Der Landwirt als Energiewirt – Chancen und Perspektiven Prof. Dr. Dr. habil. Christian Gienapp DECHEMA März 2006, Güstrow

Gliederung Einleitung Der Landwirt als Primärproduzent für Biomasse Der Landwirt als Energiewirt Ausblick

Nutzung der Pflanzen als energetisches Sonnenkraftwert und Energiespeicher (Photosynthese) Licht O2 PS E Wasser Biomasse CO2 CC KH

Biomasse und ihre Anwendungsgebiete Strom Lebensmittel Wärme Futtermittel Biomasse Kraftstoffe Möbel, Baumaterialien, Papier Chemie-Rohstoffe Fasern, Dämmstoffe Schmierstoffe „Der Staat muss die Grundversorgung für Energie und Nahrung absichern.“ (Kohl)

Biomasseproduktion und die Einflussfaktoren Politik Anbauquote Subventionen Märkte, Strukturen, EU Pflanze Zuchtfortschritt Nachhaltigkeit Gentechnik Biomasse Biokraftstoffe Strom, Wärme Rohstoffe, Materialien Lebensmittel, Futtermittel Wirtschaft Globalisierung Außenhandel Energiesitutation Rohstoffe Technik Technologien Maschinen Verfahren Transport Betriebsmittel Energie, Pflanzgut, Saatgut, Dünger, Pflanzenschutz Umwelt Klima Flächen, Bodenqualität Wasser Mensch Bevölkerungsentwicklung Bedürfnisse Soziales

Die Bedeutung der Biomasseproduktion für die Land- und Forstwirtschaft Die Land- und Forstwirtschaft ist der einzige Wirtschaftszweig, der Energierohstoffe in ausreichender Menge und in gewünschter Qualität produzieren kann (Holz, Stroh, Getreide, Raps u. a.). Der Landwirt als Energiewirt: Der Landwirt als Primärproduzent für Biomasse verkauft kauft Energieproduzent Energie die Biomasse Der Landwirt als Energiewirt produziert veredelt Energien verkauft Biomasse Durch Biomasseproduktion und Bioenergie- erzeugung werden neue Einkommensquellen erschlossen. Erhöhung der regionalen Wirtschaft Arbeitsplatzbereitstellung Stärkung des ländlichen Raumes Eigennutzung

Gliederung Einleitung Der Landwirt als Primärproduzent für Biomasse Der Landwirt als Energiewirt Ausblick

  Einsatz nachwachsende Rohstoffe für die Biomasseproduktion in Mecklenburg-Vorpommern Mais Futterrübe Gräser Getreide (Ganz- pflanzensilage) Quelle: FNR 2002; Dr. Schumann 2005, LFA

Biogene Festbrennstoffe Holzhackschnitzel aus Pappeln und Weiden Quelle: PD Dr. habil B. Boelcke, LFA

Standortansprüche Klima Boden Die in Mecklenburg-Vor-pommern vorherrschenden Klimabedingungen sind für Weiden und Pappeln am besten geeignet. Die Jahresniederschlags-menge sollte 500 mm nicht unterschreiten, günstig sind > 300 mm Niederschlag in der Vegetationsperiode. frische, feuchte anlehmige Sande bis tonige Lehme keine länger anhaltende Staunässe pH-Optimum 5,5 – 6,5 mindestens 30 cm tiefer, durchwurzelbarer Oberboden

Struktur der Verfahrenskosten Pappeln 3 - jähriger Umtrieb, 13 t atro /ha/a, 8 Ernten 13,00 325 Pflanzung 78,00 1.950 Steckholz (15 Cent/St.) 100,00 2.500 Kosten der Wiedereingliederung in die FF 143,00 429 Ernte 4,00 100 Düngung (Kalkung) 97,80 2.445 Summe Anlagenkosten 3,60 90 Herbizide 3,20 80 Bodenvorbereitung € /ha jährlich bei 25 jähriger Nutzung bei Kostenanfall Kostenposition

Mindestpreise in Mecklenburg-Vorpommern ohne Förde-rung 30 % Förde-rung 50 % Förde-rung €/t TM Weiden, hofeigene Vermehrung, D2-Standorte, Nutzungskosten 0 €/ha * 42,7 41,7 35,7 Pappeln, hofeigene Vermehrung, D2-Standorte, Nutzungskosten 0 €/ha 33,8 28,6 25,1 Pappeln, hofeigene Vermehrung, D3-Standorte, Nutzungskosten 80 €/ha 41,07 36,4 32,9 Pappeln, Steckholz aus Baumschulen, D3-Standorte und besser, Nutzungskosten 80 €/ha 50,0 42,2 37,0 *Nutzungskosten Vergleichsrechnung Roggen auf D2/D3

Ökologische Vorteile beim Anbau von Pappeln und Weiden im Kurzumtrieb geringer Dünge- und Pflanzenschutzmitteleinsatz keine Bodenbearbeitung Biotopverknüpfung möglich (Agroforstsystem)

Flächenproduktivität und Kosten fester Brennstoffe für die thermische Nutzung

Bioethanolproduktion - Produktion von Getreide auf Sandstandorten

Bioethanolanlagen in Deutschland Standort Investition Kapazität Bedarf Energiegetreide Schlempe-anfall 86 % TS Prod.-Beginn t BioEth/a t/Jahr ha/Jahr Zörbig (ST) Mitteldeutsche Bioenergie GmbH & Co KG (MBE) 80.000 300.000 Roggen, Triticale 45.000 100.000 III/2004 Zeitz (ST) Südzucker AG Mannheim 220.000 700.000 Weizen 260.000 II/2005 Schwedt (BB) Nordbranden-burgische Bio-energie GmbH & Co KG (NBE) 200.000 600.000 Roggen, Triticale IV/2004 Gesamt 500.000 1.600.000 245.000 560.000 Quelle: Dr. Schumann 09/2005, LFA

Quelle: Uni Hohenheim

Ethanolausbeute und Rohstoffkosten aus verschiedenen Kulturpflanzen hl/t Rohstoff Rohstoffkosten Ct/kWh Getreide 3,63 3,8-4,6 Zuckerrüben 1,00 7,0 Kartoffeln 10,8

Quelle: Uni Hohenheim

Flächenproduktivität und Kosten von Getreide für die Ethanolproduktion Standort Hybridroggen Triticale D2 D3 D4 Ertrag dt/ha 56,9 67,0 60,3 67,8 Preis €/dt 8,50 Erlös €/ha 484 570 513 576 Rohstoffbedarf kg/l Ethanol 2,9 2,8 Produktion l Eth./ha 1748 2058 1852 2082 Energieertrag kWh/ha 10486 12347 11112 12495 Rohstoffkosten Ct/kWh 4,6 1 l Ethanol = 6,0 kWh

Kriterien: hoher Ertrag und günstige Anbaueigenschaften in der Region genetisch bedingt niedriger Rohproteingehalt hoher Stärkegehalt gute Kornausbildung (hohe TKM und hohes Hektolitergewicht) geringe Anfälligkeit für Ährenfusarium bei Weizen und Triticale sowie für Mutterkorn bei Roggen und Triticale Fallzahlschwäche der Sorten ist kein Ausschlussmerkmal Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei MV, Sept. 2005

Getreideart Stärkegehalt % (85% TM) Stärkeertrag (dt/ha) AZ 30 Stärkegehalt (%) und Stärkeertrag (dt/ha) verschiedener Getreidearten (2000-2002, AZ 30) Getreideart Stärkegehalt % (85% TM) Stärkeertrag (dt/ha) AZ 30 Winterweizen 57,6 47,8 Winterroggen 53,6 52,5 Wintertriticale 58,1 52,2

Gliederung Einleitung Der Landwirt als Primärproduzent für Biomasse Der Landwirt als Energiewirt 3.1 Bioenergie aus der Biogasproduktion Ausblick

Erneuerbare – Energiegesetz (EEG) (NawaRo-Bonus) Er wird jedoch nur dann gewährt, wenn der Strom ausschließlich aus Pflanzen oder Pflanzenbestandteilen gewonnen wird, die in Land- oder Forstwirtschaft oder Gartenbaubetrieben oder im Rahmen der Landschaftspflege anfallen und die nur einer Aufbereitung und Veränderung unterzogen wurden, die der Ernte, Konservierung und Nutzung der Biomasse dient; aus Gülle sowie anderen Wirtschaftsdüngern wie z. B. Festmist oder aus Schlempe aus landwirtschaftlichen Brennereien, erzeugt wird.

Biogasanlagen in Mecklenburg-Vorpommern

Kosubstrate für Biogaserzeugung Mais Silomais Energiemais Zweitfruchtmais/Futterroggen Getreide Ganzpflanzensilage Korn Stroh Feldfutter Feldgras Kleegras Grünland AWS sonstige Gerstgras, Sudangras, Sonnenblumen, Rüben, Miscanthus, Raps u. a. Quelle: Dr. Lehmann, Dr. Hofhansel, I. Klostermann 11/2005, LFA

Trockenmasseerträge möglicher Fruchtarten für die Biogaserzeugung   Sandböden mittlere Böden bessere Böden t TM/ha Mais Silomais Energiemais Futterroggen/ Zweitfruchtmais 8,0 11,5 2,4/ 7,5 10,5 14,5 8,5 12,0 16,5 9,5 Getreide Ganzpflanzensilage Korn Stroh 9,0 5,0 5,0 11,0 7,0 6,0 13,0 6,5 Feldgras, Kleegras 8,0 10,0 Grünland – AWS 4,0 9,0 Quelle: Dr. Lehmann, Dr. Hofhansel, I. Klostermann 11/2005, LFA

Fruchtartenvergleich: Sandböden   Produktions-schwelle incl. Nutzungskosten (€/dt T) Trocken-substanz (%) (€/dt Silage) Silomais 5,64 32 1,80 Silomais + Fu.-Roggen 7,51 2,40 GPS Hybrid-Roggen 4,51 1,44 Feldgras 7,89 2,53 AWS 7,05 2,26 Quelle: Dr. Lehmann, Dr. Hofhansel, I. Klostermann 11/2005, LFA

Flächenproduktivität und Rohstoffkosten für die Biogasproduktion Mais gering mittel hoch Ertrag dt/ha 320 375 425 Ertrag Silage dt/ TS/ha 90 105 120 Rohstoffbedarf kg/m3 Gas 5,3 Produktion m3 Gas/ha 5.307 6.191 7.075 Energieertrag kWh/ha 29.186 34.051 38.915 Rohstoffkosten Ct/kWh 2,0 1,8 1,6 1 m³ Biogas = 5,5 kWh

Beispiele für Fruchtfolgen zur Biomasseproduktion Auf Sandböden in Mecklenburg-Vorpommern Mais – WR – WR (GPS) – Zwischenfrucht (Senf, Phacelia) – Mais Mais – WR (GPS) – WG (GPS) – Raps Mais – WR (GPS) – Mais – Hafer – Zwischenfrucht (Senf, Phacelia) Mais – WR – WG (GPS) – WR (GPS) + Zwischenfrucht (Senf, Phacelia) Auf mittleren und besseren Böden in Mecklenburg-Vorpommern Mais – WW (GPS) – Raps – Mais Mais – SG – Raps – Triticale (GPS) + Zwischenfrucht (Senf, Phacelia) Raps – WW – SG – Triticale (GPS) Mais – WW (GPS) – Raps – WW (GPS) + Zwischenfrucht (Senf, Phacelia) fett gedruckt = Nutzung als Biomasse in Biogasanlagen Quelle: Dr. Lehmann, Dr. Hofhansel, I. Klostermann 11/2005, LFA

Vorzüglichkeit des Rapses als Vorfrucht von Weizen Unterschied €/ha 96 52 71 Schlagkarteiauswertungen aus Referenzbetrieben der LFA M-V Mittel aus 2001 bis 2005 Quelle: Dr. Lehmann, A. Ziesemer 12/2005, LFA)

Alternative Nutzungssysteme für den Energiepflanzenanbau (Projekt BMVEL / FNR) Mischfruchtanbau mit der Zielstellung: Erhöhung der Artenvielfalt, - höhere Ertragsstabilität und den Vorteilen: flexiblere Standortanpassung, bessere Unkrautregelung, Minderung des Krankheits- und Schädlingsbefalls, Verminderung von Lager, gleichzeitige Food- und Non Food-Produktion, Produktion sich qualitativ ergänzender Biomasse.

Zusammenfassung - Biogasproduktion Für die Landwirtschaft ist Bioenergie ein zusätzliches Standbein, keine Alternative zur Produktion. Für die betriebswirtschaftlichen Berechnungen und Vergleiche sind unbedingt vergleichbare Verfahren zu verwenden. Für Aussagen zur Wirtschaftlichkeit einzelner Fruchtarten sind betriebseigene Daten zu nutzen. Fruchtfolgewirkung, Arbeitswirtschaft und Mechanisierung sind in die Beurteilung der Fruchtarten einzubeziehen. Biogasanlagen sind für eine lange Laufzeit konzipiert, die relative Vorzüglichkeit der Feldfrüchte kann sich kurzfristig verändern.

3.2 Produktion und Einsatz von Biodiesel und Rapsöl in der Landwirtschaft Anbaufläche * 231 T ha Erträge * 38,7 dt/ha Erntemenge * 896,6 T t * 2005

Wirtschaftlichkeit der Winterrapsproduktion Kalkulation nach Standort für Hybridsorten

Rohfettertrag mit ortsüblicher Intensität 2000-2005 85 90 95 100 105 110 Talent Smart Viking Elan Elektra Titan Baldur Mika Frederic Oase Carousel Allure Aragon Trabant Alkido Aurum Verona NK Fair Taurus SW Calypso Ella Olpop Artus Aviso Courage Planet 100% =22.9 dt/ha ■ Hybridsorten ■ Liniensorten

Flächenproduktivität und Rohstoffkosten für die Erzeugung von Biodiesel Wi.-Raps Öllein Sonnenblume Standort D2 D3 Ertrag dt/ha 31,3 37,5 10 15 12 Preis €/dt 20 22 Erlös 626 750 220 230 264 330 Rohstoffbedarf kg/l Öl 2,3 32, 3,2 2,8 Produktion l Öl/ha 1361 1630 313 469 429 536 Energieertrag kWh/ha 13609 16304 1875 2813 2571 3214 Rohstoffkosten Ct/kWh 4,6 11,7 10,3 1 kWh = 3,6 MJ 1 l Öl = 36 MJ

Rapsverarbeitung in Mecklenburg-Vorpommern Betreiber Ort Verarbeitungs-kapazität t Rapssaat/Jahr Produktions-beginn Produktionsziel Biokraft Straßburg Neuensund 1.500 2000 Rapsölkraftstoff ab 2006 Biodiesel MFB Kruse Luisental 100 2002 Rapsspeiseöl + Rapsölkraftstoff Müritz Biomassehof Varchentin 2.000 2003 + Rapsspeiseöl Rapsveredelung Vorpommern Malchin 93.000 5/2004 Biodiesel Kloster Rühn Rühn 50 8/2005 SARIA Bio-Industries Sternberg 120.000 2006 Wulff GmbH & Co. KG Anklam 72.000 Rapsöl Entec Industriebau GmbH Löcknitz 24.000 8/2006 Power Oil (Getreide AG Rendsburg) Rostock 500.000 Emerald Biodiesel GmbH Neubrandenburg 100.000 Quelle: Dr. Schumann 01/2006, LFA

Biodieselkapazität in Mecklenburg-Vorpommern Rostock 150 Tt Neubrandenburg 40Tt Sternberg 100 Tt Malchin (RME) 36 Tt Malchin (TME) 12 Tt Quelle: Dr. Schumann 02/2006), LFA

Kosten der dezentralen Biodieselerzeugung   Kosten der dezentralen Biodieselerzeugung Kosten und Erlöse 1 Preis Rapssaat €/t Saat 200 2 Lagerung/Fracht 15 3 Schlagkosten 25 1-3 ∑ Saat- u. Presskosten 240 4 Erlös Presskuchen €/t Kuchen 120 5 abzügl. Kuchenerlös 80 6 ∑ Ölkosten €/t ÖL/RME 160 485 7 Kosten Umesterung €/t RME 100 8 Lagerung/Transport 60 9 ∑ RME-Kosten netto frei Tankstelle €/l RME 645 0,57 Kalkulationsgrundlagen Öl RME Dichte 0,92 0,88 Ausbeute/t Saat 330 kg 670 kg Glycerin: 0 €/kg Cent/l RME ohne MWSt Kuchenpreis €/t Rapspreis 100 120 140 190 €/t 57,5 54 50 200 €/t 60 57 53 210 €/t 63 59 56 220 €/t 65,5 62 58 Kalkulation nach TLL 2002, Dr. Schumann 2006, LFA

Voraussetzungen Landtechnik muss geeignet sein  ideal: typenbezogene Herstellerfreigabe mit Garantie  Umrüstung von Maschinen ohne Freigabe  ohne Freigabe Garantieverlust; Risiko beim Betreiber Kraftstoffqualität muss gesichert sein  Kraftstoff muss Mindestanforderungen der jeweils gültigen Norm erfüllen Biodiesel: DIN EN 14214, Rapsölkraftstoff: DIN V 51605  Qualitätssicherung bis zum Fahrzeugtank ! Wirtschaftlichkeit muss gegeben sein  Preisvorteil muss Mehraufwendungen kompensieren Quelle: Dr. Schumann 02/2006, LFA

Dezentrale Rapsverarbeitung Rapssaat Kreislaufwirtschaft: Rapsöl Umesterung Ölgewinnung Presskuchen Fütterung Biogasanlage Wärme Raps-produktion NAWARO-Bonus ?? Ümrüstung Motor CO2 Verbrauch Dünger Biodiesel Quelle: Graf 2005, verändert (Quelle: LFA Schumann, Szczecin 02/2006)

Gliederung Einleitung Der Landwirt als Primärproduzent für Biomasse Der Landwirt als Energiewirt Ausblick

Wirtschaftliche Rangfolge landwirtschaftlicher Energierohstoffe für den Zeitraum 2005/2013 bei Umsetzung GAP-Regelungen Rapsverarbeitung zu RME Biogaserzeugung auf Grundlage Wirtschaftsdünger und betriebseigene Kosubstrate (Nawaro) Bereitstellung von Energiegetreide für die Bioethanolherstellung in industriellen Großanlagen Ackerholz als Brennstoff in Kleinheizwerken und KWK-Anlagen Stroh als Biobrennstoff Nach 2010: Bereitstellung von lignocellulosehaltiger Biomasse für BTL-Kraftstoffe Übergeordnete Ziele: möglichst weitgehende Verarbeitung zu handelsfähigen Endprodukten sofern möglich, Verkauf von Nutzenergie (Quelle: Breitschuh u. a. TLL 2004; ergänzt Schumann LFA 2005)

Welche Biomasse wird kurzfristig benötigt? Biokraftstoffe: Rapsmethylester (RME) Raps Bioethanol Getreide - Roggen - Triticale (- WW) Biogaserzeug: Kosubstrate Mais GPS Getreide Feste Brennstoffe: Holz im Kurzumtrieb Restholz Stroh

Langfristige Biomasseanforderung (ab 2010) BTL-Kraftstoffe Holz landwirtschaftliche Biomasse Biomasse aus Landschafts- pflege

Was muss der Landwirt beim Einstieg in die Erzeugung von Bioenergien beachten ? ● Bereitschaft des Betriebsleiters, sich intensiv mit einer neuen Technologie auseinanderzusetzen - Zeitfaktor - Informationsbeschaffung ● Kann ein neuer Betriebszweig ohne negative Auswirkungen auf den bestehenden Betrieb in das Gesamtmanagement integriert werden? ● Sind für den neuen Betriebszweig genügende Produktionsfaktoren vorhanden? - Boden - Kapital – Kapitalgrenze nicht überschreiten - Arbeit

Was muss der Landwirt beim Einstieg in die Erzeugung von Bioenergien beachten ? ● Neuen Betriebszweig durch einen anderen ersetzen oder einen zusätzlichen Betriebszweig errichten ● Faktor Boden – notwendige Ausgleichsfläche zur Realisierung einer nachhaltigen Fruchtfolge muss zur Verfügung stehen (Energiefruchtfolge) ● Bei größeren Dimensionen der Energieproduktion sind die Maschinenkosten unbedingt den Anbauverfahren zuzuordnen

Forschungsbedarf nachhaltige Biomasseproduktion Berücksichtigung der Fruchtfolgeeffekte beim Biomasseanbau Nutzung des Zuchtfortschrittes für die Entwicklung von Biomasse mit einem hohen Energieertrag und niedrigen Rohstoffkosten Nutzung neuer Anbauverfahren und Anbaualternativen Entwicklung kostengünstiger Produktionsverfahren für den Anbau von Biomasse unter Berücksichtigung der ökologischen Auswirkungen