Biogas zur dezentralen Energieversorgung in der Bergzone Nepals
Feuerholz ist in vielen Dörfern in der Bergzone Nepals nach wie vor die wichtigste Energiequelle. Fast alle Haushalte über 2’500 m ü. M. verwenden ausschliesslich Feuerholz zum Kochen und als Wärmequelle im Winter, was aber auch mit ökologischen und sozialen Problemen verbunden ist. Die Hochschule für Life Sciences der FHNW (HLS-FHNW) untersucht Möglichkeiten, mittels Biogasproduktion aus organischen Substraten wie Kuhmist und menschlichen Fäkalien zu einer dezentralen und diversifizierten Energieversorgung beizutragen.
In entlegenen und armen Haushalten der Bergzone Nepals stehen kaum Alternativen zu Feuerholz als Energiequelle zur Verfügung und offene Feuerstellen im Haus sind nach wie vor verbreitet. Dies ist besonders während der warmen Jahreszeit ineffizient, da die an den Raum abgegebene Wärmeenergie ohne Nutzung verpufft (Abb. 1, links). Zusätzlich ist der Rauch im Innern der Häuser mit gesundheitlichen Folgen wie Katarakten, Herz-Kreislauf-Problemen und Krankheiten der Atemwege verbunden. Geschlossene Metallöfen mit Rauchabzug haben sich in den letzten rund 20 Jahren immer mehr durchgesetzt, trotzdem verbleiben wichtige mit Feuerholz verbundene ökologische und soziale Probleme. Der Feuerholzverbrauch trägt wesentlich zur Entwaldung und dessen Folgen bei (Abb. 1, Mitte) und bedingt, dass zumeist Frauen und Mädchen das Holz über oft weite Distanzen zum Haus tragen müssen (Abb. 1, rechts).
Biogas aus organischen Substraten wie Kuhmist und menschlichen Fäkalien stellt eine mögliche Option dar, den Energiebedarf alternativ zu decken. Biogas wird durch anaerobe Vergärung hergestellt, wobei neben dem Gas auch Digestat, ein wertvoller organischer Dünger, anfällt. In Nepal werden einfache haushaltbasierte Vergärungsanlagen vom Biogas Support Programme (BSP) seit 1992 gefördert. Diese werden, von wenigen nicht öffentlich dokumentierten Ausnahmen abgesehen, aber nur in tiefgelegenen warmen Gebieten Nepals betrieben. In höher gelegenen Gebieten über 2’500 m ü. M. gelten v.a. eine geringere Substratverfügbarkeit pro Haushalt und tiefere Umgebungstemperaturen als Hemmnisse.
Die HLS-FHNW arbeitet seit gut zwei Jahren mit der Nichtregierungsorganisation RIDS-Nepal/Schweiz, der Kathmandu Universität und dem Nepal Engineering College zusammen, um Möglichkeiten und Limitationen einer Biogasproduktion in der Bergzone Nepals zu untersuchen. Wir arbeiten hierzu in armen entlegenen Dörfern im Jumla District auf über 2’500 m ü. M. RIDS ist seit 1998 in diesen Dörfern aktiv und fördert als Beitrag zur ruralen Entwicklung u.a. geschlossene Metallöfen mit Rauchabzug, einfache Latrinen und lokal gebaute Treibhäuser. Mit einem durch das SBFI (Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation) finanzierten Kleinprojekt haben wir im Jahr 2016 im Dorf Moharigaun (Karte und Abb. 2, links) auf 3’150 m ü. M. zunächst mittels Feldstudien den Feuerholzverbrauch und Verfügbarkeit organischer Substrate (tierische und menschliche Exkremente) in Haushalten ermittelt. Das im Labor gemessene biochemische Methanpotenzial zeigte, dass die pro Haushalt verfügbaren organischen Substrate ausreichen, um rund 50% bis 75% des Feuerholzes zum Kochen zu ersetzen (Gross et al. 2018). Ein daraus hervorgegangenes DEZA-finanziertes Pilot-Projekt soll nun klären, wie sich diese Resultate in die Praxis übersetzen lassen. Hierzu haben wir auf 2’500 m ü. M. und auf 3’150 m ü. M. jeweils zwei verschiedene Typen haushaltsbasierter Vergärungsanlagen erstellt. Diese werden von lokalen Haushaltsmitgliedern betrieben und sind von einem intensiven Messprogramm (Abb. 2, Mitte) begleitet (u.a. tägliche Biogasproduktion, Methangehalt, Luft-, Boden- und Anlagentemperaturen und Kochzeiten). Die Anlagen werden täglich mit im Stall anfallenden tierischen Exkrementen (drei bis fünf Kühe pro Haushalt) und menschlichen Fäkalien (via Latrine) versorgt. Der erste Anlagentyp arbeitet bei Umgebungstemperaturen, der zweite Typ (Abb. 2, rechts) wird durch thermische Solarzellen (unterer Standort) bzw. überschüssigen Strom (‘dump load’ während der Nacht) einer Kleinst-Wasserkraftanlage zur Dorf-Stromversorgung (oberer Standort) auf rund 30 °C geheizt. Erste Resultate am unteren Standort sind positiv und zeigen, dass im Frühjahr und Sommer bei Umgebungstemperaturen rund eine von täglich zwei gekochten Mahlzeiten für die ganze Familie (zwei Erwachsene und zwei Kinder) zubereitet werden kann. Bei den technisch komplexeren geheizten Vergärungsanlagen sind derzeit noch diverse Kinderkrankheiten auszumerzen, u.a. ist die Dichtigkeit noch ungenügend. Am oberen Standort wurden die Anlagen vor rund zwei Monaten gebaut und befinden sich noch in einer Startphase.
Unsere bisherigen Erfahrungen zeigen, dass Biogas eine Option sein kann, eine dezentrale Energieversorgung in der Bergzone Nepals zu unterstützten. Eine Einbettung in rurale Entwicklungsprogramme mit technisch versierten Ansprechpersonen ist dabei zentral, um in einer Gesellschaft mit tiefem Bildungsstand und tief verankerten Gebräuchen einen langfristigen Betrieb zu gewährleisten. Eine Masterarbeit an der Kathmandu Universität und eine Publikation zu den Anlagen sind derzeit in Arbeit und sollten Anfang nächsten Jahres vorliegen.
