Biomethan aus lignin-reicher Biomasse (Holz, Stroh) wird durch thermochemische Vergasung hergestellt (Bio-SNG (biogenic synthetic natural gas)), während Biomethan aus lignin-armer (Energiepflanzen, tierische Exkremente, organischer Abfall,etc.) Biomasse durch anaerobe Vergärung hergestellt wird (Biomethan). Es kann zur Strom- und Wärmeversorgung beitragen, sowie als Kraftstoff im Verkehrssektor eingesetzt werden. In den genannten Sektoren kann Biomethan aufgrund der chemischen und physikalischen Äquivalenz zu fossilem Erdgas dieses substituieren und zum Klimaschutz beitragen. Die Anwendung von Erneuerbarem Methan als Option im Rahmen der Umgestaltung des auf fossilen Brennstoffen basierenden Energiesystems wird seit 2004 durch legislative Unterstützungsprogramme wie das Erneuerbare Energie Gesetz gefördert. Dies führte zur Entwicklung des weltweit größten Marktes für Biomethan. Bio-SNG ist bis heute nicht markt-relevant. Im Laufe des Überganges zu einem konsolidierten Markt für Erneuerbare-Energie-Produkte (bspw. Strom) wurden seit 2014 die Förderhöhen für diese reduziert. Als Folge stehen Produkte aus Erneuerbaren Energiequellen, wie bspw. Biomethan, in Deutschland vor einer ungewissen Zukunft, da die aktuellen Förderhöhen weder für einen weiteren Ausbau der Produktionskapazität ausreichen noch eine Erneuerung der Anlagen (nach Beendigung des Produktlebenszyklus) ermöglichen. Daher soll im Rahmen dieser Dissertation folgende Kernfrage beantwortet werden: • Unter welchen Randbedingungen kann sich Biomethan im Wettbewerb mit Erdgas auf dem deutschen Markt etablieren und welche Mengen an Biomethan werden dann produziert? Zur Beantwortung der Kernfrage wurde ein dynamisches Simulationsmodell anhand der Methode System Dynamics entwickelt. Auf Grundlage des Simulationsmodells wurden anschließend Szenarien definiert und simuliert. Als Untersuchungsraum wurde Deutschland im Zeitraum 2000 – 2035 gewählt. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass eine Kombination aus Erhöhung des CO2-Preises des Europäischen Emissionshandelssystems und einer Förderung der Produktion von biogenem Flüssigerdgas potentiell in der Lage wäre, einen großen Anteil der aktuellen Biomethanproduktion unabhängig von staatlichen Fördersystemen aufrecht zu erhalten.

La digestion anaérobie est un processus biologique de transformation de la matière organique permettant la production d’énergie sous forme de biogaz et de fertilisant sous forme de digestat. C’est une filière émergente en France, dont les objectifs de développement sont ambitieux. Le développement d’une filière industrielle sur l’ensemble du territoire Français nécessite la mise en oeuvre d’outils d’aide à la décision.Dans le cadre de cette Thèse nous proposons d’évaluer le potentiel de développement de la méthanisation collective, territoriale et agricole par injection du biogaz dans les réseaux de gaz naturel. Les travaux de recherchent portent sur trois axes : (1)l’évaluation du potentiel de mobilisation de biomasse d’origine agricole ; (2) la conception et l’étude de la viabilité économique de « modèle type » d’usine de méthanisation ; (3) l’évaluation de la performance technico-économique d’une exploitation agricole ayant recours à la méthanisation dans but d’accroitre son autonomie face aux énergies fossiles et aux engrais chimiques.Sur le premier volet, nous avons réalisé une étude cartographique des gisements agricoles mobilisables. Nous avons localisé et quantifié les quantités de coproduits de cultures et d’effluents d’élevage présent sur le territoire Français. Nous avons mis en évidence que le potentiel de mobilisation de biomasse agricole est de l’ordre de 57millions de tonnes de matière sèche. Ceci correspond à une production énergétique maximale de l’ordre de 158 TWh/an.Sur le deuxième volet, nous avons conçu des « modèles types » d’usines de méthanisation de différentes tailles, dont le biogaz est valorisé en biométhane par injection dans le réseau. Pour chacun des « modèles types » nous avons comparé la viabilité technico-économiques des modèles selon différentes « recettes » de biomasse. L’évaluation met en avant que pour chaque « modèle type », il existe un nombre limité de « recettes » permettant à chacun d’entre eux de trouver un équilibre technico-économique.Sur le troisième volet, nous nous sommes intéressés à l’autonomie azote et carburant que pourrait atteindre une exploitation agricole en méthanisant des cultures énergétiques dédiées de légumineuse. L’évaluation a été menée sur des fermes présentant des configurations différentes d’assolement et de rendement. Nous avons mis en évidence les conditions nécessaires pour que chaque configuration de ferme puisse atteindre l’autonomie. Il en ressort que dans certaines conditions, une exploitation « autonome » présente des marges brutes supérieures à celle d’une exploitation conventionnelle. / Anaerobic digestion is a biological process of transformation of organicmatter allowing the production of energy in the form of biogas and fertilizer in the formof digestate. It is an emerging sector in France, whose development objectives are ambitious. The development of an industrial sector throughout the French territory requires the implementation of decision support tools.As part of this thesis, we propose to evaluate the development potential of collective,territorial and agricultural methanation by injecting biogas into natural gas networks.Research work focuses on three axes: (1) the evaluation of the biomass mobilization potential of agricultural origin; (2) the design and study of the economic viability of a"typical model" of methanation plant; (3) the evaluation of the technical and economic performance of a farm using methanation in order to increase its autonomy in the face of fossil fuels and chemical fertilizers.We first carried out a cartographic study of mobilizable agricultural deposits. The quantities of co-products of crops and livestock effluents present on the French territor ywere located and quantified. Thus, we have shown that the potential for mobilization of agricultural biomass is of the order of 57 million tons of dry matter. This corresponds to a maximum energy production of about 158 TWh / year.And second, we have designed "model models" of biogas plants of different sizes,whose biogas is valorized in biomethane by injection into the network. For each of the"standard models" we compared the techno-economic viability of the models according to different "recipes" of biomass. The evaluation points out that for each "standard model" there is a limited number of "recipes" allowing each of them to find a technoeconomic balance.Finally, we focused on the nitrogen and fuel autonomy that an agricultural operationcould achieve by methanising dedicated energy crops of legumes. The assessment was conducted on farms with different rotational and yield configurations. We have highlighted the conditions necessary for each farm configuration to achieve autonomy.It shows that under certain conditions, an "autonomous" farm has gross margins higher than that of a conventional farm.

Seit dem 1. Januar 2015 ist die Bemessungsgrundlage für die Erfüllung der Biokraftstoffquote nach BImSchG (§ 37) vom Energiegehalt der Kraftstoffe auf eine Verpflichtung zur Treibhausgas (THG)-Minderung umgestellt. Diese Maßnahme soll einen wirksamen und quantifizierbaren Beitrag zur Verringerung der Treibhausgasemissionen des Verkehrssektors leisten. Konsequenterweise haben die Biokraftstoffe die besten Marktchancen, die als Ergebnis der Nachhaltigkeitszertifizierung nach der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung (Biokraft-NachV) die beste THG-Bilanz ausweisen. Die Treibhausgasminderungseffizienz wird damit – in einem globalisierten Biomasserohstoff- und Biokraftstoffmarkt - neben dem Preis für die gesamte Warenkette zum wesentlichen Wettbewerbsfaktor. Ab 2015 ist zu erwarten, dass die Verwendung der so genannten Standardwerte aus dem Anhang der Biokraft-NachV stark abnimmt und vorwiegend individuell berechnete THG-Bilanzen im Rahmen der Zertifizierung erstellt werden.

This diploma thesis focuses on biogas stations used in agriculture. The thesis is divided into two parts - the literary research and the practical part. The first part of the thesis introduces the overall description of the biogas, its production, definition, and use. Moreover, the input and output raw materials of a biogas station are described. Subsequently, the operation and the chronological procedure used during the biogas production and resulting electricity in biogas station are introduced. The practical part of the thesis focuses on the actual situation in Europe and the development of both, the biogas stations' construction and the production of electricity from biomass. This part also analyses preferred raw materials of selected countries of the EU. Electrical capacity (IEC) and a particular state subsidy policy are also mentioned in the thesis. The research also includes particular examples of a good attitude and use of biogas stations in practice. In detail, the thesis deals with how these topics are dealt with in selected countries. In the Czech Republic, Slovakia, Germany, and Poland. In conclusion, according to the ascertain data, the overall summary and prognosis for the future are introduced.