickel.

Ursprünglich hatte Nickels Firma Ultrawaves Verfahren zum Einsatz von Ultraschall in der Wasserwirtschaft entwickelt. Dann konzentrierte Ultrawaves sich mit staatlicher Förderung auf Komplettsysteme, die Ultraschallreaktoren in bestehende Biogasanlagen integrieren – seit Anfang 2013 ist der „Biosonator” auf dem Markt. Nickel erläutert dessen Funktionsweise: „Zuerst wird die Biomasse zerkleinert und fließt dann durch den Ultraschallreaktor.” Dort löst hochintensiver Ultraschall das Phänomen der Kavitation aus: „Der Ultraschall ist eine Schwingung, die Druckunterschiede in der Biomasse verursacht. Wo der Druck niedrig ist, entstehen winzige Dampfbläschen, die implodieren. Das übt so große Kraft auf die Biomasse aus, dass die Zellwände aufbrechen und sie weiter verflüssigt wird.” Die Bakterien haben leichtes Spiel, diese Biomassesuppe zu Biogas zu verdauen.

Der Biosonator kostet rund 160 000 Euro. Laut Nickel holt er bei einer 500-Kilowatt-Biogasanlage gegenüber dem Normalbetrieb bis zu 75 Kilowatt mehr Leistung heraus. Weil der Landwirt dabei das sonst nötige Substrat einspart, soll sich der Kauf des Ultraschallreaktors innerhalb von zwei bis drei Jahren amortisiert haben. Franziska Konitzer ■