Landwirtschaft, Gartenbau und Ernährung
Nutzung von Biomasse als Gärsubstrate
26. Fachtagung Acker- und Pflanzenbau am 22.November 2007
Ministerium für Ländliche Entwicklung, Umwelt und Verbraucherschutz
des Landes Brandenburg
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Schriftenreihe des Landesamtes für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung
Aktuelle Ergebnisse - Nutzung von Biomasse als Gärsubstrate 2007 26. Fachtagung Acker- und Pflanzenbau
Druck:
Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung Am Halbleiterwerk 1
15236 Frankfurt (Oder) TZ 119/07
Diese Druckschrift wird im Rahmen der Öffentlichkeitsarbeit der Landesregierung Brandenburg he- rausgegeben. Sie darf weder von Parteien noch von Wahlwerbern zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet werden. Untersagt ist gleichfalls die Weitergabe an Dritte zum Zwecke der Wahlwerbung.
Nachdruck – auch auszugsweise – nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers.
© Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung, November 2007
Inhaltsverzeichnis
Seite
Vorwort Dr. Lothar Adam
LVLF, Güterfelde 2
Grußwort der Brandenburgischen Energie Technologie
Initiative ETI Tanja Kenkmann
Brandenburgische Energie Technologie Initiative, Potsdam
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Chancen der Biomassenutzung für den ländlichen Raum
Brandenburg Wolfgang Scherfke
LBV Brandenburg e.V. 4
Erfahrungsbericht der Agrargenossenschaft Pirow eG bei
der Vergärung von Biomasse in einer TNS- Biogasanlage Uwe Kessler
AG Pirow eG 7
Neue Ergebnisse zum Anbau und zur Bewertung von
Biomassesubstraten für Biogasanlagen Dr. Gunter Ebel, Dr. Lothar Adam LVLF, Güterfelde
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Fortschritte in der Bewertung der Einflussfaktoren auf die
Substratqualität und Biogasausbeute Christiane Herrmann, Dr. Monika Heiermann, Dr. Christine Idler, Dr. Volkhard Scholz
Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V.
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Neue verfahrensökonomische Erkenntnisse zu
Gärsubstraten – ein Fruchtarten- und Fruchtfolgevergleich Dr. Thore Toews
Justus-Liebig-Universität Gießen 30 Gärrückstände aus der Biogaserzeugung mit pflanzlichen
Substraten – Eigenschaften und pflanzenbauliche Verwertung
Karen Sensel, Verena Wragge &
Prof. Frank Ellmer
Humboldt-Universität Berlin
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Posterbeiträge:
Eignung verschiedener Ackerfuttermischungen für die
Erzeugung von Biogas Dr. Katrin Schmaler,
Humboldt-Universität Berlin;
Dr. Frank Hertwig &
Dr. Karin Neubert, LVLF Paulinenaue;
Dr. Gunter Ebel, LVLF Güterfelde
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Entwicklung und Optimierung von standortangepassten Anbausystemen für Energiepflanzen
Teilprojekt 1 (Mecklenburg – Vorpommern)
Jana Peters
LFA Mecklenburg Vorpommern, Gülzow
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2 Vorwort
Der Markt für landwirtschaftliche Erzeugnisse ist monetär und quantitativ in Bewegung geraten. Die höheren Marktpreise erfordern neue Überlegungen zur Vorzüglichkeit von Fruchtarten. Auch in den vom Standort eher benachteiligten ländlichen Gebieten Brandenburgs lassen diese aktuellen Ent- wicklungen neue Perspektiven aufkommen.
Energiepflanzen gehören zu den Zweigen in der Landwirtschaft, denen traditionell schon immer eine große Bedeutung zu kamen. In der öffentlichen Diskussion über „Energiepflanzen“ wird jedoch heute oft vergessen, dass Nahrungs- und Futtermittel im wesentlichen auch als Energielieferanten dienen.
Allein Getreide nimmt im Land Brandenburg ca. 50 % der Anbaufläche ein.
Den oft zitierten Sonderweg für „Energie aus Biomasse“ kann und darf es daher nicht geben weil er auch letztlich an den Realitäten einer nachhaltigen landwirtschaftlichen Primärproduktion vorbeigeht.
Das Potenzial der heimischen Kulturpflanzen ist durch den züchterischen, anbautechnischen und technologischen Fortschritt heute deutlich höher als in den 60er Jahren. Für aktuelle, so auch ener- getische Nutzungsformen, ergeben sich damit auch neue Verwertungspotenziale, die zum Vorteil ländlicher Regionen nutzbar gemacht werden können. Von den Möglichkeiten der dezentralen Nutzung erneuerbarer Energien werden auch die Landwirte profitieren, um so mehr sie in der Wertschöpfungskette oder –partnerschaften eingebunden sind.
Im bisherigen Biomasseanbau zur Erzeugung von Kosubstraten zur Biogasgewinnung dominiert der Mais. Zunehmend werden aber Getreide als Ganzpflanze oder bei schlechter Marktlage auch Körner, eingesetzt. Dies liegt darin begründet, dass es einerseits keine spezifische „Biogaspflanze“ gibt und andererseits die Notwendigkeit zu hinterfragen ist. Wie schnell sich Absatzmärkte verschieben können, zeigten gerade die vergangenen Jahre eindrucksvoll.
Das Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung des Landes Brandenburg hat vor einigen Jahren die Untersuchungen zum Anbau von Biomassepflanzen zur Gewinnung von Biogas aufgenommen. Umfassend erweitert werden konnte das Arbeitsfeld seit dem Jahre 2004 bzw.
2005, durch die im Rahmen von bundesweiten Verbundprojekten: „Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands“ (EVA) sowie „Anbau und Nutzung von Energiehirse als Alternative für ertragsschwache Standorte in Trockengebieten Deutschlands“ - personelle, investive und finanzielle Förderung seitens des BMELV über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. Gülzow.
Anlässlich der 26. Fachtagung Acker- und Pflanzenbau des Landesamtes für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung zum Thema „Biomasse als Gärsubstrate“ sollen neue Ergebnisse zum Anbau, zur Biogasausbeute und Ökonomie sowie der Gärrestverwertung oder auch von Nutzungskonkurrenzen bei der Verwertung vorgestellt werden.
Die Fachtagung wird mit Unterstützung der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. Gülzow, der Agrargenossenschaft Pirow, der Brandenburgischen Energie Technologie Initiative und dem Landes- bauernverband Brandenburg durchgeführt.
Dr. Lothar Adam Referatsleiter
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Grußwort der Brandenburgischen Energie Technologie Initiative ETI für die Veranstaltung:
„Aktuelle Ergebnisse zur Nutzung von Biomasse als Gärsubstrat“
Vor wenigen Monaten hat die Bundesregierung Eckpunkte für ein integriertes Klima- und Energieprogramm für unser Land im brandenburgischen Meseberg beschlossen. Darin wird davon ausgegangen, dass bis zum Jahr 2020 6 Prozent des Erdgasverbrauchs durch Biogas kompensiert und im Jahr 2030 bereits 10 Prozent erreicht werden können. Dies würde eine umweltverantwortliche, klimaschonende Energieerzeugung befördern und die Importabhängigkeit vom Erdgas verringern helfen.
Voraussetzung für den weiteren Ausbau der Biogaserzeugung und damit auch der gesamten Bioenergiewirtschaft ist, neben der technologischen Weiterentwicklung und Optimierung der Anlagen, die Verfügbarkeit von geeigneten, qualitativ hochwertigen und für einen wirtschaftlichen Preis verfügbaren Gärsubstraten.
Gegenwärtig gibt es auf dem Agrarrohstoffmarkt, bedingt durch die hohe internationale und nationale Nachfrage und Ernteeinbußen infolge von Witterungseinflüssen enorme Preissteigerungen. Einzelne Biogasanlagen haben bereits wirtschaftliche Schwierigkeiten, der Bau von in Planung befindlichen Anlagen wird zum Teil ausgesetzt. Diese Entwicklung gefährdet die gesamte, in den letzten Jahren stark gewachsene Biogaswirtschaft. Es muss versucht werden, durch verstärkte Anstrengungen in der Forschung, gegenzusteuern. Aus diesem Grunde sind Veranstaltungen wie diese, die sich mit der Biomasseerzeugung und –verwertung beschäftigen, von außerordentlicher Aktualität und Wichtigkeit für die Branche.
Ein hohes Potenzial liegt in der Optimierung des Anbaus und der Verarbeitung der Energiepflanzen sowie in der Wahl und Züchtung der Energiepflanzenarten und -sorten. Diese Potenziale gilt es in der Zukunft auszubauen und zu nutzen. Dazu soll diese Veranstaltung „Aktuelle Ergebnisse zur Nutzung von Biomasse als Gärsubstrat“ einen Beitrag leisten.
Die Energie Technologie Initiative (ETI) hat den starken Ausbau der Bioenergie im Land Brandenburg seit 2002 maßgeblich unterstützt und mitgestaltet und befördert auch in der Gegenwart die Verbreitung neuer Technologien bei der Erzeugung und Nutzung „Grüner Energien“. Als Beispiel sei die Erprobung des Verfahrens der Trocken- Nass- Simultanvergärung bei der Biogaserzeugung gemeinsam mit dem ATB an der Biogasanlage in Pirow genannt, wo wir heute zu Gast sind. Diese Anlage wurde im Rahmen eines ETI-Leitprojektes gefördert.
Im Rahmen unserer ETI-Arbeitsgruppe Biogas führen wir regelmäßig Treffen durch, auf denen aktuelle technische und pflanzenbauliche Entwicklungen im Biogasbereich vorgestellt werden. Unter der Federführung des ATB wurde durch die ETI außerdem das „Standardwerk“ der Biogasbranche in Brandenburg erstellt: Der Leitfaden „Biogas in der Landwirtschaft“, der Ende 2006 in der dritten überarbeiteten Auflage erschienen ist. Der Leitfaden kann über die ETI bezogen werden, auf der Webseite erhalten Sie auch Informationen zur Biogas-Arbeitsgruppe.
Mit der Frage der Rohstoffverfügbarkeit beschäftigt sich die ETI außerdem gemeinsam mit der Fachhochschule Eberswalde und internationalen Partnern im Rahmen des EU-Projektes Baltic Biomass Network BBN. Dieses Projekt wurde und wird von der ETI initiiert, entwickelt und geleitet. Im Rahmen von BBN sollen der Energiepflanzenanbau gefördert, die Kompetenzen bei der Planung einer nachhaltigen Nutzung der Ressourcen gestärkt sowie weitere Investitionen im Bereich Bioenergie gefördert werden.
Das BBN-Netzwerk besteht aus 12 Facheinrichtungen aus 6 Ländern. Regionale Biomasse-Potentiale wurden auf der Basis von Kartierungen mit Hilfe eines Geographischen InformationsSystems (GIS) erfasst. Diese Analysen ermöglichen die Identifizierung geeigneter Gebiete für die Produktion von Energiepflanzen sowie optimaler Bioenergieanlagenstandorte für geeignete Bioenergie- Produktionslinien. Die im Rahmen von BBN erstellten Untersuchungen unterstützen Land- und Forstwirte bei der Bewertung von Risiken und Chancen bei der Anlagenplanung und -errichtung. Im Rahmen des Projektes werden außerdem Szenarien zu realen Investitionsvorhaben und zur zukünftigen Bioenergienutzung unter Berücksichtigung der Änderung politischer Rahmenbedingungen und des Klimas entwickelt. Die Ergebnisse für das Land Brandenburg können ebenfalls über die ETI bezogen werden.
Ich wünsche nun allen Teilnehmern einen fruchtbaren Austausch und lade alle herzlich ein, an künftigen Aktivitäten der ETI Arbeitsgruppe Biogas mitzuarbeiten.
Tanja Kenkmann
Brandenburgische Energie Technologie Initiative
Kontakt: Tanja Kenkmann ETI, IHK Potsdam Breitestr. 2a-c 14467 Potsdam
eti@potsdam.ihk.de; Tel: 0331/2786-282 (Fax:-191)
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Chancen der Biomassenutzung für den ländlichen Raum Brandenburg Wolfgang Scherfke
Landesbauernverband Brandenburg e.V.
Die Nutzung der erneuerbaren Energien hat in den letzten Jahren eine überaus positive Entwicklung genommen, die viele Skeptiker nicht für möglich gehalten haben.
Bis 2020 soll in der EU der Anteil erneuerbarer Energien am Gesamtstromverbrauch bei 20 % liegen.
Die Bundesregierung hat dieses Ziel dahin gehend konkretisiert, dass erneuerbare Energien einen Anteil von 14 % bei der Wärmeerzeugung, von 17 % bei Kraftstoffen und von 27 % bei Strom erlangen sollen. Um diese Ziele zu erreichen, wird der Biomasseeinsatz, der innerhalb der erneuer- baren Energien mit 70 % bereits jetzt den höchsten Anteil hat, auch weiterhin stark wachsen.
Der Vorteil der Biomasse liegt unter anderem darin, dass diese als fester, flüssiger oder gasförmiger Energieträger zur Verfügung steht, dass mit ihr alle Energieformen (Wärme, Strom und Kraftstoffe) erzeugt werden können und dass sie aufgrund ihrer Lagerfähigkeit zeitlich und räumlich relativ flexibel bereitgestellt werden kann.
Grenzen findet die Biomassenutzung jedoch in der Flächenverfügbarkeit und in den ökologischen Anforderungen, die den Anteil von Bioenergie am Primärenergiebedarf auf 4-5 % begrenzen. Deshalb ist davon auszugehen, dass eine Ausweitung der landwirtschaftlichen Flächen für den Anbau von Biomasse von derzeit 1,6 Mio. ha auf 3 bis maximal 4 Mio. ha möglich ist. Im Sondergutachten des Sachverständigenrates für Umweltfragen (SRU) vom Juli 2007 wird die derzeitige Biomasseförderung der Bundesregierung kritisch bewertet. Prioritäten sollten künftig nicht bei Biokraftstoffen, sondern in der gekoppelten Strom-Wärmeerzeugung gesehen werden, die bis zu 3 mal effizienter ist.
Auch im Bundesland Brandenburg ist diese rasante Entwicklung nicht vorbeigegangen.
Die landwirtschaftliche Anbaufläche für nachwachsende Rohstoffe hat sich in den letzten 5 Jahren verdreifacht und ist nunmehr auf ca. 192.000 ha ausgeweitet. Das entspricht einem Anteil von 19 % der Ackerfläche. Anteilig wurden 19.727 ha nachwachsende Rohstoffe auf Stilllegungsflächen ange- baut. Die Nutzung der Energiepflanzenbeihilfe seit der Einführung im Jahr 2004 hatte die größte Zu- nahme des Anbauumfangs verursacht. So wurden in 2007 auf 161.780 ha Ackerland nachwachsende Rohstoffe mit Energiepflanzenbeihilfe angebaut. Dominierend in diesem Wachstumsbereich sind Raps und Roggen.
Die Schlagkraft der landwirtschaftlichen Produktion und die Nähe zur verarbeitenden Industrie sind brandenburgische Standortvorteile.
In Brandenburg befinden sich Verarbeiter mit einem Produktionsvermögen von 180.000 t/a Bioethanol (die aber zur Zeit nicht genutzt werden) und 560.000 t/a Biodiesel.
Auch der Ausbau der Biogasproduktion in der Landwirtschaft hat in Zusammenhang mit der im EEG verankerten Bonusvergütung für die Verwertung nachwachsender Rohstoffe dazu geführt, dass im Jahr 2006 neben der Gülle von 10.700 ha Mais- und Ganzpflanzensilage in Biogasanlagen verwertet wurden. In Brandenburg gibt es derzeit ca. 80 laufende Biogasanlagen, davon sind 45 von Landwirtschaftsbetrieben geführt.
Die Vorteile von Anlagen in ländlichen Räumen liegen auf der Hand:
• in relativ geringen Leistungsbereichen rentabel
• dezentraler Betrieb in der Nähe der Rohstoffe möglich
• Wertschöpfung und Einkommensalternative in ländlichen Räumen
• Stärkung der Wirtschaftskraft
• umweltgerechte Kreislaufwirtschaft durch die Nutzung organischer Reststoffe und Koppelprodukte
• äußerst konstanter Betriebszustand gegenüber anderen regenerativen Energien
Dennoch ist Euphorie bei der Investition in Biogasanlagen unangebracht. Dafür gibt es verschiedene Begründungen. Einerseits haben sich die Marktverhältnisse für Anlagen und Rohstoffe drastisch verändert. Andererseits hat der Boom des Anlagenbaus mancherorts für Verwerfungen in der Tierhaltung und dem lokalen Pachtmarkt gesorgt. Zudem haben Diskussionen um die ethische Bewertung der Konkurrenz von Nahrungsmittelerzeugung und Energiepflanzenanbau sowie um Maismonokulturen die öffentliche Wahrnehmung geprägt.
Heute zeigt sich, welche Investition in eine Biogasanlage wirtschaftlich zukunftsträchtig als ein neues betriebliches Standbein getätigt wurde oder in einem zusätzlichen Betriebszweig versickert ist.
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Gestiegene Substrat- und Pachtpreise und die Frage, ob bei Ertragsausfällen noch genügend Rohstoffe geerntet werden, können viele Wirtschaftlichkeitsrechnungen von Anlagen und Lieferverträgen ins Gegenteil verkehren. Nicht zuletzt sei erwähnt, dass einige Anlagen zu Lasten einer defizitären Milchhaltung gebaut wurden. Hier wurde sozusagen der Futterkonkurrent Milchviehhaltung zugunsten einer Biogasanlage abgeschafft, die zwar dieselbe Fläche beansprucht, aber viel weniger Arbeitskräfte bindet und derzeit auch deutlich weniger Gewinn einfährt.
Biogasanlagen, die im Einklang mit der Tierhaltung wirtschaftlich effizient betrieben werden, passen sich vorteilhaft in das Gesamtunternehmen ein. Statt organische Reststoffe zu entsorgen, wird Energie erzeugt und werden Nährstoffe genutzt. Der Vergärprozess reduziert die Anzahl pathogener Keime und die Keimfähigkeit von Unkrautsamen. Die Pflanzenverträglichkeit der eingesetzten Gülle verbessert sich durch das eingeengte C/N-Verhältnis und eine gleichmäßigere und bessere Verteilung bei der Ausbringung wird erzielt. Dünge- und Pflanzenschutzmittel können eingespart werden.
Geruchsemissionen werden reduziert.
Auch der oft befürchtete Monokulturanbau von Mais für Biogasanlagen hat sich nicht eingestellt.
Wenn auch als Folge der EEG-Novelle von 2004 durch den Bonus für die Verwertung nachwachsender Rohstoffe der Energiepflanzenanbau angereizt wurde und sich der Anbauumfang von Mais zur Silageverwertung und von Getreide zur Ganzpflanzennutzung in Biogasanlagen etwas erhöht hat, ist der Gesamtumfang des Maisanbaus relativ stabil geblieben, weil Tierbestand und damit diese Verwertungsschiene rückgängig war.
Wichtig aus Sicht eines Energiepflanzenanbauers ist der Masseertrag je Hektar. Mais erbringt hohe Erträge, ist gut zu silieren, sichert hohe Methanerträge und steht deshalb im Vordergrund. Aber auch andere Pflanzen wie Rüben, Getreide- oder Grassilage oder Hirse, der Mischanbau von Energie- pflanzen und spezielle Energiefruchtfolgen werden aus Sicht des Wasserhaushaltes, Erosions- schutzes und der Forderung nach Biodiversität zunehmend in den Blickpunkt rücken.
Für Biogasanlagen ist neben einer stabilen Prozessbiologie und einer guten Gasausbeute eine wirtschaftlich sinnvolle Wärmenutzung notwendig. Die bei der Stromproduktion aus Biogas ent- stehende Wärme wird in der Praxis vorrangig zur Beheizung des Fermenters bzw. der in der Nähe des Standortes der Biogasanlage gelegenen Gebäude genutzt. Der Transport von Wärme an weiter entfernte potenzielle Abnehmer scheitert oft an den hohen, ökonomisch nicht tragbaren Investitions- kosten für neu zu schaffende Leitungssysteme. Für Biogasanlagen, die in einem engen räumlichen Zusammenhang mit den Landwirtschaftsbetrieben errichtet wurden, sind dezentrale Wärmenutzungs- konzepte zu unterstützen.
An dieser Stelle setzt auch die Agrarwirtschaftsinitiative Brandenburg an, die der Landes- bauernverband Brandenburg e.V. im Jahr 2005 ins Leben gerufen hat. Sie ist ein wichtiges politisches Instrument, um Wirtschaftkraft in den ländlichen Räumen, auch durch die energetische Nutzung von Biomasse, zu stärken. Hiermit versuchen wir, Einfluss auf Faktoren wie Investitions-förderung, Planungsvereinfachung, Netzzugang oder andere gesetzliche Rahmenbedingungen zu nehmen. In diesem Zusammenhang spielt natürlich die Novelle des EEG eine wichtige Rolle und für uns haben folgende Schwerpunkte Priorität:
1. Grundsätzlich muss im Rahmen der Novellierung gelten, dass Anlagen, die auf Grundlage des Gesetzes vom 21. Juni 2004 genehmigt und gebaut wurden, Bestandsschutz genießen und bisher geltende Vergütungssätze für diese Anlagen auch weiterhin ihre Gültigkeit behalten.
2. Der vorrangigen Abnahme des produzierten Stromes aus Biogasanlagen sollte ein Vorrang eingeräumt werden, da die kontinuierliche Strombereitstellung im Gegensatz zur Stromeinspeisung aus Windkraftanlagen zur höheren Sicherheit bei der Auslastung der Leitungsnetze und damit der Stromversorgung beiträgt.
3. Weiterhin ist die Grundvergütung bis zu 20 Jahren (plus Jahr der Inbetriebnahme) beizubehalten, um damit die langfristige Planungssicherheit für die Investoren zu erhalten.
4. Die Investition in Biogasanlagen und besonders die Investition in landwirtschaftliche Biogasanlagen muss weiterhin attraktiv bleiben. Es ist zu empfehlen, eine klare Definition für den Begriff „Anlage“ zu finden. Der Gesetzgeber muss sich in diesem Zusammenhang bekennen, ob die Vergütung von Strom aus Anlagenparks mit einer Aneinanderreihung mehrerer juristisch gesehen einzelner 500 KW Module genauso erfolgen soll wie bei Einzelanlagen oder ob die gesamte Einspeiseleistung des Anlagenparks für die Vergütungshöhe maßgebend wird. Allein auf Vergütungsoptimierung abgestellte Modulparks entsprechen nicht dem Anliegen einer auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Kreislaufwirtschaft.
Die Genehmigung des Baus von Anlagen sowie die Vergütung der eingesetzten nachwachsenden Rohstoffe sind über den § 8 Absatz 3 Satz 1-3 EEG hinaus an einen Flächenbezug zu koppeln. Die Förderfähigkeit von bestimmten Technologien/Verfahren nach
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Effizienzkriterien muss präzisiert werden. Ein Technologiebonus für den Einsatz und die Verwertung von Gülle auch für bestehende Anlagen sollte verankert werden. Eine Aufwertung des Gülleeinsatzes würde die Veredlungswirtschaft stärken und so die bislang aufgetretenen Wettbewerbsverzerrungen zwischen den einzelnen Produktionsschienen innerhalb der Landwirtschaft verringern.
5. Die Rahmenbedingungen für die Einspeisung von Biogas (Greengas) in das Netz müssen definiert werden. Wenn künftig Biogas über das Erdgasnetz effektiver und kostengünstiger über beliebige Distanzen hinweg transportiert werden kann, könnte die Nutzung zielgerichtet dort erfolgen, wo auch der konkrete Bedarf für Strom, Wärme oder das Gas besteht. Ein Instrument, das die Abnahme und Mindestvergütungen ähnlich dem EEG regelt, wäre zielführend. Jedoch fehlt es aktuell noch an praktikablen technischen Lösungen, die die Aufbereitung und Einspeisung von Biogas allen Anlagenbetreibern auch dezentralen, land- wirtschaftlichen Biogasproduzenten flächendeckend ermöglicht.
Der steigende Biomassebedarf vor dem Hintergrund von Ölknappheit und Klimawandel und der steigende Lebensmittelbedarf vor dem Hintergrund von Bevölkerungs- und Wirtschaftsentwicklung in vielen Staaten dieser Welt bieten der Landwirtschaft insgesamt große Chancen. Deutschland und auch Brandenburg wird auch künftig zu den für die landwirtschaftliche Produktion bevorzugten Gebieten gehören. Die Biomasseproduktion erweitert das Spektrum und die Möglichkeiten der Wertschöpfung im ländlichen Raum enorm. Risiken bestehen in der Konkurrenz zur Veredlung, einer zu starken Intensivierung, der Verengung von Fruchtfolgen und einer Einschränkung der Biodiversität.
Die energetische Nutzung von Biomasse wird durch politische Rahmenbedingungen beeinflusst, die sich erfahrungsgemäß auch schell ändern können.
Insgesamt jedoch haben die Möglichkeiten der Biomassenutzung für den ländlichen Raum Brandenburgs mehr Chancen als Risiken und werden auch weiterhin eine flächendeckende Landwirtschaft gewährleisten.
Landesbauernverband Brandenburg e.V.
Wolfgang Scherfke Dorfstraße 1
14513 Teltow/Ruhlsdorf Tel.: ++49/-3328 319201 Fax: ++49/-3328 319205
e-mail: scherfke@lbv-brandenburg.de
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Erfahrungsbericht der Agrargenossenschaft Pirow eG bei der Vergärung von Biomasse in einer TNS- Biogasanlage
Uwe Kessler
Vorstandsvorsitzender der Agrargenossenschaft Pirow eG
Gliederung:
1. Vorstellung des Betriebes
2. Historie der Betriebseigenen Biogasanlage vom Bau bis Heute
3. Erfahrungen mit verschiedenen Feldfrüchten als Gärsubstrat
- Silomais, Ganzpflanzsilage, Zwischenfrüchte wie z.B. Sonnenblumen, Sudangräser und Hirsen
- Fruchtfolgen, ökologische Verträglichkeit - Silierung der geernteten Biomasse
4. Erfahrung mit Gärresten, als wertvoller Dünger
5. Notwendigkeiten bzw. Forderungen der Landwirtschaft an Wissenschaft, Forschung und Politik zur weiteren Entwicklung beim Anbau von Biomasse zur Energiegewinnung
1. Betriebsspiegel
Flächenausstattung: 1780 ha LN
davon: 1350 ha AL
430 ha GL
natürliche Bedingungen: 34 x AZ 35 x GZ
550 mm Niederschlag
Pflanzenproduktion:
2005 ha
2006 ha
2007 ha
Ertrag 3-jähriges Mittel
dt / ha
Winterweizen 129 73 94 60
W- Roggen- GPS - - 38 276
W- Roggen 119 231 117 53
W- Gerste 106 118 114 55
Triticale 174 109 113 53
W- Raps ind NWR 232 209 259 35
Kartoffeln 113 112 115 350
Zuckerrüben 17 13 14 530
Silomais 285 324 304 380
Tierproduktion: (Durchschnittsbestand 2006)
Rinder: 1035 St.
davon: 344 St. Milchkühe - Milchleistung LKV 2005/06 = 8767 kg / Kuh
Schweine: 2420 St.
davon: 400 St. produktive Sauen 22,2 aufgezogene Ferkel / Sau
Personal: 28 Arbeitskräfte
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Quoten: Milchreferenzmenge 2,9 Mio. kg bei 3,98% Fett Kartoffelliefervertrag 4050 t
ZR- Lieferrecht 820 t
Biogasanlage: 500 kW installiert
TNS- Anlage mit Wärmenutzung in der Saunenzuchtanlage
2. Historie der betriebseigenen Biogasanlage der AG Pirow Planungsphase:
.Machbarkeitsstudie 2000 (EEG seit 01.04.2000)
Zentrale Aufgabenstellung
- nachhaltige umweltschonende Energie-Bereitstellung - Erzeugung von Biorohstoffen
- Verwertung biogener Rohstoffe
- Bewirtschaftung von Nutzflächen bei gleichzeitigem Schutz des Grundwassers und - die Weiterbewirtschaftung von Stilllegungsflächen als landwirtschaftliche Nutzfläche - Schaffung und Sicherstellung von Arbeitsplätzen
Vorschlag TNS- Vergärung (Trocken- Nass- Simultan)
Bauplanung 2001 - Bimsch- Antrag
- Vertag mit EVU (WEMAG) - Finanzierung
(Look - Biogassystem - Hamburg)
9 Realisierungsplan 2002
Baubeginn 03. 2002
Baubeginn 03. 2003
Innbetreibnahme der Nassanlage Frühjahr 2003
Probleme: - Aufgrund der Trockenheit im Jahr 2003 wurde eine schlechte Maisernte mit hohen TS-Gehalten eingefahren
- daraufhin kam es zu extremer Schwimmdeckenbildung im Nassfermenter
Inbetriebnahme der Trockenfermenter Herbst 2003
- Probleme mit der Perkolation (Versuche ....)
feierliche Eröffnung der Anlage im Oktober 2003
Probleme mit der Anlage in den letzten Jahren:
Erkenntnis, dass die Trockenfermenter einen separaten Perkolatspeicher benötigen.
Es folgte im März 2005 eine einjährige wissenschaftliche Begleitung unserer Pilotanlage mit Unterstützung der FNR, durch dass Institut für Agrartechnik Potsdam – Bornim (ATB).
Schlussfolgerung dieser gemeinsamen Zusammenarbeit:
Es hat sich gezeigt, dass flüssiger Gärrest (Biogasgülle) aus dem Nachgärer einer konventionelle Nassvergärung als Perkolat für die Trockenvergärung bei der Berieselung, die zu vergärende Biomasse nicht ausreichend durchdringt und damit als Prozess- und Impfflüssigkeit nicht geeignet ist.
Es muss ein separater Speicher vorhanden sein, der geringe Feststoffanteile ausweist. In den Gärversuchen mit Silomais, Geflügelmist und Gärrest wurde nachgewiesen, dass z.B. bei Silomais die gleiche Methanausbeute um 0,34 m³/ kg-1 OTS erreicht wurde, wie sie auch bei der Nassvergärung erreicht wird. (Land Technik 62. Jahrgang 1/2007 Februar S. 14- 15)
Bau eines Perkolatspeichers (500m³) 2006/2007
3. Erfahrungen mit verschiedenen Feldfrüchten als Gräserart
Hauptsubstrat in unserer Biogasanlage ist auf Grund der Erträge und der Erfahrungen bei der Silierung, der Silomais. Bezüglich der Reifegerade, Häcksellänge, Silierung und Einsatz von Silierhilfsmitteln wurden in den letzten Jahren viele Erfahrungen gesammelt. So wurden anfänglich Maissorten mit sehr hohen FAO- Zahlen (280- 400) angebaut, um Sie dann in der Biogasanlage zu vergären. Es wurden sehr hohe Frischmasseerträge erreicht aber mit sehr geringen TS- Werten (<
28%). Probleme mit Sickersaft und geringe Energiegehalte waren das Ergebnis. Heute kommen maximal Reifegerade bis FAO 280 zum Einsatz. Versuche wurden auch mit verschiedenen Häcksellängen von 4- 8 mm in der Nassfermentation angestrebt. In der Trockenfermentation sind die Häcksellängen 16- 20 mm je nach TS- Gehalt des Kolbens. Hier wird ein großes Porenvolumen im Stapel wegen der Durchdringung des Perkolates benötigt. In der jüngsten Zeit gibt es erste Ergebnisse mit dem Silierhilfmittel „Silasil Energy“ der Firma Schaumann. Eine ökonomische Auswertung kann derzeit noch nicht gegeben werden. Die Versprochene Wirkung im Bezug auf den erhöhten Essigsäureanteil im Gärsäuremuster tritt ein.
Neben der Maispflanze haben wir 2007 das erste Mal Roggenganzpflanzensilage produziert (siehe Tabelle Laboruntersuchung). Hier müssen für die Zukunft noch Sortenunterschiede und Erntezeitspannen weiter untersucht werden. Ganzpflanzensilage (GPS) wird aber in Zukunft einen festen Platz bei der Bereitstellung von Gärsubstraten einnehmen. Insbesondere sind hier die
„niedrigen“ Anbaukosten gegenüber dem Silomais hervorzuheben.
10 Laborergebnis Winterroggen GPS- Silage der AG Pirow
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Als Zweitfrucht nach der Roggenganzpflanzenernte wurden 2007 der Sonnenblumenanbau, der Anbau von Zuckerhirsen und Sudangräser getestet. Probleme waren insbesondere bei der Hirse die hohen Niederschläge und die kalten Temperaturen im Sommer / Herbst 2007. So konnten keine hohen Erträge geerntet werden und der TS- Gehalt bei den Sonnenblumen lag nur bei 22 % und der der Hirse nur bei 24 %. Die Erntemengen dieser Zwischenfrüchte wurden als Deckschicht auf Silomais einsiliert. Beim Anbau dieser Feldfrüchte werden wir in den nächsten Jahren weitere Erfahrungen bezüglich Aussaat und Ernte machen müssen und er wird in überschaubaren Umfang auch fester Bestandteil beim Anbau von nachwachsenden Rohstoffen sein.
Wichtig für uns sind die variablen Kosten beim Anbau von NAWARO`S für die Biogasanlage. Hier spielen auch Transportentfernungen Feld- Silo- Anlage eine große Rolle. Aus diesem Grund konzentriert sich der Anbau dieser Feldfrüchte um die Biogasanlage. Um so wichtiger ist es nun durch geeigneten Fruchtfolgen, negative Auswirkungen auf Boden und Wasser und die Lebensräume wildlebender Tiere zu verhindern. Ein Energiewirt bleibt immer ein Landwirt. Die Erzeugung von Bioenergie in unserer Biogasanlage fügt sich ins gesamt Konzept Gemischtbetriebes ein. Neben den Silagen der erwähnten Feldfrüchte kommen auch Konzentrate wie z.B. Roggenschrot oder Lieschkolbenschrot zum Einsatz. Dieser Anteil reduziert sich auf Grund der gestiegenen Preise, bleibt aber in geringen Anteilen bestehen, weil positive Effekte bei der Vergärung im Fermenter gemacht werden sollen.
4. Erfahrung mit Gärresten
In unserer Biogasanlagen fallen zwei Arten von Gärresten an:
1. flüssiger Gärrest ( Biogasgülle)
2. fester Gärrest aus der Trockenfermentation
Prüfbericht Biogasgülle vom März 2007
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Prüferbericht Gärrest aus dem Trockenfermenter vom Oktober 2006
Beide Gärrestarten stellen einen wertvollen Dünger dar. Bei der Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften wie z.B. der Düngeverordung können hier erhebliche Kosteneinsparungen bei der Düngung erzielt werden (steigende Mineraldüngerpreise). Des Weiteren schließt sich hier wieder der Stoffkreislauf: Boden – Pflanze – Tier/Biogasanlage – Boden.
5. Forderungen der Landwirtschaft in Bezug auf den künftigen Anbau von NAWARO´S
Seit der Novellierung des EEG im Jahre 2004 schießen NAWARO- Biogasanlagen wie Pilze aus dem Boden (Biogasboom). Wir erinnern uns auch, dass z.B. Getreide wie z.B. Winterroggen im Jahr 2004 nur 70 € pro Tonne kostete (heute ca. 200 € pro Tonne). Der Anbau von Silomais ist ebenfalls rasant gestiegen. Die Entwicklung der Märkte mit Agrarprodukten im Jahr 2007 wirft nun aber alles „über den Haufen“. Es gilt jetzt, mit der Forschung, der Wissenschaft und auch der Politik Bedingungen zu schaffen, dass die positive Seite der Erzeugung von Bioenergie in Deutschland nicht untergeht.
Wir als Biogasanlagenbetreiber oder auch „Energiewirte“ brauchen Ergebnisse aus der Pflanzenzüchtung (Gen- Anbau?) die uns hohe stabile Erträge bringen. Neue Pflanzen wie z.B.
Zuckerhirsen, Sonnenblumen und andere müssen weiter getestet werden.
Hierzu sind aber auch Forschungsgelder bereit zustellen. Insbesondere müssen die Biologischen Vorgänge im Fermenter wissenschaftlich besser untersucht werden, so dass es möglich wird höhere Energieerträge aus den Gärsubstraten im Vergärungsprozess zu erzielen („Mikrobiologische Zusätze“).
Ein ganz wichtiger Punkt für die Zukunft der Biogasanlagen, ist das Verhalten der Politik. Die weiteren positiven Ansätze wird hoffentlich die nächste Novellierung des EEG im Jahr 2009 bringen.
Kontakt: Uwe Kessler
Agrargenossenschaft Pirow eG Dorfring 1a
19348 Pirow
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Neue Ergebnisse zum Anbau und zur Bewertung von Biomassesubstraten für Biogasanlagen G. Ebel und L. Adam
Landesamt für Verbraucherschutz, Landwirtschaft und Flurneuordnung Brandenburg, Referat Ackerbau und Grünland, Güterfelde
1 Einleitung
Die stetig steigende Anzahl an Biogasanlagen erfordert Entwicklungen von nachhaltigen Anbau- konzepten für die Biomassebereitstellung. Dieser Aufgabe widmet sich unter anderem das seit 2005 laufende bundesländerübergreifende Projekt des BMELV: „Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands“1 (EVA). Unter den regionalen Bedingungen Brandenburgs ist es das Ziel, aus pflanzenbaulicher, betriebswirtschaftlicher und ökologischer Sicht die in einem bestimmten Anbausystem effektivste Fruchtart in der Roggen - Kartoffel - Region Deutschlands insbesondere im Hinblick auf die Nutzung als Gärsubstrat zu ermitteln. Die Ergebnisse aus den dreijährigen anbautechnischen Fruchtfolgeuntersuchungen zur Produktion von Gärsubstraten werden im Folgenden schwerpunktmäßig für den Standort Güterfelde mitgeteilt.
2 Material und Methoden
Im EVA-Teilprojekt I „Entwicklung standortangepasster Anbausysteme für Energiepflanzen“ sind an Standorten in sieben Bundesländern fünf vergleichende Standard- und drei bis vier variierende Regional-Fruchtfolgen etabliert worden (vgl. Tab. 1). Des Weiteren sind in diesem Teilprojekt an ausgewählten Standorten Versuche zu Ackerfuttermischungen (vgl. Beitrag SCHMALER et al.), zum Mischfruchtanbau sowie zu unterschiedlichem Faktoreinsatz (Bodenbearbeitung, Pflanzenschutz und Düngung) integriert. Am Standort Güterfelde (Abbildung 1) wird der Faktor: Erntezeitpunkt (vorfristig bzw. zum Standardtermin) im Hinblick auf die Prüfmerkmale (vgl. Übersicht 1) zusätzlich betrachtet.
Abbildung 1: Witterung am Standort Güterfelde der Versuchsjahre 2005 bis 2007
Die aus Biomassekulturen für die Gärsubstratbereitstellung und Marktfrüchten kombinierten Frucht- folgen (vgl. Tab. 1) sind in Langparzellen mit Standardausgleich der Fruchtfolge 1 angelegt. Auf Grund der Doppelanlage 2006 ist ein Jahresvergleich der Kulturen bzw. ein Fruchtfolgevergleich in verschiedenen Zeiträumen möglich. Mit dem Erfassen zahlreicher Parameter für die verschiedensten EVA-Teilprojekte (vgl. Flyer) wird ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt. Unter anderem wird die Ertragsleistung von verschiedenen Anbausystemen der 7 Standorte – in diesem Beitrag hauptsächlich bezogen auf den Standort Güterfelde - in Wechselwirkung mit den ökologischen Folgewirkungen (Teilprojekt 2 – ZALF Müncheberg) und den ökonomischen Folgewirkungen (Teilprojekt 3 - Universität Gießen – vgl. Beitrag TOEWS) des Energiepflanzenanbaus bewertet.
1 Der Projektträger ist die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FKZ: 22002305).
Ergänzende Erläuterungen zu diesem Projekt, die Struktur der einzelnen Teilprojekte inklusive der Projektpartner, die Fruchtfolgen und die Parameter sind den Flyern (Anhang) bzw. http://www.tll.de/vbp zu entnehmen.
KREIS: Potsdam - Mittelmark Ackerzahl: 29-33 Bodenform: Salm- bis Sandtieflehm -
Fahlerde
Bodenart: Lehmiger Sand (lS) 570 mm
Niederschlag 1970-2000
(lj. Mittel/a) 1995-2005: 547 mm 8,9 °C Lufttemp. 1970-2000:
(lj. Mittel/a) 1995-2005: 9,1 °C 0
20 40 60 80 100 120 140 160
Jan.
Febr. April Mai Juni Juli
Aug.
Sept. Okt.
Nov.
Dez.
Niederschlag in mm
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
Temperatur in °C
2005 2006 2007
R ih 2 R ih 4 R ih 6
14
Tabelle 1: Standard- und Regionalfruchtfolgen des Verbundprojektes „EVA“ am Standort Güterfelde2
Anlage 01 2005 2006 2007 2008
Anlage 02 2006 2007 2008
Fruchtfolge 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr
1. Standardfruchtfolge 1 Sommerroggen /
Ölrettich (SZF) Mais Wintertriticale /
Zuckerhirse (ZF) Winterroggen 2. Standardfruchtfolge 2 Sudangras /
Futterroggen (WZF)
Futterroggen /
Mais (ZF) Wintertriticale Winterroggen 3. Standardfruchtfolge 3 Mais /
Futterroggen (WZF)
Futterroggen / Sudangras (ZF)
Wintertriticale /
Weidelgras (ZF) Winterroggen 4. Standardfruchtfolge 4 Sommerroggen / Klee-
bzw. Luzernegras Klee- bzw. Luzernegras Klee- bzw. Luzernegras Winterroggen 5. Standardfruchtfolge 5 Hafer / Wintertriticale Wintertriticale Winterraps Winterroggen
6. Regionalfruchtfolge 1 Sommerroggen /
Senf (WZF) Lupine Winterroggen /
Zuckerhirse (ZF) Winterroggen 7. Regionalfruchtfolge 2 Sonnenblume /
Ölrettich (SZF) Erbsen Wintertriticale /
Zuckerhirse (ZF) Winterroggen
8. Regionalfruchtfolge 3 Topinambur Topinambur Topinambur Winterroggen
9. Regionalfruchtfolge 4
Artengemisch (Hafer, Erbsen, Leindotter) /
Winterraps
Winterraps / Buchweizen (GD) / Futterroggen (WZF)
Futterroggen /
Sudangras (ZF) Winterroggen Anlage 01 Start 2005, Anlage 02 Start 2006; Kulturen für die Ganzpflanzennutzung bzw. als Marktfrüchte;
ZF = Zweitfrucht, SZF /WZF = Sommer- bzw. Winterzwischenfrucht, GD = Gründüngung
Die Methanausbeuten der einzelnen Fruchtarten bzw. Fruchtfolgen sind zum einen mit den aus dem Erntegut analysierten Inhaltsstoffen (vgl. Übersicht 1) und den aus den DLG-FUTTERWERTTABELLEN
entnommenen Verdaulichkeitsquotienten nach einem Ansatz von SCHATTAUER & WEILAND (2006) abschätzbar. Zum anderen werden die Siliereignung und die Biogasausbeute mittels Gärtest der u. a.
aus dem Fruchtfolgeprojekt stammenden Pflanzensubstrate im Teilprojekt 4 (ATB Potsdam-Bornim – vgl. Beitrag HERRMANN et al.) untersucht.
Übersicht 1: Untersuchungen / Prüfmerkmale Î Standort
Î Wetter
Î Bodenuntersuchungen Nmin, Smin, P, K, Mg
Bodentiefen: 0-30 cm, 30-60 cm, 60-90 cm Zeitpunkte: Vegetationsbeginn, Ernte, Vegetations- ende
Î Bestandesstruktur Aufgang
Bestandesdichte Bodenbedeckung Bestandeshöhe Unkrautbesatz
Lagerneigung, Mängelbonituren, Krankheiten und Schädlinge
Bodenbeschattung
Î Abiotische Folgewirkungen
Zeiternten Biomasseertrag und N-Gehalte
der Grünschnitte, Nmin und Bodenwassergehalt auf Flächen der Grünschnitte
Î Analyse Erntegut Erträge
Elementaranalyse (CNPS) Rohasche
Gesamtzucker/Stärke NfE
Rohfaser Rohprotein Rohfett
Trockensubstanz ADF, NDF, ADL
Mineral-, Mikronährstoffe
Silierversuche und Biogas-Gärtests im ATB Bornim Î Ökonomische Bewertung (für den Projektpartner:
Universität Gießen)
Arbeitsgänge und Betriebsmittel Fruchtarten
Fruchtfolgen
2 Im Fruchtfolgeversuch wurden bisher die Sorghumtypen: Sorghum bicolor x Sorghum sudanense mit den Sorten „Susu“ und „Lussi“ sowie der Typ: Sorghum bicolor – Hybride mit der Sorte „Super Sile 18“ geprüft. In den Grafiken und im Text werden vereinfacht die Bezeichnungen Sudangras und Zuckerhirse verwendet.
15 3 Ergebnisse und Diskussion
Die Witterung mit Extremereignissen (Abb. 1) führte zu erheblichen Ertragsschwankungen bei den dreijährig geprüften Fruchtarten Mais, Sudangras und Topinambur im Versuchszeitraum 2005 bis 2007 (Abb. 2).
Abbildung 2: Ganzpflanzen-Trockenmasseerträge (dt ha-1) am Standort Güterfelde im Versuchszeitraum 2005 bis 2007²
Durch die kalte Frühjahrsperiode 2006 und die extreme Trockenheit im Juni und Juli sind bei allen Kulturen / Fruchtfolgen Ertragsausfälle von 30 bis 50 % zum Vorjahr aufgetreten (Abb. 2). Die Ganzpflanzenerträge der Hauptfrüchte lagen im Bereich von 40 dt TM ha-1 (Sommerroggen, Hafer) bis 100 dt TM ha-1 (Sudangras²). Gegenüber dem Sommergetreide ist bei Wintertriticale ein um ca. 20 dt höherer Trockenmasseertrag je Hektar im Jahr 2006 geerntet worden. Dieser lag damit auf dem Niveau des 2005 geernteten Sommergetreide-Ganzpflanzenertrages. Der Trockenmasseertrag der Hauptfrucht Mais lag mit ca. 90 dt TM ha-1 unter dem von Sudangras (100 dt TM ha-1). Beide Kulturen in Hauptfruchtstellung haben aber wie im Vorjahr (mit ca. 150...155 dt TM ha-1) signifikant höhere Erträge als die anderen Fruchtarten.
Die Ergebnisse von 2007 weisen durch das warme Frühjahr und den überdurchschnittlichen Nieder- schlägen ab Mai tendenziell sehr hohe Ganzpflanzenerträge für die Kulturen Mais (mit einer Ertrags- steigerung um ca. 20 bis 25 % zu 2005 bzw. ca. 100 % gegenüber 2006) und Sudangras (Ertrags- niveau vergleichbar 2005) aus. Dabei existierten allerdings unterschiedliche Trockensubstanz- entwicklungen und Ertragsverhalten zwischen den Hybrid-Sudangras²-Sorten „Susu“ und „Lussi“
(ADAM 2006 und 2007). Die Trockenheit im April hat offenbar die Getreide-Ganzpflanzerträge negativ beeinflusst (Niveau von 2006). Trockenstressauswirkungen bei der Triticale waren deutlich sichtbar.
Die Witterung 2007 wirkte sich günstig auf eine um 14 Tage zeitigere Grünschnittroggenernte mit höheren Erträgen als 2006 (Abb. 3) und anschließender Etablierung von Mais und Sudangras in Zweitfruchtstellung aus. Das Ertragsniveau war entsprechend dem Hauptfruchtanbau 2005 (vgl.
Abb. 2).
Der Ertragsvorteil von Sudangras in Hauptfruchtstellung 2006 gegenüber dem Mais liegt offenbar in der höheren Trockenheitstoleranz der Sorghumgräser begründet (vgl. Abb. 2 und 3). Zum anderen erfolgte durch die Trockenperiode 2006 zur weiblichen Blüte des Mais eine schlechte Befruchtung, das zu verminderten Kolbenanteilen und einer inhomogenen Kolbenentwicklung führte. Im August verursachten die Niederschlagsereignisse nach der langen Trockenperiode Zellenschädigungen und gleichzeitig die Ausbildung von Maisbeulenbrand (Ustilago maydis). Dieser wechselnde extreme Witterungsverlauf förderte weiterhin das Aufreißen der Blätter und die Bildung von Zwiekolben, was zu einer inhomogenen Abreife führte. Somit wurden geringe TS-Gehalte von < 28 % zur Maisernte 2006 verursacht (vgl. Tab. 2), obwohl nach fachlicher Praxis u. a. das Temperatursummenmodell (von 600...625° C im Zeitraum weibliche Blüte bis Erntetermin) für das Festlegen des Maiserntetermins
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Sudang ras
Mai s
Sommerrogge n
Wintertriticale Winterrogge
n
Topi nambu
rkrau t 3-j
. Kleegras
Luzern egras
Son nenbl
umen Winterraps
20062005 2007 Ganzpflanzen-Trockenmasseertrag (dt ha-1)
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Sudang ras
Mai s
Sommerrogge n
Wintertriticale Winterrogge
n
Topi nambu
rkrau t 3-j
. Kleegras
Luzern egras
Son nenbl
umen Winterraps
20062005 2007 Ganzpflanzen-Trockenmasseertrag (dt ha-1)
16
berücksichtigt wurde (vgl. HERTWIG & PICKERT 1999; SCHMALER 2005). Die TS-Entwicklung der Maisganzpflanze ist insbesondere bei langer Sommertrockenheit schwierig einzuschätzen.
Entscheidend ist das ausreichende Wasserangebot zur weiblichen Blüte. So wurde auch in Trocken- jahren wie z. B. 2003 eine gute Befruchtung und hohe Kolbenanteile mit homogener Bestandes- entwicklung erzielt - was wiederum zu hohen TS-Gehalten (ca. 40 %) bei der Maisernte 2003 im Land Brandenburg führte (BARTHELMES 2006).
Zweitfruchtanbau: Auf den leichten sandigen Standorten sind sowohl in den Vegetationsperioden mit Niederschlagsdefiziten (2006) als auch in denen mit überdurchschnittlichen Niederschlägen (2007) in den Zweikulturnutzungssystemen3 keine tendenziell höheren Gesamterträge (Vor- und Zweitfrucht) gegenüber dem Hauptfruchtanbau mit C4-Pflanzen ermittelt worden (Abb. 3). In der Zweitfrucht- stellung 2006 wurden mit einer späteren Aussaat ca. 90 % (bei Mais) und ca. 60 % (bei Sudangras) sowie 2007 ca. 77 % (bei Mais) der Hauptfruchterträge erzielt (Abb. 3). Die Ertragsdifferenzen sind neben dem späteren Aussaattermin auch in der Sortenwahl begründet: Zweitfruchtmais - frühe Sorte (S 200) bedingt durch Fruchtfolgestellung; Hauptfruchtmais - mittelspäte in Brandenburg etablierte Sorte (S 260). Die ökologisch positiven Aspekte einer Winterzwischenfrucht stehen allerdings einem erhöhten Aufwand gegenüber, der sich nur bei deutlich höheren Erträgen im Zweitfruchtanbau rentieren würde (vgl. Beitrag TOEWS).
Ganzpflanzen-Trockenmasseertrag (dt ha-1)
88 99
26 33
192
30 51 46 65 57
38 153 85
148 120
79 53
0 50 100 150 200 250
Mais Sudangras "Susu" Grünschnittroggen + Mais (ZF) Grünschnittroggen + Sudangras (ZF) "Susu" Mais Grünschnittroggen + Mais (ZF) Grünschnittroggen + Sudangras (ZF) "Susu" Grünschnittroggen + Sudangras (ZF) "Lussi" Wintertriticale-GP + Zuckerhirse (ZF) Wintertriticale-GP + Weidelgras (ZF)
2006 2007
Abbildung 3: Ganzpflanzen-Trockenmasseertrag (dt ha-1), Fruchtartenvergleich in Hauptfrucht- und Zweitfruchtstellung am Standort Güterfelde²;4
Die in der Regionalfruchtfolge 9 ausgewählte Sudangrashybride „Lussi“ wies bei günstiger Trocken- substanzentwicklung (TS 28,5 %) höhere Erträge als die Hybride „Susu“ (TS 21 %) auf (Abb. 3). Somit werden die Ergebnisse der am Standort Güterfelde mehrjährig durchgeführten Herkunftsvergleiche von Sorghumsorten5 bestätigt (vgl. Abb. 4). Dabei weisen die Ergebnisse von 16 geprüften Sorghumsorten 2007 eine Spanne im Ertrag von 97 zu 206 dt TM ha-1 aus (ADAM 2007). Der Ertrag im Hauptfruchtanbau lag für die Hybriden „Lussi“ bei: 206 dt TM ha-1 und „Susu“ bei: 180 dt TM ha-1 . Die Zuckerhirse nach der Getreideganzpflanzenernte zur Teigreife erbrachte unter den z. T. günstigen Bedingung 2007 (frühe Ernte Vorfrucht; für den sandigen Standort gute Niederschlagsverteilung) Erträge von 85 bis 95 dt TM ha-1 (vgl. Abb. 3), bei allerdings geringen TS-Gehalten von 20 %. An anderen EVA- Versuchsstandorten (z.B. Gülzow) war durch die überdurchschnittlichen Niederschläge
3 Hier gemeint: Winterzwischenfrucht und Zweitfrucht (Mais bzw. Sorghum); bzw. Getreide-GP-Nutzung zur Teigreife und Zweitfrucht Sorghum.
4 Hinweis: In einer weiteren Fruchtfolge wurde 2006 in Hauptfruchtstellung ein Mais ertrag von 74 dt TM ha-1 erzielt.
5 vgl. FNR Vorhaben „Anbau und Nutzung von Energiehirse als Alternative für ertragsschwache Standorte in Trockengebieten Deutschlands“ – FKZ: 22011502
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die Etablierung der Sorghumgräser nach der Ernte der Getreideganzpflanzen wesentlich schwieriger, was zu geringeren Erträgen führte (mündliche Information PETERS – vgl. Beitrag). Ein Zweitfrucht- anbau nach der Getreideganzpflanzennutzung zum Zeitpunkt der Teigreife hat den Vorteil einer Bedeckung im Sommer und Ausnutzung der Vegetationszeit. Der Erfolg ist vom jeweiligen Standort sowie den kleinräumigen Witterungsereignissen abhängig und birgt gegenüber dem Haupt- bzw. dem Zweitfruchtanbau nach Winterzwischenfrüchten das höchste Risiko, keine erntewürdigen Erträge zu erzielen. In dem Fall des Zweitfruchtanbaus nach einer Getreide-GP- Ernte könnte eine Auswahl von Sorten (Sorghum-Körnertypen statt -Futtertypen) mit geringeren Trockenmasseerträgen, bei aber höheren TS-Gehalten und somit verbesserten Siliereigenschaften zur Ernte, durchaus eine Alternative sein.
Sudangras- Sortenvergleich 2005 - 2007
0 50 100 150 200 250
2005 2006 2007
Jahre
Trockenmasse (dt/ha)
Susu (H) Lussi (H) Akklimat GK Csama (H)
Abbildung 4: Sudangras-Sortenvergleiche 2005-2007, Güterfelde, Trockenmasseerträge (dt ha-1) Im Standortvergleich mit den anderen bundesweiten EVA-Versuchsstandorten wird für Güterfelde ein unterdurchschnittlicher Maisertrag ausgewiesen (Abb. 5). Während an den Standorten mit ge- sicherter Wasserversorgung (Süd- und Nordwestdeutschlands) die Maiserträge denen von Sudangras deutlich übertrafen, sind an dem sandigen, vorsommertrockenen Standort Güterfelde ähnlich hohe Erträge (2005) und bei extremer auftretender Vorsommertrockenheit höhere Erträge (2006) bei Sudangras erzielt worden. Für das Jahr 2007 können innerhalb des Fruchtfolgeversuches nur die Erträge der Zweitfruchtkulturen verglichen werden. Hier wies die Hybridsorte „Lussi“ einen gleich hohen Ertrag wie der Zweitfruchtmais aus (Abb. 3).
0 50 100 150 200 250
W erlte Gülzow Güterfe lde Trossin Dornburg Ascha Ettlinge n
Trockenmasseertrag (dt/ha)
Sudangra s 2005 Sudangra s 2006 Mais 2005 M ais 2006 X
X
Abbildung 5: Gegenüberstellung der Erträge von Sudangras und Mais (2005 / 2006) aller 7 Ver- suchsstandorte (Quelle: Koordinator - TLL Jena – VETTER, NEHRING 2007)²
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Die Ergebnisse verdeutlichen weiterhin die hohen Ertragsdifferenzen zwischen den Jahren 2005 und 2006 besonders auf den sandigen, vorsommertrockenen Standorten Güterfelde und Trossin (Sach- sen), die in diesem Maße an anderen Standorten nicht eintraten bzw. am bayerischen Standort Ascha eine gegensätzliche Entwicklung aufwiesen.
Der Einfluss des Standortes auf den Biomasseertrag in der Fruchtfolge wird am Beispiel der Fruchtfolge 3 gezeigt (Abb. 6). Ertragssteigerungen sind durch die Optimierung von u. a. der Fruchtarten- und der Sortenwahl sowie der Bestandesführung im begrenzten Maß möglich. Jedoch ist das Ertragspotenzial durch die Boden-Klima-Räume (vgl. ROßBERG et al. 2007) regional abhängig. Für das Bundesland Brandenburg ist somit von vornherein mit einem höheren Flächenbedarf je Einheit installierte Anlagenleistung als in anderen Regionen Deutschlands zu kalkulieren. Auch innerhalb Brandenburgs ist der Flächenbedarf für den Energiepflanzenanbau territorial unterschiedlich zu be- werten (Bsp. Uckermark vs. Prignitz vs. Lausitz).
0 100 200 300 400 500 600
W erlte G ülzow Güterfe ld e T rossin D orn burg Ascha Ettlin gen
NS MV BB SN TH BY BW
Trockenmasseertrag (dt/ha)
M ais (HF) WZF Futte rrogge n Sudangras (ZF) WT (GP)
Abbildung 6: Energiepflanzenfruchtfolgen-Erträge an verschiedenen Standorten (2005-2007) – FF3 (Quelle: Koordinator - TLL Jena – VETTER, NEHRING 2007)
Während am Standort Güterfelde relativ geringe Wintertriticale-GP-Erträge erzielt wurden (mit 56 bis 70 dt TM ha-1, vgl. Abb. 7), sind am Standort Dornburg durchschnittlich ca. 125 dt TM ha-1 geerntet worden. In einem Versuch mit Getreidesorten für die Ganzpflanzenernte am Standort Güterfelde (2006/07) wurden bei verschiedenen Roggensorten 80 bis 90 dt TM ha-1 geerntet. Ein positiver Ein- fluss der aufwandsreduzierten Fungizidbehandlung auf den Ganzpflanzenertrag deutet sich nach dem ersten Versuchsjahr an. Die Erfahrungen der Versuchsjahre 2005 und 2006 weisen für die sandigen Trockenstandorte eine Diskrepanz zwischen den Wachstumsstadien und der TS-Entwicklung auf. Die in anderen Regionen Deutschlands ermittelten Zusammenhänge Wachstumsstadien vs. TS-Verlauf für die Getreide-Ganzpflanzensilageproduktion mit dem Ziel der Biogasverwertung (KARPENSTEIN- MACHAN 2005) sind auf sandigen Standorten mit Ackerzahlen < 35 zu präzisieren. Die Weiterführung von Versuchen mit den Faktoren Sorten, Erntezeitpunkt sowie Fungizid- / Herbizidbehandlungen ist für die standortgerechte Sortenwahl sowie die ertrags- und qualitäts optimierende, rentable Getreideganzpflanzenproduktion notwendig.
Die Gesamterträge aller Fruchtfolgen in Brandenburg variierten in der dreijährigen Aufwuchsleistung zwischen ca. 190 dt TM ha-1 und 340 dt TM ha-1 (Abb. 7). Die Fruchtfolgen mit Mais bzw. Sudangras wechselnd in Hauptfruchtstellung (2005) und in Zweitfruchtstellung (2006) inklusive der Zwischen- frucht Winterroggen (GPS-Nutzung zum Zeitpunkt: BBCH 49) wiesen dabei signifikant höhere Erträge als die Fruchtfolgen 4 und 5 aus. Die in der Fruchtfolge 4 etablierte A3 Grasmischung mit Rotklee ist für den Standort Güterfelde keine optimale Ackerfuttermischung. 2006 wurde daher in der Anlage 2 ein Luzernegrasgemenge ausgesät. Das 1-jährige Luzernegrasgemenge erzielte 30 dt TM ha-1 höhere Erträge als das 2-jährige Kleegras (vgl. Abb. 2). Diese deutlichen Ertragsvorteile für Luzernegras sind am Standort Berge im Versuch „Ackerfuttermischungen“ ebenfalls ermittelt worden (vgl. Beitrag
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SCHMALER et al.). Bedingt durch die Bodengüte ist hier insgesamt ein höheres Ertragsniveau zu verzeichnen.
Aufwuchsleistung 2005 bis 2007 (dt ha-1)
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Sommerroggen/ Ölrettich/ Mais/ Wintertriticale/ Zuckerhirse (ZF) Sudangras/ Grünroggen/ Mais(ZF)/ Wintertriticale Mais/Grünroggen/ Sudangras(ZF)/ Wintertriticale/ E.Weidelgras(ZF) Sommerroggen/ Kleegras Hafer/ Wintertriticale/ Winterraps Sommerroggen/ Senf/ Lupine/ Winterroggen/ Zuckerhirse (ZF) Sonnenblumen/ Ölrettich/Erbsen/ Wintertriticale/ Zuckerhirse (ZF) Topinamburkraut Artengemisch/ Winterraps/ Grünroggen/ Sudangras (ZF)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Abbildung 7: Kumulierte Aufwuchsleistung 2005 bis 2007 (dt ha-1) am Standort Güterfelde
In den Fruchtfolgen ohne Mais und Sorghumgräser existierten bei der Ernte von Topinamburkraut Ertragsvorteile gegenüber den Fruchtfolgen 4 und 5. Die Bewertung von Topinamburkraut als Gär- substrat ist relativ schwierig auf Grund des späten Blühbeginns der Sorte sowie einen hohen Anteil (z. T. >50 %) an vertrockneten und abgestorbenen Blättern bedingt zum einen durch den Trockenstress 2006 bzw. zum anderen durch die erhöhte Triebanzahl und somit Lichtmangel der unteren Blattetagen im dritten Standjahr. Das wiederum führt zu erhöhten Aschegehalten, welche negativ die Methanbildungsraten beeinflussen. Des Weiteren sind im Vergleich zu früheren am Standort Güterfelde laufenden Versuchen statt einem Knollenertrag von 350 dt FM ha-1 (BEER, ADAM & MÜLLER 1993; RUNGE 1994) nach 1-jährigem Anbau nur 50 dt FM ha-1 nach dem dritten Standjahr und vorheriger Krautnutzung geerntet worden. Diese geringen Knollenerträge sind u. a.
durch eine fruchtfolgebedingte Rodung vor Ende der Assimilateinlagerung begründet. Zusätzlich sind für die bekannte Problematik des Topinamburdurchwuchs in den Nachfrüchten noch Lösungs- strategien zu suchen (vgl. ADAM 1995).
Biogaserträge
Mit dem bisherigen Datenmaterial konnte nach dem Ansatz von SCHATTAUER & WEILAND (2006) die theoretische Biogasausbeute geschätzt werden (Tab. 2). Die so ermittelten Werte (Datenbasis zwei Jahre) weichen zum Teil vom Bereich der KTBL-Richtwerte ab (ANONYMUS 2005): Getreide-GPS (520 lN kg-1 oTS); Sudangras 550 lN kg-1 oTS und Maissilagen (Milchreife) 570 lN kg-1 oTS. Die Zwischenfrucht Ölrettich wies mit den ermittelten Inhaltsstoffparametern 2005 zwar die höchsten spezifischen Biogasgehalte auf (Tab. 2), ist aber in der Relation mit den geringen Erträgen bzw. TS- Gehalten und der damit verbundenen stark eingeschränkten Silierfähigkeit nicht als Biogassubstrat sondern zur Auflockerung der Fruchtfolge als Gründüngung zu bewerten. Aus Sicht des am Standort Güterfelde untersuchten Aspektes: Erntetermin sind zum Teil höhere spezifische Biogaswerte zum vorfristigen Termin vorhanden.
Erst mit der Relation des Trockenmasseertrages ist ein Vergleich der Methangasausbeuten zwischen den Kulturen und Fruchtfolgen je Flächeneinheit Hektar vs. Erntetermin zu kalkulieren. Nach dem theoretischen Ansatz wiesen Sudangras mit ca. 3500 m³ CH4 ha-1 und Mais mit ca. 4500 m³ CH4 ha-1 die höchsten Methangehalte im Jahr 2005 auf. Wegen der Ertragsausfälle 2006 (vgl. Abb. 2 und 3) sind deutlich geringere Methangasausbeuten aus den Substraten je Hektar Anbaufläche als im Vorjahr ermittelt worden (Tab. 2).
Ganzpflanzen-TM-Ertrag Korn-Ertrag Stroh-TM-Ertrag
