Biogas entsteht durch den bakteriellen Abbau tierischer oder pflanzlicher Stoffe in einer Biogasanlage. Diese Stoffe können z.B. biogene Reststoffe, wie der Abfall aus der Biotonne oder Gülle aus der Landwirtschaft, sein. Bei der Vergärung dieser Stoffe entsteht u.a. Biomethan. Das entstandene Biomethan lässt sich wie Erdgas als Energieträger verwenden und kann z.B. ins Erdgasnetz eingespeist werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten Biogas zu erzeugen und nicht alle Varianten sind ökologisch nachhaltig.

Substrate, auch Einsatzstoffe genannt, sind die biogenen Rohstoffe, die zur Erzeugung von Gas in eine Biogasanlage eingebracht werden. Hier kann grob zwischen drei Klassen unterschieden werden:

• Biogene Reststoffe (z.B. Bioabfälle aus der Biotonne, Pflanzenreste, Reststoffe aus der Landwirtschaft wie Ernte- und Schlachtabfälle, Gülle, Jauche und Mist).
• Klärschlämme und Klärgase aus Kläranlagen, industriellen Verfahren, bzw. der gewerblichen Produktion (z.B. aus biogenen Reststoffen beim Papier-Recycling).
• Nachwachsende Rohstoffe oder Energiepflanzen (z.B. Mais oder Durchwachsene Silphie).

Eine Biogasanlage besteht in der Regel aus einem Gärbehälter mit Gasspeicher, dem sogenannten Fermenter, sowie einer Vorgrube, einem Nachgärer und Gärrestlager. Der Fermenter, das Kernstück einer Biogasanlage, wird mit den Substraten (z.B. NawaRo und Gülle aus der Vorgrube) befüllt. Im Fermenter findet unter Ausschluss von Sonnenlicht und Sauerstoff die eigentliche Biogasbildung statt. Je nach Ausgangssubstrat kann Biogas durch eine Nass- oder eine Trockenfermentation (= Vergärung) hergestellt werden. Bei der Nassfermentation macht ein hoher Wasseranteil im Gärsubstrat die Masse rühr- und fließfähig. Die Trockenfermentation oder auch Feststoffvergärung erfolgt mit stapelbarer organischer Biomasse ohne Durchmischung. Sie ist in Deutschland aber eher selten zu finden. Das Substrat wird auf zirka 35 bis 55 Grad Celsius erwärmt, um den Methanbildungsprozess zu beschleunigen. Im Durchschnitt verweilt das Substrat für 30 Tage in einem Fermenter, bevor es im Nachgärer nochmals einen Monat ausgast. Das entstandene Biogas besteht zu 50 bis 70 Prozent aus Methan, außerdem aus Kohlendioxid, Wasserstoff und Schwefelwasserstoff. Abhängig von der Endnutzung (Verstromung vor Ort, Einspeisung ins Erdgasnetz etc.), wird das Biogas weiter aufbereitet. Das zurückbleibende Substratgemisch aus dem Fermenter (Gärrest) nutzen Landwirte schließlich wieder als hochwertigen Dünger für ihre Felder.