Treibhausgas-Bilanzierung im Betriebsumweltplan (BUP)

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1 Technische Universität München Treibhausgas-Bilanzierung im Betriebsumweltplan (BUP) Arbeitsforum THG-Bilanzen und Klimaschutz in der Landwirtschaft am 06. Oktober 2014 am LfULG in Nossen Kurt-Jürgen Hülsbergen, Lehrstuhl für Ökologischen Landbau und Pflanzenbausysteme

2 Verfahrensschritte eines Betriebsumweltplans BUP-Software Systemanalyse, -bewertung und -optimierung, Szenario-Fähigkeit Herausforderung: Wissenschaftlicher Anspruch vs. Praktikabilität

3 Ressourcen Boden Wasser Luft Biodiversität Übersicht ökologischer Indikatoren Modell REPRO, DLG-Zertifikat Nachhaltige Landwirtschaft Indikator Umweltbereich 1 Stickstoffsaldo 2 Phosphorsaldo 3 Humussaldo 4 Pflanzenschutzintensität 5 Energieintensität 6 Treibhausgasemission 7 Bodenerosion 8 Bodenschadverdichtung 9 Biodiversitätspotenzial 10 Landschaftspflegeleistung

4 Ressourcen Boden Wasser Luft Biodiversität Übersicht ökologischer Indikatoren Modell REPRO, DLG-Zertifikat Nachhaltige Landwirtschaft Indikator Umweltbereich 1 Stickstoffsaldo Phosphorsaldo Humussaldo Pflanzenschutzintensität Energieintensität Treibhausgasemission ++ 7 Bodenerosion Bodenschadverdichtung ++ 9 Biodiversitätspotenzial Landschaftspflegeleistung ++

5 Indikator: Emission von Treibhausgasen Energieeinsatz und CO 2 -Emissionen C-Bindung von Böden (Humus) N 2 O-Emissionen aus Böden und Düngung CO 2 eq / ha (Fläche) CO 2 eq / GJ (Produkt) CH 4 -Emissionen der Tierhaltung

6 Klimawirkungen und Nachhaltigkeit von Landbausystemen Untersuchungen in einem Netzwerk von Pilotbetrieben Pilotbetrieb, ökologischer Landbau Pilotbetrieb, konventioneller Landbau Versuchsstation

7 Treibhausgasbilanz: Relevante Stoff- und Energieflüsse Tierhaltung Ackerland Grünland Biogasanlage

8 Treibhausgasbilanz: Relevante Stoff- und Energieflüsse Futter- Zukauf Importfuttermittel CO 2 N 2 O CO 2 Fossile Energie Tierhaltung CH 4 CO 2 N 2 O Direkt Diesel Strom Ackerland CO 2 CO 2 N 2 O CO 2eq CO 2 Indirekt Dünger PSM Maschinen Geräte Gebäude Grünland Biogasanlage CO 2 N 2 O N 2 O CO 2 CH 4

9 Treibhausgasbilanz: Relevante Stoff- und Energieflüsse Futter- Zukauf Importfuttermittel Einflussfaktoren (Milchproduktion) CO 2 N 2 O CO 2 Fossile Energie Direkt Diesel Strom Futterproduktion (Anbau, Konservierung) Futterzukauf (Anbau, Transport, Landnutzungsänderung) Tierhaltung Futterration (Grundfutter, Kraftfutter) Ackerland Tierzukauf (Bestandesreproduktion) CH 4 CO 2 N 2 O CO 2 CO 2 N 2 O CO 2eq Indirekt Dünger PSM Maschinen Geräte Gebäude Leistung Grünland (Lebensleistung, Laktationen, Nebenprodukte) Haltungssystem (Weidegang, Emissionen im Stall) Biogasanlage Wirtschaftsdünger (Lagerung, Biogas, Applikation) CO 2 CO 2 N 2 O N 2 O CO 2 CH 4 Standortfaktoren (Boden, Klima)

10 Technische Universität München Energieflüsse und Energieeffizienz Energiebilanz in der Pflanzen- und Milchproduktion

11 Einsatz fossiler Energie beim Anbau von Winterweizen Hülsbergen et al. (2001): Agric., Ecosyst. & Environ. 86, Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Seedbed Sowing 1st N-Appl 2nd N-Appl Harvest preparation Emergence 1st PA 2nd PA 3rd PA Transport Σ Diesel direct energy l/ha GJ/ha Machines indirect energy GJ/ha Other recources indirect energy kg/ha GJ/ha Seed N Herb Fung N Fung ΣΣ 10.86

12 Netto-Energieoutput [GJ ha -1 a -1 ] Energieinput und -output im Pflanzenbau Pilotbetriebe (Schmid, Braun & Hülsbergen 2013) ökologisch konventionell Energieinput [GJ ha -1 a -1 ]

13 THG-Emissionen [kg CO 2 eq ha -1 a -1 ] Energieinput und THG-Emissionen im Pflanzenbau Pilotbetriebe (Schmid, Braun & Hülsbergen 2013) ökologisch konventionell Energieinput [GJ ha -1 a -1 ]

14 Beziehung der Milchleistung und dem Energieeinsatz Pilotbetriebe in Süddeutschland (Frank et al. 2013)

15 Beziehung zwischen der Milchleistung und den Treibhausgasemissionen (Frank et al. 2013)

16 Technische Universität München Stickstoffkreislauf und Stickstoffeffizienz Stickstoffbilanz in der Pflanzen- und Milchproduktion

17 Stickstoffkreislauf eines Pilotbetriebes (kg N ha -1 a -1 ) Ökologischer Marktfruchtbau (Schmid, Frank & Hülsbergen 2013) Inputs Innerbetrieblicher Kreislauf Outputs Marktprodukte 47 Stroh-, Gründüngung Pflanze 59 Saatgut 2 Immission 20 N 2 -Fixierung 43 Entzug 103 Δ N org N-Saldo Boden 1 21 NH 3 -Verluste 3 N 2 O-Verluste 4 Auswaschungsverluste 14

18 Stickstoffkreislauf eines Pilotbetriebes (kg N ha -1 a -1 ) Ökologischer Marktfruchtbau + Biogaserzeugung (Schmid, Frank & Hülsbergen 2013) Inputs Biomasse 23 Innerbetrieblicher Kreislauf 84 Outputs Marktprodukte 34 Konservierungsverluste 5 Biomasse 50 Pflanze Stroh-, Gründüngung 36 Biogasanlage Lagerverluste 7 Saatgut 2 Immission 20 N 2 -Fixierung 70 Entzug 137 Boden Δ N org N-Saldo Organische Dünger 52 Organische Dünger 12 NH 3 -Verluste 8 N 2 O-Verluste 6 Auswaschungsverluste 14

19 N 2 O-Messungen mit automatischem Messsystem im Energiepflanzen-Fruchtfolgeversuch, Versuchsstation Viehhausen Projekt: Klimawirkungen und Nachhaltigkeit ökologischer und konventioneller Betriebssysteme Untersuchungen im Netzwerk der Pilotbetriebe Partner: Institut für Bodenökologie, Helmholtz Zentrum München, Univ. Bonn, Univ. Halle-Wittenberg, Thünen-Institut, gefördert durch: BLE

20 µg N 2 O-N m -2 h -1 N 2 O-Emissionen im Energiepflanzen-Fruchtfolgeversuch Viehhausen (Peter, Schmid, Munch & Hülsbergen 2010) 600 Kleegras 500 Winterweizen mit Biogasgülle Winterweizen ohne Biogasgülle Messzeitpunkt

21 N 2 O-Emissionen im Energiepflanzen-Fruchtfolgeversuch Viehhausen, Winterweizen mit Biogasgülle (Peter et al. 2012) µg N 2 O-N m -2 h -1

22 N 2 O-Emissionen im Energiepflanzen-Fruchtfolgeversuch Fruchtfolgeglied Kleegras Winterweizen, (kg N 2 O ha -1 ) Untersuchungsmethode Ohne Biogasgülle Mit Biogasgülle Messwerte, Automatische Messstation Modelliert mit DNDC Berechnet, nach IPCC Berechnet, mit standortspezifischem Emissionsfaktor 10,0 4,0 5,0 10,0 11,1 6,7 7,0 14,0

23 Reflexionsgrad Teilflächenspezifische N-Düngung (Precision Farming) 0,6 0,4 0,2 0 N 60 N 120 N 180 N Stickstoffdüngeversuche mit Winterraps Wellenlänge [nm] Reflexionsspektren von Winterraps Anwendung in der Praxis: Messalgorithmen und Düngesystem der TUM

24 Teilflächenspezifische N-Düngung (Precision Farming)

25 Optimierung der N-Düngung bei Wintergerste Streifenversuche, Versuchsstation Roggenstein (Spicker & Maidl 2014) Mineral-N-Düngung Korn-Ertrag N-Saldo

26 N 2 O-Flüsse, Winterraps, 40/120/60 = 220 kg N ha -1 (ASS) Versuchsstation Roggenstein (Vinzent, Maidl & Hülsbergen 2014) N-Düngung

27 N 2 O-Flüsse, Winterraps, TUM 40/50/105 = 195 kg N ha -1 (ASS) Versuchsstation Roggenstein (Vinzent, Maidl & Hülsbergen 2014) N-Düngung

28 Schema teilflächenspezifischer N-Bilanzierung

29 THG-Bilanzierung im Betriebsumweltplan (BUP) BUP REPRO aber: REPRO bildet eine methodische Grundlage für die Entwicklung des BUP, neben Beratungsinstrumenten aus Sachsen (BEFU, Erosion 3D, Betriebsplan Natur, ) THG-Bilanz als Teil des Umweltmanagementsystems BUP THG-Bilanz ist verknüpft mit Energie-, Stickstoff- und Humusbilanz Analyse, Bewertung und Optimierung aller relevanten Umweltwirkungen Ziel: Systembewertung und -optimierung Ableitung und Umsetzung betriebsspezifischer THG-Minderungsstrategien Optimierung des Gesamtbetriebes

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33 Allokation Energieflüsse in der Milchviehhaltung Frank (2014) direkte Inputs indirekte Inputs Innerbetriebliche Flüsse Outputs Sonnenenergie Futtererzeugung Anbau Systemgrenze pflanzliche Marktprodukte Saatgut Mineraldünger Ernte Org. Dünger Transport Kraftstoffe PSM Aufbereitung Futtermittel Einstreu Maschinen Lagerhaltung Strom Geräte Gebäude Baul. Anlagen Betriebsmittel Einlagerung Lagerung Entnahme und Vorlage Wirtschaftsdünger Wirtschaftsdünger Menschliche Arbeit Tierhaltung Haltungssystem Entmistung und Düngerlagerung Altkühe Tierzukauf Milchvieh Kälber Futter-/ Einstreuzukauf Nachzucht Milchgewinnung Milch andere Tiere Sonstige tierische Produkte Energiefluss Prozessmodul nicht berücksichtigter Energiefluss oder Prozess 33

34 THG-Emissionen [kg CO 2 eq GE -1 ] Beziehung zwischen C-Sequestrierung und THG-Emissionen Pilotbetriebe (Schmid, Braun & Hülsbergen 2013) y = 29,0-0,036 x R² = 0, ökologisch konventionell y = 29,5-0,076 x R² = 0, C-Sequestrierung [kg C ha -1 a -1 ]