Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
aus technischer, wirtschaftlicher und rechtlicher Sicht
auf nationaler und internationaler Ebene
Wolf Thyssen | 10. Juni 2004
Prozess der Energiemarktliberalisierung in der Praxis
Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
[a] Motivation
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[c] Aufbereitungstechniken
[d] Wirtschaftlichkeit
[e] Biogasanlagen in Deutschland
[f] Wie machen es die Nachbarn ?
[g] Fazit
Gliederung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Was ist Biogas ?
Entstehung
Mehrstufigen Vergärungs- oder Faulungsprozess biogener
Substanzen durch die Aktivität von anaeroben
Mikroorganismen, d.h. unter Luft bzw. Sauerstoffausschluss.
Hydrolyse  Säurebildung  Essigsäurebildung  Methan
Zusammensetzung
•
•
•
•
60 %vol Methan
ca. 40 %vol Kohlendioxid
bis zu 8.000 mg/m³ Schwefelwasserstoff
Wasserdampf, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Ammoniak
[a] Motivation
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Nutzbares Aufkommen von Biogas in Deutschland
1 m³ Biogas  0,6 l Heizöl  6 kWh
Mist & Gülle
80 PJ / a (22 TWh)
Biomüll
10 PJ / a
(3 TWh)
Energiepflanzen
 200 PJ / a (55 TWh)
insgesamt
 290 PJ / a (80 TWh)
[a] Motivation
 25 TWhel
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Bestandsaufnahmen der Biogasanlagen in Europa
Quelle: SGC, 2001
[a] Motivation
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Schemazeichnung
A
B
Quelle: T. Schmalschläger, 2003
[a] Motivation
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Nutzung von Biogas
Variante A
Gewinnung / Erzeugung von Biogas
Vorreinigung
a) Deckung von Eigenbedarf (BHKW, Fermenter, ...)
b) Betrieb von kommerziellem BHKW
Absatz von Strom & Wärme
Variante B
Gewinnung/Erzeugung von Biogas
Aufbereitung auf Erdgasqualität
a) Absatz / Einspeisung ins Erdgasnetz
b) Einsatz als Treibstoff für Kraftfahrzeuge
[a] Motivation
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
[a] Motivation
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[c] Aufbereitungstechniken
[d] Wirtschaftlichkeit
[e] Biogasanlagen in Deutschland
[f] Wie machen es die Nachbarn ?
[g] Fazit
Gliederung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Abgabe und Vergütung von Biogas in Deutschland
gesetzlich bislang nicht explizit geregelt
periphere Regelungen in:
• Erneuerbare-Energien-Gesetz
• Biomasseverordnung
• Kraft-Wärme-Kopplungs-Gesetz
• Energiewirtschaftsgesetz
EU-Richtlinienentwurf (06/2002):
diskriminierungsfreier Zugang für Biogas zum Gasnetz
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
...regelt die Abnahme und Vergütung von Strom aus
regenerativen Energiequellen
• u.a. Biomasse einschließlich Biogas
• Wärmeäquivalenzregel
...Gas ist Biogas, wenn das entnommene Gas an anderer
Stelle wärmeäquivalent als Biogas eingespeist wurde
• höhere Vergütung für Strom aus Biogas mit Erdgasqualität
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Biomasseverordnung
...regelt für das EEG,
• welche Stoffe als Biomasse gelten,
 Pflanzen, Pflanzenbestandteile, Abfälle & Nebenprodukte
pflanzlicher & tierischer Herkunft aus Land-, Forst- und
Fischwirtschaft sowie daraus erzeugtes Gas
 nicht: Deponie- und Klärgase, Tierkörper
• welche Verfahren zur Stromerzeugung anwendbar sind und
• welche Umweltanforderungen dabei einzuhalten sind
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Energiewirtschaftsgesetz (EnWG)
...regelt u.a. technische Anforderungen an die Gasversorgung
 Verweis auf die technischen Regeln des
Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW)
insbesondere
• Arbeitsblatt G 260 (Gasbeschaffenheit)
• Merkblatt G 262 (Nutzung von Deponie-, Klär- und Biogasen)
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
DVGW G 260 - Anforderungen an die Erdgasbeschaffenheit
Gruppe L
Gruppe H
Heizwert HS,n
[kWh/m³]
8,4 ... 13,1
relative Dichte
[Gas/Luft]
0,55 ... 0,75
Wobbe-Index (HS,n/d)
[kWh/m³]
Sauerstoff - trockenes Netz
- feuchtes Netz
[%]
[%]
Gesamtschwefel (nicht odoriert) [mg/m³]
Schwefelwasserstoff
10,5 ... 13,0
[mg/m³]
12,8 ... 15,7
3
0,5
30 ... 150 (kurzzeitig)
5 ... 10 (kurzzeitig)
Quelle: DVGW G 260
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
DVGW G 262 - Biogase
...Rohgase aus Biogasanlagen sind keine Brenngase im
Sinne des DVGW G 260
CH4 [%vol]
CO2 [%vol]
O2/N2 [%vol]
H2S [mg/m³]
Biogas
60...80
20...40
Rest
.. 8.000
Erdgas H
> 96*
keine
besondere
Festlegung
O2 < 0,5
<5
Erdgas L
> 90*
* Mindestmethangehalt nach Aufbereitung zur Gewährleistung des erforderlichen Wobbe-Indexes
 Methananteil erhöhen & Schwefelwasserstoff entfernen
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Vergütungsmodell für Biogas
Vorschlag des Fachverbandes für Biogas e.V. (2001)
installierte thermische Leistung
Mindestvergütung
< 0,5 MW
10,2 ct/kWhth
< 1,5 MW
7,7 ct/kWhth
< 3,0 MW
6,6 ct/kWhth
> 3,0 MW
5,1 ct/kWhth
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
[a] Motivation
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[c] Aufbereitungstechniken
[d] Wirtschaftlichkeit
[e] Biogasanlagen in Deutschland
[f] Wie machen es die Nachbarn ?
[g] Fazit
Gliederung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
denkbare Varianten der Erdgasnetzeinspeisung
a) als Austauschgas
Biogas derart aufbereitet und verdichtet, dass es
sich bei Brennwert und Wobbe-Index nur marginal
vom Erdgas in der Transportleitung unterscheidet.
b) zur Konditionierung
aufbereitetes Biogas enthält noch höhere Anteile
an CO2 sowie weitere Gasbegleitstoffe und ist nicht
kompatibel, wird geringfügig beigemischt.
[c] Aufbereitungstechniken
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Voraussetzungen für die Einspeisung ins Erdgasnetz
• Abscheiden fester/flüssiger Partikel
• Trocknung
• Entschwefelung
• Methan-Anreicherung
• Odorierung
[c] Aufbereitungstechniken
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Abscheiden fester/flüssiger Partikel
Leiten des Biogases durch verschiedene Filterstufen
• Kiestöpfe (Grobfilter, Entwässerung)
• Patronenfilter (Feinfilter)
Trocknung
• Kältetrocknung (auch Adsorptions- und Drucktrocknung)
• Unterschreiten des Taupunkts von Wasser
 ein- oder zweistufig, abhängig vom Einsatz
„trockener“ oder „nasser“ Gasreinigungstechniken
[c] ..Partikelabscheidung / Trocknung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Entschwefelung
Schwefelgehalt beeinträchtigt Lebensdauer
von Leitungen und Verbrauchseinrichtungen
• hauptsächlich chemische Adsorptionsverfahren
- katalytische Oxidation
- Oxidation mit Eisenhydroxid
• gewöhnliches Verfahren in der Landwirtschaft
- biologische Oxidation
[c] ..Entschwefelung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
katalytische Oxidation
Umsetzung von Schwefelwasserstoff
zu Schwefel an einem Katalysator
2 H2 S + O 2
Katalysator
2 S + 2 H 2O
Oxidation mit Eisenhydroxid
Reaktion von Schwefelwasserstoff mit Eisenhydroxid
und Sauerstoff zu Schwefel.
2-stufige Reaktion mit den Zwischenprodukten
Wasser und Eisen-III-Sulfid.
Eisen-III-Sulfid oxidiert mit Sauerstoff zu Schwefel.
[c] ..Entschwefelung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
biologische Oxidation
Reaktion von Schwefelwasserstoff mit Sauerstoff
zu Schwefel
2 H2 S + O 2
2 S + 2 H 2O
• Zuführung von Luft in den Gasraum des Gärbehälters
• auch extern durch Biofiltration im Rieselbett möglich
• Reinigungsleistung schlechter als bei chemischen Verfahren
• Reingaskonzentration max. < 50 ppm
[c] ..Entschwefelung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Methananreicherung / Kohlendioxidabtrennung
• Druckwäsche
• Druckwechselverfahren (PSA = Pressure Swing Adsorption)
• Membran-Trennverfahren
• Gasverflüssigung
[c] ..Methananreicherung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Druckwäsche
„absorptives“ bzw.
„nasses“ Verfahren zur
Methananreicherung
Prinzip:
Ausnutzen der
unterschiedlichen
Wasserlöslichkeit von
CO2 und Methan
> 96 % CH4
Quelle: Weiland, Peter (2003)
[c] ..Methananreicherung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Druckwechselverfahren (PSA)
„adsorptives“ bzw. „trockenes“ Verfahren zur Kohlendioxidabtrennung
Prinzip: Adsorption von CO2 an Molekularsieben auf Kohlenstoffbasis (Aktivkohle)
Reingas
96 % CH4
Rohgas
8 bar
< 25 °C
CO2
tS < 5°C
Beladen
Evakuieren
Desorbieren Druckausgle ich
Quelle:
Widmer, Ch.
1999
[c] ..Methananreicherung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
[a] Motivation
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[c] Aufbereitungstechniken
[d] Wirtschaftlichkeit
[e] Biogasanlagen in Deutschland
[f] Wie machen es die Nachbarn ?
[g] Fazit
Gliederung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Wirtschaftlichkeit
Variante A
Gewinnung / Erzeugung von Biogas
Vorreinigung
a) Deckung von Eigenbedarf (BHKW, Fermenter, ...)
b) Betrieb von kommerziellem BHKW
Absatz von Strom & Wärme
Variante B
Gewinnung/Erzeugung von Biogas
Aufbereitung auf Erdgasqualität
a) Absatz / Einspeisung ins Erdgasnetz
b) Einsatz als Treibstoff für Kraftfahrzeuge
[d] Wirtschaftlichkeit
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Aufbereitungskosten
1 Großvieheinheit (GVE)  1,5 m³ Biogas / Tag
7000
6600
6000
• 1 Rind
5000
4000
GVE
3300
3000
2500
2000
1600
1000
800
0
50
100
150
200
400
• 6 Schweine
• 150 Hühner
m³/h
Alternativen: Vergärung von Energiepflanzen, Biomüll
[d] Wirtschaftlichkeit
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Aufbereitungskosten – Kalkulationsbeispiel Variante B
Annahmen:
• Verarbeitungskapazität: 50 m³/h sowie 400 m³/h
• Aufbereitungsverfahren: Druckwäsche
• Kühlwasserbedarf:
1 m³/h aus eigenem Brunnen,
Einleitung in Kanalisation
• Strom:
Opportunitätskosten für Strom aus
Biogas-BHKW bei EEG-Vergütung
• Auslastung:
8000 h/a
[d] Wirtschaftlichkeit
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Aufbereitungskosten – Kalkulationsbeispiel Variante B
Investitionen
50 m³ / h
400 m³/h
120.000,00
555.000,00 €
Personal & Betrieb
16.000,00
22.000,00 €/a
Strom
10.660,00
50.000,00 €/a
Wasser
29.680,00
162.180,00 €/a
1.000,00
8.000,00 €/a
Kapitalkosten
12.356,00
57.144,00 €/a
Betriebskosten
69.696,00
299.324,00 €/a
Sonstiges
spezifische Kosten
2,70
[d] Wirtschaftlichkeit
1,40 ct/kWh
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Aufbereitungskosten Variante B
Bandbreite je nach Kühlwasserbedarfsdeckung (1. Leitungswasser, 2. eigener Brunnen, 3. keine Abwassergebühr)
signifikante Einflüsse:
• Leistungsklasse
• Kühlwasserbedarfsdeckung
[d] Wirtschaftlichkeit
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Gestehungskosten Variante B
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Vergleich:
GASAG Einsteigertarif:
3,7 ct/kWh (Verbraucherseite)
Kosten [ct/kWh]
5
4
Beschaffungspreis = anlegbarer Preis
3
2
Biogaserzeugung
Erdgasqualität
1
Gesamtkosten
0
50
100
200
400
Biogaserzeugung [m³/h]
Investitionskosten Leitung: 50 € / m (ländlicher Raum)
Kosten für Gebläse, Wartung, etc. geringer als Kapitalkosten
[d] Wirtschaftlichkeit
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Aufbereitungskosten Variante A
200 m³/h
Leistung el./therm.
BHKW 1
BHKW 2
241 / 326
412 / 557 kW
Stromerzeugung
3.264
MWh
nutzbare Wärme
2.784
MWh
Investition
spezifisch
Jahreskosten
Stromerlöse
Wärmeerlöse
229.000,00
950,00
362.000,00 €/a
880,00 €/kWhel
52.400,00
74.860,00 €/a
114.600,00
181.100,00 €/a
2,0 ct/kWh :
55.680,00 €/a
2,5 ct/kWh :
69.600,00 €/a
[d] Wirtschaftlichkeit
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Wärmeerlöse Variante A
Entfernung Wärmeerlös bei Wärmeerlös bei
BHKW 2
2,0 ct / kWh
2,5 ct / kWh
• Anlagen mit 400 m³/h
auch bei 10 km
Entfernung wirtschaftlich
0,5 km
16.369
30.289
1 km
13.420
27.340
2 km
7.522
21.442
3 km
1.624
15.544
Externe Nutzung von
4 km
- 4.274
9.646
Biogas i.A. günstiger
5 km
3.748
als Aufbereitung und
10 km
- 25.743
[d] Wirtschaftlichkeit
Einspeisung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
[a] Motivation
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[c] Aufbereitungstechniken
[d] Wirtschaftlichkeit
[e] Biogasanlagen in Deutschland
[f] Wie machen es die Nachbarn ?
[g] Fazit
Gliederung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
aktuell keine Anlage zur Biogaseinspeisung in Betrieb
• Klärgasaufbereitung Kläranlage Stuttgart
5 Mio. m³ zwischen 1986-93, H-Qualität, 4 Pf/kWh, lokales GVU
• Klärgasaufbereitung Kläranlage Mönchengladbach
19,7 Mio. m³ zwischen 1981-96, L-Qualität, lokales GVU
• Biogasanlage Schleswig (Versuchsanlage, in Planung)
50 % Gülle/50 % Schlempe, 400 m³/d, H-Qualität
Busbetrieb, Tankstellenverkauf, Einspeisung in lokales GVU-Netz
[e] Biogasanlagen in Deutschland
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
[a] Motivation
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[c] Aufbereitungstechniken
[d] Wirtschaftlichkeit
[e] Biogasanlagen in Deutschland
[f] Wie machen es die Nachbarn ?
[g] Fazit
Gliederung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Schweden
• Biogasaufbereitung und –einspeisung Laholm
 ursprünglich zur Reduzierung der Bucht-Eutrophierung
 50.000 t Gülle und 20.000 t Bioabfälle jährlich
 Aufbereitungskapazität 250 m³/h
 Entschwefelung, CO2-Abtrennung, Addition von Propan
 Nutzung in BHKW zur Wärmeerzeugung
 Einspeisung in lokales Gasnetz, wenn Wärmelast absinkt
[f] Wie machen es die Nachbarn ?
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Schweden
• Rahmenbedingungen
 organischer Deponieabfall besteuert, ab 2005 verboten
 Erdgasnetz gering ausgebaut
 Qualität des Mischgases im Netz ausschlaggebend
 Maximaleinspeisung durch Wobbe-Index gegeben
 Einspeisung ohne Aufbereitung möglich (Dänemark)
[f] Wie machen es die Nachbarn ?
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Schweiz
• Erdgas Zürich
 Ende 1998 7 Anlagen mit bis zu 10.000 t / a
 Vergärung von biogenen Abfällen & Industrieabwässer
 Entschwefelung, Gastrocknung, CO2-Abtrennung
 Verwertung in BHKW, Aufbereitung je 50 %
 geringere Beschränkungen der Biogas-Einspeisung in
höhere Druckstufen (Transportnetz)
[f] Wie machen es die Nachbarn ?
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Niederlande
• Deponiegasaufbereitung an 5 Standorten
 EU-Forschungsprojekt ALTENER
 Vergärung organischer Abfälle & Klärschlamm
 Druckwasserwäsche
 Einspeisung ins öffentliche Gasnetz
[f] Wie machen es die Nachbarn ?
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
[a] Motivation
[b] Rechtliche Rahmenbedingungen
[c] Aufbereitungstechniken
[d] Wirtschaftlichkeit
[e] Biogasanlagen in Deutschland
[f] Wie machen es die Nachbarn ?
[g] Fazit
Gliederung
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Fazit
• gesetzliche Grundlagen noch in den Kinderschuhen
• technisch sehr weit, innovative + funktionierende Systeme
• unwirtschaftlich unter jetzigen Rahmenbedingungen
bislang Nutzung in BHKW-Variante vorteilhafter
• viel Potential, falls Gaseigenschaften nicht am
Einspeisepunkt, sondern im Netz maßgeblich sind;
wie in anderen europäischen Ländern
• CO2-neutral
[g] Fazit
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Biogaseinspeisung ins Erdgasnetz
Quellen
• bremer energie institut – gutachten, 06/2003
„Untersuchung zur Aufbereitung von Biogas zur
Erweiterung der Nutzungsmöglichkeiten“
• T. Schmalschläger, 06/2003
„Aufbereitung von Biogas und Einspeisung ins Erdgasnetz“
• N. Dichtl, 2002
„Technische Voraussetzungen zur Einspeisung von
Biogas ins Erdgasnetz“
• BMU, 2003
„Basisdaten Biogas Deutschland“
Quellen
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