Biomasse
7.1
Anbausysteme zur Produktion von Biomasse für Energiezwecke
Die Anbau- und Bewirtschaftungsmethoden von Energiepflanzenkulturen beeinflussen nicht nur die Produktionsmenge, sondern wirken sich grundsätz-lich auch auf die ökologischen Ressourcen und die Atmosphäre aus. Die landwirtschaftlich verursach-ten Emissionen von Lachgas (N2O) und Methan (CH4) nahmen zwischen 1990 und 2005 vorwiegend durch Verbrennung von Biomasse, Viehhaltung und Emissionen aus dem Boden um 17 % zu (Smith et al., 2007a). Die jährlichen Emissionen von Treibhausga-sen (THG) ohne Kohlendioxid (CO2) aus der Land-wirtschaft werden auf 5,1–6,1 Gt CO2eq geschätzt, was ungefähr 10–12 % aller anthropogenen THG-Emissionen entspricht (Smith et al., 2007a). Bis im Jahr 2035 muss allein durch den vermehrten Stick-stoff- und Hofdüngereinsatz mit einer weiteren Zunahme der N2O-Emissionen um 35–60 % gerech-net werden (FAO, 2003a).
In diesem Kapitel stehen die Auswirkungen der großskaligen Bioenergieproduktion auf wichtige Ökosystemleistungen im Vordergrund (Abb. 7.1-1).
Vor- und Nachteile unterschiedlicher Anbausysteme werden erläutert und durch Beispiele heute gängiger Energiepflanzen ergänzt.
Es gibt wesentlich mehr Pflanzen, die Biomasse für Energiezwecke liefern (z. B. Sudangras, Pfahl-rohr, Rohrglanzgras, Topinambur, Pongamia, Aka-zien u. a.), als im Umfang dieses Gutachtens porträ-tiert werden können. In Kasten 7.1-9 wird auf Algen als Lieferanten von Bioenergie eingegangen. Die Auswahl beschränkt sich hier vor allem auf viel ver-sprechende Energiepflanzen, von denen qualitativ und quantitativ genügend Produktionsdaten verfüg-bar sind, um eine Energie- und THG-Bilanzanalyse vorzunehmen (Kap. 7.3). Auf die Flächenkonkurrenz des Energiepflanzenanbaus mit anderen Landnut-zungen wurde bereits in Kapitel 5 eingegangen.
7.1.1
Anbau von Energiepflanzen in Monokultur
Viele Energiepflanzen wie z. B. Zuckerrohr, Mais und Soja werden weltweit in großen Monokulturen ange-baut. Dies ermöglichst zwar eine effiziente Bewirt-schaftung und kurzfristig hohe Erträge, es entstehen dadurch aber auch hohe Treibhausgasemissionen (vor allem N2O, CH4 und CO2) durch Bodenbearbei-tung und Düngung. Längerfristig wirken sich Mono-kulturen negativ auf die Bodenfruchtbarkeit und die Biodiversität aus (Matson et al., 1997; Tab.7.1-1).
Um diese negativen Auswirkungen zu verringern oder von vornherein zu verhindern, gibt es im Acker-bau geeignete Bewirtschaftungspraktiken. So ist in Europa der Rotationsfeldbau oder die Felderwirt-schaft weit verbreitet und wird auch für den Ener-giepflanzenanbau verwendet. Bei diesem Anbau-system werden in einer Fruchtfolge nacheinander unterschiedliche Kulturen angebaut. Dadurch ist die Nährstoffversorgung in der Regel ausgewoge-ner, der Schädlings- und Krankheitsdruck geringer und das Bodengefüge und der Humusgehalt bleiben stabiler als beim Monokulturanbau. Seit der Euro-päischen Agrarreform von 2005 sind in Deutschland dreijährige Fruchtfolgen zur Erhaltung der organi-schen Substanz und der Bodenstruktur vorgeschrie-ben (BMELV, 2006).
Je nach Anbauzeitpunkt und Ansprüchen der Pflanzen an Temperatur und Wachstumszeit können dem Boden organisches Material und Nährstoffe durch die Saat und das spätere Unterpflügen von Zwischenfrüchten (z. B. Leguminosen, Gras-Klee-Mischungen, Bienenweide) bzw. durch Mulchen oder eine Unterfrucht (z. B. Klee im Weizenfeld) zugeführt werden. Dies ist besonders beim Anbau von Energie-pflanzen angebracht, deren oberirdische Biomasse vollständig abgeerntet wird, z. B. bei Ganzpflanzen-nutzung für die 2. Generation von Biotreibstoffen oder die Erzeugung von Biomethan durch Verga-sung. Mit geeigneten Saatmischungen für Buntbra-chen wird zugleich ein wichtiger Beitrag zur Erhal-tung der Biodiversität in Agrar ökosystemen geleis-tet. Allerdings erweist sich in semiariden Gebieten
140 7 Anbau und energetische Nutzung von Biomasse
der permanente Anbau gegenüber dem Rotations-feldbau mit Brachen als günstiger für die Qualität und den Kohlenstoffgehalt im Boden (Antle et al, 2003; Manley et al., 2005). Je nach Region muss der Energiepflanzenanbau also wie der übliche Kultur-pflanzenbau angepasst und optimiert werden.
Bei einjährigen Ackerkulturen führt das jährli-che Umpflügen zur Reduktion von Kohlenstoff (C) im Boden. Um den Verlust von organischer Sub-stanz im Boden zu minimieren und die Bodenober-fläche vor Erosion und damit Degradation zu schüt-zen, sind statt des konventionellen Pflügens alterna-tive Anbautechniken wie reduziertes Pflügen (con-servation tillage) oder Nichtpflügen (no tillage) und Stehenlassen oder oberflächliches Unterpflügen der Ernterückstände populär geworden, u. a. weil dies eine Möglichkeit zur C-Sequestrierung in Acker-böden darstellt (Batjes, 1998; Paustian et al., 2000).
Würde weltweit auf das konventionelle Pflügen ver-zichtet, könnten bis Mitte dieses Jahrhunderts schät-zungsweise 12–25 Gt C-Emissionen vermieden wer-den (Pacala und Socolow, 2004). Das gemessene
Sequestrierungspotenzial der Ackerbewirtschaftung mit Nichtpflügen liegt bei durchschnittlich 160 kg C pro ha und Jahr (Freibauer et al., 2004). Smith et al. (2000) schätzen das jährliche Emissionsminde-rungsspotenzial Europas für das Nichtpflügen (inkl.
Treibstoff einsparungen und Zuwachs an organischem Kohlenstoff im Boden) auf insgesamt über 40 Mio. t C. Diese Anbautechniken – besonders Nichtpflügen – eignen sich allerdings nicht für alle Ackerfrüchte und sind zur C-Sequestrierung regional unterschied-lich rentabel, da mit der Reduktion des Bodenum-bruchs unter Umständen ein Rückgang der Produk-tion einhergeht (Manley et al., 2005) und durch grö-ßere N2O-Emissionen der Sequestrierungseffekt auf-gehoben werden kann (Six et al., 2002).
Beim Abbau von mineralischem Stickstoffdünger kann es zur Freisetzung von N2O kommen. Ein spe-ziell auf den Nährstoffbedarf und das jeweilige Ent-wicklungsstadium der Pflanzen angepasstes Dünge-regime hilft, Stickstoffverluste zu vermeiden (Crews und Peoples, 2005). Gerade die Stickstoffnutzungs-effizienz kann global wie auch in Europa stark
ver-
Konzeptionelle Darstellung verschiedener Landnutzungsarten und ihre Auswirkungen auf Ökosystemleistungen. Die Bereitstellung verschiedenster Ökosystemleistungen bei unterschiedlichen Landnutzungen kann mittels einfacher „Blumen“-Diagramme dargestellt werden, wobei der Zustand jeder Ökosystemleistung entlang der entsprechenden Achse angezeigt wird. In dieser qualitativen Darstellung wurden die Achsen nicht mit Einheiten versehen. Zur Illustration werden drei hypothetische Landschaften miteinander verglichen: ein natürliches Ökosystem (links), eine intensiv genutztes Ackerland (Mitte) und ein nachhaltig genutztes Ackerland (rechts). Bei den natürlichen Ökosystemen sind viele Ökosystemleistungen außer der Nahrungsmittelproduktion auf sehr hohem Niveau vorhanden. Das intensiv genutzte Ackerland hingegen kann Nahrungsmittel (wenigstens kurzfristig) im Überfluss produzieren, allerdings auf Kosten anderer Ökosystemleistungen. Ein Mittelweg – d. h. eine Bewirtschaftungsweise, die andere Ökosystemleistungen unterstützt – fördert ein breiteres Portfolio an Ökosystemleistungen.
Quelle: Foley et al., 2005
141 Anbausysteme zur Produktion von Biomasse für Energiezwecke 7.1
bessert werden: Im Durchschnitt werden nur unge-fähr 50 % des Stickstoffs aus dem Dünger von den Pflanzen aufgenommen und der Rest tritt gasförmig aus dem Boden aus oder versickert unerreichbar für Wurzeln im tieferen Boden (FAO, 2001b). Bei inten-siven Bioenergieanbausystemen muss daher unbe-dingt ein besonderes Augenmerk auf ein angepasstes Düngeregime gelegt werden (z. B. mittels Stickstoff-bilanzen, Präzisionslandwirtschaft usw.).
7.1.1.1
Mehrjährige Kulturen in den Tropen Zuckerrohr
Eine sehr weit verbreitete tropische Nutzpflanze, die immer häufiger zur Gewinnung von Ethanol kulti-viert wird, ist Zuckerrohr (Kasten 7.1-1). Sie kann ein- oder mehrjährig genutzt werden. Heute wird in ca. 120 tropischen Ländern fast 1,6 Mrd. t Zuckerrohr angebaut. Brasilien war 2007 mit 514 Mio. t der mit Abstand größte Produzent, gefolgt von Indien (356 Mio. t) und China (106 Mio. t). Der durchschnittli-Tabelle 7.1-1
Vor- und Nachteile des Energiepflanzenanbaus in Monokulturen.
Quelle: WBGU Vorteile
Wirtschaftlichkeit Bodenqualität THG-Bilanz Ökosystemleistungen
Spezialisierter, einfacher
Maschinenpark Bei mehrjährigen Kulturen auf marginalem Land sind Erosionsschutz und Bodenverbesserung möglich (abhängig von Bewirtschaf-tungsintensität)
Durch Maschinenring kön-nen Emissiokön-nen reduziert werden
Produktion von Nahrung bzw. Rohstoffe für stoffl. und energetische Nutzung
Wegen großer Mengen günstigere Einkaufspreise für Saatgut, Dünger, Pflanzen-schutzmittel
Nährstoffrecycling, Luftrein-haltung, Wasserkreislauf
Einfache Planung und Kalkulation
Bessere Vermarktungsmög-lichkeiten wegen großer Produktionsmengen Nachteile
Wirtschaftlichkeit Bodenqualität THG-Bilanz Ökosystemleistungen
Große Abhängigkeit von der Rohstoffnachfrage und politischen Einflüssen (Zölle, Steuern, Subventionen)
Einseitige Nährstoffauszeh-rung
Hohe C-Verluste durch intensive Bodenbearbeitung;
zudem CO2-Emissionen durch Landmaschinen
Begünstigung von Pflanzen-krankheiten und spezialisier-ten Schädlingen
Großer Pflanzenschutzmit-telverbrauch durch hohes Pflanzenkrankheitsrisiko bis hin zum Totalausfall
Mechanische Belastung durch schwere Maschinen führt zur Bodenverdichtung und starkem Oberflächenab-fluss von Wasser
Bei hohen N-Gaben: N2 O-Verluste durch niedrige N-Nutzungseffizienz
Biodiversitätsverlust (ober- und unterirdisch) durch große, monotone Pflanzen-bestände und in der Regel hoher Einsatz von Pflanzen-schutzmitteln
Hoher Bedarf an künst-lichem Dünger bedroht Bodenfauna
Geringer Schutz gegenüber abiotischen Umweltfaktoren (Wind, Starkregen, Hagel)
Große Erosionsgefahr Belastung des
Gebietswas-serhaushaltes (bei großen Plantagen Beeinträchtigung der Trinkwasserversorgung und des Biotopschutzes) Landnutzungskonkurrenz zu Nahrungsmittelanbau
142 7 Anbau und energetische Nutzung von Biomasse
che globale Biomasseertrag lag 2007 bei 70,9 t pro ha (FAOSTAT, 2007).
Mit dem Zuckerrohranbau sind verschiedene negative Auswirkungen auf die Umwelt verbun-den. Kaum eine andere Ackerfrucht führte durch die Umwandlung der Primärvegetation in Acker-flächen zu ähnlich großem Biodiversitätsverlust. Im brasilianischen Bundesstaat Alagoas stehen heute nur noch 3 % des Primärwaldes, der Rest wurde zum Anbau von Zuckerrohr abgeholzt (WWF, 2005a).
Aber auch Feuchtgebiete gehen und gingen durch die Zuckerrohrproduktion verloren, meist indem ihre nährstoffreichen Böden entwässert wurden. In Australien (Queensland) fielen bereits 60–80 % der Süßwasserfeuchtgebiete an der Küste der Zucker-produktion zum Opfer (WWF, 2005b). Durch die schweren Erntemaschinen wird der Boden verdich-tet. Die Kultivierung an Steilhängen und die künstli-che Bewässerung führen zu Wassererosion und Ver-salzung des Bodens. In vielen Ländern werden die Zuckerrohrfelder abgebrannt, um die Ernte zu ver-einfachen. Diese Praxis führt nicht nur zur Emission von Treibhausgasen und zur Bodendegradation und damit zu zukünftigen Produktionseinbußen, son-dern beeinträchtigt auch die Gesundheit der Bevöl-kerung (Ribeiro, 2008). Bei der Weiterverarbeitung der abgeernteten Biomasse zu Ethanol fällt kalium-reiche, saure Vinasse (fermentierte Melasse) an, die z. T. in Gewässer geleitet wird und diese aquatischen Ökosysteme gefährdet (Rosebala et al., 2007).
Die Produktion von Zuckerrohr kann mit ver-schiedenen Maßnahmen optimiert werden. Der Ein-satz von effizienten Bewässerungssystemen
(Trop-fenbewässerung) und Mulch hilft, Wasser zu sparen.
Um Wassererosion zu vermeiden, sollte die Steigung im Gelände für die Zuckerrohrproduktion 3 % nicht übersteigen (WWF, 2005a). Wenn die Blätter vor der Ernte abgeschnitten statt abgebrannt und als Mulch verwendet werden, wird der Gehalt an organischer Substanz im Boden erhöht, die Verdunstungsrate gesenkt und die Bodenerosion eingedämmt (WWF, 2005b).
Ölpalme
Die Ölpalme gehört zu den traditionellen Öl- und Energiepflanzen (Kasten 7.1-2), wobei das Produkt Palmöl gegenwärtig vor allem in der Nahrungsmit-tel- und Kosmetikindustrie eingesetzt wird. Haupt-produzenten und -exporteure für Palmöl sind Malay-sia und Indonesien (Produktion 2007 global: 39,3 Mio. t; FAOSTAT, 2007). Beide Länder streben an, 40 % der Palmölexporte als Treibstoffe auszuführen.
Die globale Fläche, auf der Ölpalmen angebaut wer-den, beträgt lediglich 10 % der Sojaanbauflächen, die globale Produktion ist aber für beide Feldfrüchte vergleichbar. Die FAO rechnet mit einer Verdopp-lung der Palmölproduktion gegenüber 1999/2001 bis 2030 (FAO, 2006c).
Mit den Ölpalmenkulturen entstehen – vor allem in Indonesien – große ökologische Schäden. Wäh-rend in Malaysia neue Ölpalmenplantagen nur auf bereits bestehenden Acker- oder Brachflächen errichtet werden dürfen, fallen in Indonesien dem Plantagenanbau oft auf Moorböden stehende Pri-märwälder zum Opfer (Stone, 2007; Kasten 5.4-2).
Über ein Viertel der indonesischen Konzessionen für Kasten 7.1-1
Zuckerrohr (Saccharum officinarum L.)
Zuckerrohr gehört zu den Süßgräsern, ist mehrjährig und wächst bis zu 7 m hoch. Es stammt ursprünglich aus dem tropischen Südostasien und gelangte mit den europäi-schen Siedlern nach Amerika. Als Tropenpflanze erträgt Zuckerrohr keinen Frost und braucht für das Wachstum eine Jahres mitteltemperatur von mindestens 18°C und für Regenfeldbau ohne Bewässerung mehr als 1.000 mm Jah-resniederschlag. Der 2–5 cm dicke Halm der Pflanze enthält ein weiches, Zucker speicherndes Mark. Die Pflanzen sind je nach Anbaugebiet nach 10–24 Monaten erntereif. Wenn die Stoppeln nach der Ernte nicht untergepflügt werden, können die wieder ausgetriebenen Pflanzen mit entspre-chender Düngung insgesamt 4–8mal abgeerntet werden.
Die Ernteerträge liegen bei 10–120 t Biomasse pro ha.
Bei der Ernte werden die Halme geschnitten und von den Blättern befreit. Nach Zerkleinerung werden die Halmstücke zur Zuckergewinnung mehrfach gequetscht und ausgepresst. Der Zuckerrohsaft wird geklärt und durch Aufkochen kristallisiert. Der auskristallisierte Rohzucker wird bis zu einer Reinheit von 99,8 % Saccharose raffiniert.
Der zurückbleibende Zuckersirup (Melasse) dient der
Alkoholgewinnung durch Vergärung, als Futtermittel oder zur Hefezucht. Die fermentierte Melasse (Vinasse) wird oft zur Düngung zurück auf die Felder gebracht (Lieberei et al., 2007).
Foto: Hannes Grobe, AWI
143 Anbausysteme zur Produktion von Biomasse für Energiezwecke 7.1
Ölpalmplantagen wurden für Gebiete mit Moorbö-den erteilt. Die Produktion von 1 t Palmöl verursacht damit 10–30 t CO2-Emissionen, die durch die Oxida-tion der organischen Böden bei der Trockenlegung entstehen (Feuer nicht mit eingerechnet; Hooij er et al., 2006).
Durch die Zerstörung der Urwälder geht zudem der Lebensraum für zahlreiche Pflanzen- und Tierar-ten verloren (Kap. 5.4). In Sumatra sind drei Viertel der heimischen Fledermausarten verschwunden und weniger als 10 % aller Vögel und Säugetiere der Pri-märwälder finden in den Plantagen neuen Lebens-raum (Stone, 2007). Weiter entstehen bei der Verar-beitung der Ölpalmenfrüchte in Ölmühlen Abwäs-ser, die bei der traditionellen Aufbereitung eben-falls die Umwelt belasten. Die sehr nährstoffreichen Abwässer werden in große Teiche geleitet, wo der Abbau der organischen Verbindungen unter anaero-ben Bedingungen zu hohen Methanemissionen führt, wenn das Methan nicht z. B. in Biogasanlagen genutzt
werden. Für die Produktion von 1 t Palmöl entstehen so zusätzliche THG-Emissionen von 756 kg CO2eq (Schuchardt, 2007).
Um diese enormen CO2-Emissionen zu verhindern und biologische Vielfalt zu erhalten, ist es notwendig, dass keine weiteren Sumpfwälder auf Moorböden zerstört werden (Hooijer et al., 2006). Wo möglich, sollten die Moorböden renaturiert werden. Im Hin-blick auf die CO2-Einsparung ist die Ölpalmenpro-duktion auf marginalem Land am effektivsten (Kap.
7.3). Durch nachhaltige Bewirtschaftung der Plan-tagen (z. B. mit einem verbesserten Wassermanage-ment) und eine verbesserte Aufbereitung des Palm-öls können ebenfalls erhebliche Mengen an Energie und THG-Emissionen gespart werden (WWF, 2007).
Das bei der Verarbeitung der Ölpalmfrüchte anfal-lende, nährstoffreiche Abwasser kann zusammen mit den leeren und zerkleinerten Fruchtständen in Biogasanlagen genutzt werden (Schuchardt, 2007).
Dadurch gehen die Nährstoffe nicht verloren, und es werden kaum Methan und Lachgas freigesetzt.
Jatropha
Das ölhaltige Wolfsmilchgewächs Jatropha curcas (auch: Purgiernuss) wird vielfach als neue „Wunder-pflanze“ für die Produktion von Biodiesel genannt.
Diese tropische Pflanze ist relativ anspruchslos, wächst in semiariden und ariden Gebieten, aber auch in Gegenden mit höheren Niederschlägen (200–
1.500 mm pro Jahr) und kommt auch auf nährstoff-armen Böden vor (Kasten 7.1-3). Der hohe Ölge-halt der Purgiernüsse und der durch die tiefen Wur-zeln bedingte Erosionsschutz macht die Pflanze für die Biodieselproduktion auf marginalen Flächen in tropischen Gebieten interessant (Openshaw, 2000;
Augustus et al., 2002; Wiesenhütter, 2003; Sirisom-boon et al., 2007).
Obwohl die Pflanze schon lange sehr vielsei-tig z. B. als Umzäunung, zur Bodenstabilisierung, in der traditionellen Human- und Tiermedizin, zur Sei-fenherstellung und als Dünger genutzt wird, steht ihre Erforschung noch ziemlich am Anfang. Jatro-pha wurde nicht wie andere Ackerpflanzen domes-tiziert. Die heute verwendete Pflanze ist eine Wild-form, die erst seit wenigen Jahren züchterisch opti-miert wird (Rosegrant und Cavalieri, 2008). Für eine rentable Produktion müssen zuerst neue Zuchtsor-ten entwickelt werden, da die Ernteerträge der Wild-form stark variieren und schlecht abschätzbar sind (Fairless, 2007). Jatropha gilt als relativ wenig anfällig für Krankheiten und Schädlingsbefall und wird ihres giftigen Milchsaftes wegen vom Vieh (inkl. Ziegen) nicht verbissen (Augustus et al., 2002; Wiesenhütter, 2003). Die bei der Gewinnung von Öl anfallenden Pressrückstände der Pflanze sind ebenfalls als Fut-ter ungeeignet und werden als Dünger und zur biolo-Kasten 7.1-2
Ölpalme (Elaeis guineensis Jacq.)
Die Ölpalme stammt ursprünglich aus Afrika und wird heute im tropischen Amerika und Südostasien kulti-viert. Als feuchttropisches Gewächs ist die Ölpalme auf 100 mm Niederschlag monatlich und eine durchschnitt-liche Temperatur von 24–28°C angewiesen (Minimal-temperatur 15°C, Trockenzeit höchstens drei Monate).
Die mehrjährige Pflanze wird bis zu 30 m hoch und trägt Fruchtstände von bis zu 50 kg mit mehreren tau-send Früchten. Geerntet werden kann ab dem fünften Jahr, volle Ernten werden ab dem 12.–15. Jahr erreicht.
Die Pflanzen können ein Alter von 80 Jahren errei-chen. Nach der Ernte werden die schnellverderblichen Früchte sofort mit Wasserdampf behandelt, um ein Fett spaltendes Enzym zu zerstören. Aus dem orangefarbi-gen Fruchtfleisch wird das Palmöl gewonnen, aus den Kernen das Palmkernöl. Der Ertrag an Palmöl aus dem Fruchtfleisch liegt bei 2,5–5 t pro ha und Jahr (Lieberei et al., 2007).
Foto: Frank Krämer, GTZ
144 7 Anbau und energetische Nutzung von Biomasse
gischen Schädlingsbekämpfung verwendet. Falls sich ihre Entgiftung einst rentabel gestaltet, könnten sie als Tierfutter Verwendung finden.
In Indien laufen zurzeit Auspflanzungversuche an, um die Standortansprüche und die Produktivität von verschiedenen Landrassen zu untersuchen. Erste Intercropping-Versuche von ICRISAT zeigen, dass es außerdem möglich ist, zwischen den Jatropha-Pflan-zen noch weitere Feldfrüchte anzubauen. Für eine ökologische und ökonomische Einschätzung solcher Anbausysteme ist es allerdings noch zu früh. Zwar wächst die Pflanze auch auf marginalen Standorten, um jedoch gute Hektarerträge zu erzielen, ist sie auf gute Böden und genügend Wasser angewiesen (laut ICRISAT bis zu 750 mm Wasser pro Jahr) und kon-kurriert an solchen Standorten daher mit der Nah-rungsmittelproduktion. Dennoch wird die Pflanze als Hoffnungsträgerin für die Produktion von Bio-diesel bereits großflächig angebaut (Kästen 6.7-2 und 10.8-1). In Indien soll es bereits zwischen 500.000 und 600.000 ha Jatropha-Plantagen geben, in China sogar 2 Mio. ha (Fairless, 2007). Noch kann Biodiesel aus
Jatropha jedoch nicht rentabel, d. h. ohne Subventi-onen, produziert werden (Openshaw, 2000; Wiesen-hütter, 2003).
7.1.1.2
Kulturen in Rotation in den gemäßigten Breiten Mais
Während Mais in Europa und Nordamerika vor allem als Tierfutter angebaut wird (Silomais), zählt er in vielen Entwicklungs- und Schwellenländern zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln (Körner-mais; Kasten 7.1-4). Die globale Körnermaisproduk-tion lag 2007 bei 785 Mio. t. Die mit Abstand größten Produzenten waren die USA (332 Mio. t oder 42 % der Weltproduktion) und China (knapp 152 Mio. t oder 19 %; FAOSTAT, 2007). Deutschland lieferte
Kasten 7.1-4 Mais (Zea mays L.)
Das Süßgras Mais ist ursprünglich in Mexiko beheima-tet, wo es bereits zwischen 5000 und 3400 v. Chr. ange-baut wurde. Die Pflanze wird bis zu 2,5 m hoch und besitzt einen markgefüllten, bis 5 cm dicken Stängel.
Nach der Bestäubung durch den Wind wachsen aus den Blattachseln die Kolben, deren Körner je nach Sorte eine goldgelbe, weiße, rote oder schwarzviolette Farbe aufweisen können. Maiskörner bestehen zu ca. 70 % aus Stärke, aus der Ethanol produziert werden kann. Um 1 m3 Ethanol herzustellen, werden ungefähr 2,5 t Mais benötigt.
Mais ist als tropische bis subtropische Pflanze nicht frostresistent. Die optimale Wachstumstemperatur liegt bei 30°C, wobei einige Sorten auch in den gemäßig-ten Breigemäßig-ten wachsen. Die Pflanze ist relativ trocken-heitstolerant und wächst auch auf kargeren Böden (Farack, 2007). Der Stickstoffgehalt von Körnermais (Korn und Stroh, 86 % Trockensubstanz) liegt bei 2,41 kg N pro t Frischmasse, der mittlere Kornertrag liegt in Deutschland bei 90 t pro ha (LfL Bayern, 2008).
Foto: ©gabriele.moser Kasten 7.1-3
Jatropha (Jatropha curcas L.)
Das sukkulente Wolfsmilchgewächs Jatropha curcas, auch Purgiernuss genannt, stammt ursprünglich aus Südamerika und ist heute in allen tropischen Gebieten verbreitet. Es gedeiht auf verschiedenen, auch nähr-stoffarmen Böden und in unterschiedlichen Klimaver-hältnissen. Die Pflanze erreicht innerhalb von drei Jah-ren eine Höhe von 3–5 m und kann 50 Jahre alt werden.
Die Ernteerträge liegen je nach Standort und Wasser-verfügbarkeit bei 0,5–12 t pro ha und Jahr. Die Samen haben einen Ölgehalt von ca. 30 % (Openshaw, 2000).
Der Presskuchen der Samen enthält ca. 6 % Stickstoff.
Der Stickstoffbedarf der Pflanze ist noch nicht abklä-rend untersucht. Openshaw (2000) empfiehlt, Jatropha zusammen mit stickstofffixierenden Bäumen anzu-pflanzen.
Foto: Meinhard Schulz-Baldes, WBGU
145 Anbausysteme zur Produktion von Biomasse für Energiezwecke 7.1 im Jahr 2006 mit knapp 3,4 Mio. t lediglich 0,5 % der
Weltproduktion von Körnermais, produzierte hinge-gen aber knapp 47 Mio. t Futtermais (DESTATIS, 2006).
Die Produktionsfläche mit gentechnisch veränder-ten Maissorveränder-ten (GV-Mais) lag im Jahr 2007 bei 35,2 Mio. ha, was 24 % der weltweiten Produktionsfläche von Mais entspricht. In den USA stammen mittler-weile 80 % der Maisproduktion von GV-Maissorten (ISAAA, 2008; Kasten 7.1-11).
Die heutigen Maismonokulturen haben verschie-dene negative Umweltwirkungen. Das Grundwas-ser wird durch Nitratauswaschung beim Einsatz von N-Düngern und mit Herbiziden belastet. Der
Die heutigen Maismonokulturen haben verschie-dene negative Umweltwirkungen. Das Grundwas-ser wird durch Nitratauswaschung beim Einsatz von N-Düngern und mit Herbiziden belastet. Der