Aktuelle Entwicklungen im Energie- und Rohstoffpflanzenanbau Netzwerktreffen Nachwachsende Rohstoffe Straubing, 25. März 2010 Aktuelle Entwicklungen im Energie- und Rohstoffpflanzenanbau Dr. Bernhard Widmann Dr. Maendy Fritz Technologie- und Förderzentrum (TFZ)

Technologie- und Förderzentrum (TFZ) Forschung, Förderung und Transfer für Nachwachsende Rohstoffe Widmann • Thuneke • Emberger 08 L Wi 107

Forschung am TFZ – Auswahl wichtiger Schwerpunkte Energiepflanzen Neue Anbausysteme und Fruchtfolgen Neue Energiepflanzen (z.B. Hirsen) Stoffstromanalyse (z.B. Biogasgärrest) Exaktparzellen Feuerungsprüfstände Biogene Festbrennstoffe Brennstoffnormung und Methodik Emissionsprüfung an Feuerungen Feinstaubminderung Traktorprüfstand Biogene Kraftstoffe Optimierung der Herstellungsverfahren Normung von Rapsölkraftstoff (RK) Emissionsprüfung an RK-Traktoren Widmann 08 L Wi 093

Nachwachsende Rohstoffe Systematik von Nachwachsenden Rohstoffen Nachwachsende Rohstoffe stoffliche Nutzung Holz, Cellulose Stärke Fasern Eiweiß Pflanzenöle energetische Nutzung biogene Festbrennstoffe biogene Festbrennstoffe Energieumformung Wärme Kraft Mobilität Strom Biotreibstoffe Biogas Widmann 07 L Wi 022

biogene Festbrennstoffe Systematik der biogenen Festbrennstoffe biogene Festbrennstoffe Holzbrennstoffe Scheitholz Hackschnitzel Pellets Scheitholz Waldhackschnitzel Pellets Reststoffe (z.B. aus Sägewerk) Widmann 07 L Wi 117

biogene Festbrennstoffe halmgutartige Brennstoffe Systematik der biogenen Festbrennstoffe biogene Festbrennstoffe Holzbrennstoffe halmgutartige Brennstoffe Scheitholz Stroh Waldhackschnitzel Energiepflanzen (Miscanthus) Pellets Getreidekörner Reststoffe (z.B. aus Sägewerk) Reststoffe (z.B. aus Mühle) Widmann 07 L Wi 012

biogene Festbrennstoffe halmgutartige Brennstoffe Systematik der biogenen Festbrennstoffe biogene Festbrennstoffe halmgutartige Brennstoffe Stroh Miscanthus Getreide Stroh Energiepflanzen (Miscanthus) Getreidekörner Reststoffe (z.B. aus Mühle) Widmann 07 L Wi 118

Nachwachsende Rohstoffe Systematik von Nachwachsenden Rohstoffen Nachwachsende Rohstoffe stoffliche Nutzung Holz, Cellulose Stärke Fasern Eiweiß Pflanzenöle energetische Nutzung biogene Festbrennstoffe Energieumformung Wärme Kraft Mobilität Strom Biotreibstoffe Biotreibstoffe Biogas Widmann 07 L Wi 022

Biokraftstoffe umsetzbar im Forschungsstadium Systematik der biogenen Kraftstoffe Biokraftstoffe „erste Generation“ „zweite Generation“ Biodiesel Bioethanol auf Basis Lignozellulose Rapsölkraftstoff Biomass to Liquid-Kraftstoffe (BtL) Bioethanol auf Basis Zucker und Stärke Biowasserstoff Biogas/Biomethan umsetzbar im Forschungsstadium Widmann 07 L Wi 023

Rohstoffe für die Biokraftstoffproduktion Pflanzenöle und Biodiesel: Ölpflanzen LCB-Ethanol und BtL: Stroh, Energiepflanzen, (Holz) Ethanol: zucker- und stärkehaltige Pflanzen Getreide Zuckerrübe Kartoffel Biogas: Energiepflanzen und Gülle Widmann Bildquellen: TFZ, www.schule-bw.de, www.wwf.de, www.bayerischer-wald-ferien.de 07 L Wi 019

Rapsölkraftstoff Biogas Biodiesel Bioethanol BtL Biogene Kraftstoffe Widmann 06 L Wi 096

Nachwachsende Rohstoffe Systematik von Nachwachsenden Rohstoffen Nachwachsende Rohstoffe stoffliche Nutzung Holz, Cellulose Stärke Fasern Eiweiß Pflanzenöle energetische Nutzung biogene Festbrennstoffe Energieumformung Wärme Kraft Mobilität Strom Biotreibstoffe Biogas Biogas Widmann 07 L Wi 022

Produktion von Biogas Gülle Biogas Biogasanlage Energiepflanzen Gärrest (org. Dünger) Biogasanlage Widmann Bildquellen: TFZ, www.bayerischer-wald-ferien.de, ljm.dk, www.fam.weihenstephan.de 07 L Wi 020

Nutzungsmöglichkeiten von Biogas Kraft-Wärme-Kopplung KWK (Strom, Wärme) Mobilität Einspeisung ins Gasnetz Wärme KWK Mobilität Widmann Bildquellen: TFZ, www.ooeferngas.at, www.stadtwerke-buehl.de, www.heiztechnikshop.de 07 L Wi 021

Primärenergie aus erneuerbaren Energieträgern D. 2008 Verbrauch: 14.003 PJ davon ern.E.: 979 PJ (7,0 %) Biomasse: 5,1 % Verbrauch: 13.878 PJ davon ern.E.: 932 PJ (6,7 %) Biomasse: 4,9 % Biomasse gesamt: 73,3 % Quelle: BMU 2009: Erneuerbare Energien in Deutschland Quelle: BMU 2008: Erneuerbare Energien in Deutschland Widmann 09 L Wi 124

Anteil der Nachwachsenden Rohstoffe an der Ackerfläche Deutschland 2008 Ackerfläche: ca. 12 Mio ha Ca.2 Mio ha Ca. 10 Mio ha Quelle: FNR 2009 Widmann 09 L Wi 133

Nachwachsende Rohstoffe in Deutschland Gliederung nach Einsatzbereichen 2008 Pflanzen für stoffliche Nutzung Gesamtfläche 2008: 2,026 Mio ha (17 % der AF) davon 86 % energet. Nutzung 276.000 ha 14 % 1.000.000 ha 49 % Pflanzen für Biogas 500.000 ha 25 % Raps (Biodiesel/ Rapsölkraftstoff) 250.000 ha 12 % Pflanzen für Bioethanol Quelle: nach Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. 2009 Widmann 09 L Wi 134

Entwicklung der Anbaufläche von Silomais in Deutschland Tsd. ha Quellen: eurostat 2009 und Statistisches Bundesamt Fritz, Widmann 10 P Fr 001

Maisanbaufläche in Bayern 2008 Quelle: LfL-IPZ 4a, Landessortenversuch Silomais mittelfrüh 2008 Fritz 09 P Fr 123

Anbau und Nutzung von Mais in Bayern ha Quelle: DMK Fritz 10 P Fr 007

Biogas-Substrate in Bayern Quelle: Röhling & Wild Biogasproduktion in Bayern 2007, LfL Fritz 10 P Fr 005

Einsatzhäufigkeit von Nawaros als Biogas-Substrat % Angaben nur von 403 von 1.231 befragten Biogasanlagen Quelle: Röhling & Keymer Biogasproduktion in Bayern 2006 – Ergebnisse einer Umfrage, LfL Fritz 10 P Fr 006

Warum ist Mais die überragende Biogas-Kultur? höchste Biomasseerträge je Hektar  höchste Methanerträge weites Sortenspektrum je nach Standort und Fruchtfolgestellung verfügbar  z.B. etwas spätere Sorten für Biogasnutzung empfohlen  auch als Zweitfrucht nutzbar bekannte und optimierte Produktionstechnik mit hoher Schlagkraft verfügbar gute Verwertbarkeit von Wirtschaftsdüngern flexible Nutzbarkeit selbstverträglich Fritz 10 P Fr 018

Klimaänderung – Auswirkungen des Trockenjahres 2003 Ertrag dt/ha Entwicklung der Flächenerträge von Körnermais und CCM in Deutschland 1999 - 2005 Jahr FM-Ertrag dt/ha Entwicklung der Flächenerträge von Silomais in Deutschland 1999 - 2005 Quelle: Deutsches Maiskomitee 2006 Widmann 07 L Wi 076

Mais im Trockenstress Sorghum: Vorteile bei Sommertrockenheit wurzelt bis 2 m tief enormes Wasseraneignungsvermögen kann Bodenwasservorrat ausschöpfen hohe Trockenheitstoleranz etagenweise Blattreduktion Wachstumsstopp statt Absterben Risiko Kulturverlust vermindert Wassernutzungseffizienz ähnlich Mais Fritz 10 P Fr 008

Sorghumhirse Verwertungsmöglichkeiten  Biogassubstrat  Ethanol aus zuckerhaltigen Stängeln  (Ethanol aus stärkehaltigen Körnern)  stoffliche Nutzung (Besenhirse)  Futtermittel (Silage, Grünschnitt, Beweidung)  Nahrungsmittel (Melasse, glutenfreie Körner, Bier) Züchtungziele  Frühreife für höhere Trockensubstanz  bessere Standfestigkeit bei hohen Typen  Kühletoleranz für frühere Saat  noch höhere Trockenheitstoleranz Produktionstechnik  flexibler Anbau mit vorhandenen Geräten, z.B. Einzelkorn- sowie Drillsaat, Maishäcksler  Saatstärken je nach Art und Typ Fritz, Widmann 10 L Wi 028

Sorghum – aktuelle Forschungsarbeiten Optimierung der nachhaltigen Produktionstechnik  Versuche unter bayerischen Bedingungen  z.B. Einordnung als Zweitfrucht, Düngung mit Gärresten, Sätechnik Erhöhung der Diversität des Energiepflanzenspektrums  deutschlandweites Verbundprojekt  u.a. sommertrockene Standorte und Rekultivierungsflächen  Lysimeterversuche zur Wassernutzungseffizienz Züchterische Optimierung der Kühletoleranz und Wassernutzungseffizienz  genetische Diversität von Sorghumlinien im Fokus  umfangreiche Erhebungen zu phänotypischen Merkmalen  Beregnungs- und Trockenstress-Varianten  Projektpartner vTI: FACE-Anlage für erhöhtes CO2-Angebot Zuckerhirse für Ethanolproduktion  hohe Zuckergehalte im Stängel direkt für alkoholische Vergärung nutzbar  Reststoffe für LCB-Ethanol und thermische Verwertung  Prüfung der dezentralen Verwertung unter bayerischen Bedingungen Fritz 10 P Fr 022

Beerntung mit reihen-unabhängigem Maishäcksler Sorghum-Sortenscreening seit 2006: insgesamt 278 Sorten Beerntung mit reihen-unabhängigem Maishäcksler Fritz 10 P Fr 012

Sorten- und produktionstechnische Versuche Fritz 10 P Fr 014

Versuche zu Kühle- und Trockentoleranz von Sorghum späte Saat frühe Saat in 2010 und 2011 Vergleich von 65 Sorghumlinien und 1 Maissorte auf insgesamt 2,4 ha Fritz 10 P Fr 011

Energiepflanzen-Fruchtfolgen regional „traditionelle“ Konzentration auf eine/wenige Kulturen hohes Interesse an Zweitkulturen: zusätzliches Biogassubstrat oder Humusmehrung Bewusstsein der Landwirtschaft für nachhaltige und mehrgliedrige Fruchtfolgen wächst Ackergräser interessant wg. Humusreproduktion und Verwertbarkeit von Gärresten Schädlingsdruck nimmt zu (z.B. Westlicher Maiswurzelbohrer) teilweise hohe Nährstoffüberschüsse in Bilanzen Getreide-GPS in Praxis etabliert Fritz 10 P Fr 009

Forschungsgebiet Stoffkreisläufe bei Gärrestverwertung Gärreste sind Wirtschaftsdünger mit  hoher Nährstoffkonzentration  geringem TS-Gehalt  geringer Humusrückführung  hohem pH-Wert verlustarme Ausbringtechnik Ersatz von Mineraldüngern weitgehend möglich  Unterfuß- und Spätdüngung tw. problematisch  Kurz- und Langzeitwirkung noch in Forschung Kostenfaktor Gärresttransporte beachten  beeinflussbar über TS-Gehalt Biogassubstrat im Anlagenumkreis hoher Anfall von Gärresten  nicht-proportionale Ausbringung auf Flächen  Grenzwerte für Nährstoffüberschüsse beachten Fritz 10 P Fr 015

Mehr Biodiversität durch Kulturen mit ökologischem Nutzen Nutzungsmöglichkeiten  Humusmehrung  Bienenweide  Biogassubstrat nur geringere Flächenerträge, aber  kurze Vegetationszeit  können Substratmangel ausgleichen  vermeiden Erosion und Auswaschung  Unkrautunterdrückung Amarant Buchweizen Quinoa Saflor Fritz 10 P Fr 017

Langzeiterhebungen und Modellvorhaben zu Miscanthus Dauerkultur mit über 20-jähriger Nutzung Anlagejahr kosten- und pflegeaufwändig, im 3. Jahr erster Ertrag geringer Dünge- und PSM-Aufwand Ernte mit vorhandener Maishäcksel- oder Mähtechnik geringe Schüttdichte  hoher Transport- oder Verdichtungsaufwand vorzügliche Verwertungsrichtung noch unklar  etablierter Absatzmarkt für Rhizome  Brennstoff, Einstreu, Mulchmaterial Problematik halmgutartiger Brennstoff beachten nach neuesten Erkenntnissen Wirtspflanze für Westlichen Maiswurzelbohrer (Spencer & Ragu, PLoS ONE, 2009)  Einschätzung Risiko als Käferreservoir Fritz 10 P Fr 004

Unter Beobachtung: IGNISCUM® Riesenknöterich spezielle Züchtung  exklusiver Vertrieb durch Fa. Conpower  angeblich keine horizontale Ausbreitung eingetragene Sorte Nutzungsmöglichkeiten  thermische Verwertung (Ernte im Frühjahr)  Biogassubstrat (Sorte CANDY) sehr hohe Flächenerträge möglich  ungenaue Hochrechnung in Broschüre  hohle Stängel: optisch üppig ... Tiefwurzler  Beseitigung nach Nutzungsende schwierig Fritz 10 P Fr 016

Download unter www.tfz.bayern.de Schriftenreihe „Berichte aus dem TFZ“ Download unter www.tfz.bayern.de Widmann, Sporrer 08 L Wi 039

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fritz 09 P Fr 142