Einfluss der Biogaserzeugung auf Rest-C im Gärrest und die Humusbilanz

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1 Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Naumburger Str. 98, 7743 Jena, Dr. G. Reinhold Einfluss der Biogaserzeugung auf Rest-C im Gärrest und die Humusbilanz DLG-Ausschusses Ackerbau Humusreproduktion im Silomaisanbau für Biogasanlagen Frankfurt Entwicklung Biogasanlagenbau in Deutschland 35 Anzahl Stromeinspeisegesetz Erneuerbare- Energien- Gesetz EEG Novelle MW Inst. Leistung

2 Schwerpunkte der EEG-Novelle 24 NAWARO-Bonus (6 bzw. 4 ct/kwh) Voraussetzung für NAWARO-Einsatz Einsatzstoffe (WD, Getreide, Maissilage,...) Gestaffelte Einspeisevergütung (Grenzen: 15 kw, 5 kw, 5 MW) Kleinanlagenförderung wirkte bisher kaum Preisabschlag nach dem Inbetriebnahmejahr (1,5 %/a) Anreiz zum sofortigen Bau KWK-Bonus Wärmesenke Stadtrand wenig WD Innovations-Bonus Trockenvergärung (??) Quelle: Biogasanlagenbaus in Thüringen Stand: Anlagen Anzahl Altanlagen errichtet 22 errichtet 23 errichtet 24 errichtet 25 errichtet 27errichtet Leistung kw Reaktorraum: 24 Tm³ Leistung: 41,6 MW (installiert) Anlagen/Jahr Anlagen gesamt Mittlere Leistung kw/anlage 8 Anlagen 24 Tm³ Reaktorraum 41,6 MW (installiert) Feb. 27

3 Trends ab 24 Anlagengröße steigt NAWARO- Anteil steigt Industrielle Anlagen außerhalb der Landwirtschaft Biogas als Kraftstoff und Gaseinspeisung große, landw. ferne Anlagen, Landwirt ist nur Rohstofflieferant Düngewert ist zu beachten (Nährstoffzufuhr) Humus-Wirkung von Biogas?? C wird zu CH 4 und damit dem Kreislauf entzogen Biogas = Raubbau am Boden (???) Entwicklung der Anlagengröße (9 Angebote für BGA im Raum Thüringen) 12 1 kw/anlage

4 Biogasanlagenbaus in Thüringen Stand: (8 Anlagen) 1 8 Anzahl Anlagen/Jahr Anlagen gesamt Mittlere Leistung kw/anlage Leistung kw Altanlagen errichtet 22 errichtet 23 errichtet 24 errichtet 25 errichtet 26 errichtet - NAWARO-Anteil am Substrat Bezug: Substrat-oTS-Gehalt der Thüringer Biogasanlagen 1% Anteil NAWARO ots 8% 6% 4% 2% % bis Reaktorbelastung kg/m³/d

5 ots-einsatz zur Biogaserzeugung (Thüringen, bis 25 Erhebung Ist-Einsatzmengen, 26 Planzahlen) ots - Einsatz (t/d) Abfall NAWARO WD 2 1 Juni 23 Juni 25 Jan 26 Jan 27 Wirkungen der Biogaserzeugung auf das Substrat

6 Substratveränderungen Wirkung der Biogaserzeugung auf die Gülleeigenschaften Pflanzennährstoffe Phosphor und Kalium gehen im Gärprozess nicht verloren ph-wert steigt von 6,5...7 auf 7,5...8 Ammoniumanteil am Gesamt-N steigt deutlich Geringfügige Stickstoffverluste können als Ammoniak auftreten deutlicher TS-Abbau durch die C-Konvertierung zu Methan und CO2 Volumenreduzzierung Erhebung an allen Thüringer Biogasanlagen 24 und 26 technisch-technologische Parameter Investition ( /m³ Faulraum; /kw) Produktionsergebnisse (m³/d, kw) Probenahme aller Eingangssubstrate und der Biogasgülle (Ablauf des Nachgärbehälters) Nasschemische Nährstoffanalyse

7 ,8,7,6,5,4,3,2,1 K-Gehalt (% d. FM) P-Gehalt (% d. FM) BGA Sub. BGA Sub.,3,25,2,15,1,5 N-Veränderungen 26 1,5 1 Nt - Gehalte (% FM) Sub,51 % BGA,445 % Sub.,546 %,5 1,2 NH4-N - Gehalte (% vom Nt) BGA 67,2 % Sub. 4, % 1,8,6,4,2 Mehrertrag möglich (N Pflanzenverfügbarkeit steigt)

8 Masseabbau 7 % Konvertierung der organischen Trockenmasse Getreide kg/m³ 86 % TM % Konvertierung der ots Masse- und Volumenreduzierung 2 vor nach vor nach der Vergärung Trockenmasse Wasser Substratveränderungen Masse- bzw. Volumenverluste Anteil 1% 8% 6% 4% 2% Masseabbau verbleibende TM Wasser % Stallmist Trockenkot Mais-Silage GPS CCM Getreide

9 TS - Gehalte in Thüringer BGA 26 (Sub. = errechnete Mischung der Einsatzstoffe, BGA = Biogasgülle, n = 49) 4% TS-Gehalte (%) BGA 5,7 % Sub. 14,3 % 3% 2% 1% % Anteil der ots an der TS in Thüringer BGA 26 (Sub. = errechnete Mischung der Einsatzstoffe, BGA = Biogasgülle, n = 49) ots (% der TS) BGA 72,1 % Sub. 82,4 % C org-gehalte (% der TS) BGA 48,5 % Sub. 45,6 %

10 Ergebnisse aus der 2. Biogas-Welle Bedingungen: Reine Güllevergärung Hohe Reaktorbelastung >5 kg Kurze Verweilzeiten ( d) Tägliche C-Freisetzung bei der Bebrütung von Gülle und Biogasgülle (REINHOLD 1988)

11 C-Abbau bei Gülle und Biogasgülle (REINHOLD 1988) TS-Abbau bei unterschiedlichen Lagerungstemperaturen (REINHOLD 1988)

12 Tägliche C-Freisetzung bei der Bebrütung von Gülle und Biogasgülle bei unterschiedlichen Lagerungstemperaturen (REINHOLD 1988) C-Bilanz (REINHOLD 1988) Kohlenstoffumsatz bei der Biogaserzeugung und anschließender Bebrütung Mischgülle Faulschlanm Kohlenstoff (%) zu Biogas fermentierter C während der Bebrütung abgebauter C Lagerungsverluste - - Lagerungstemperatur zur Humusbildung verbleibender C (REINHOLD 1988)

13 Temperatur bei der Kompostierung von Gülle und Biogasgüllefeststoff (REINHOLD 1988) Trockenmasseabbau bei Güllefeststofflagerung in Kompostierungsmieten (REINHOLD 1988)

14 Zusammenfassung: Biogaserzeugung Kohlenstoffabbau führt zu durch ähnliche Biogas Stabilisierung wie die aeroben Rotte ohne Biogas mit Biogas 16,5 % C - Abbau im Biogasreaktor 37,8 % 2,5 % C - Abbau bei der Bebrütung 62,2 % 63, % C - Abbau bei der Bebrütung Quelle Reinhold 1988 Im Boden zur Reproduktion der Bodenfruchtbarkeit verbleibender Kohlenstoff VDLUFA Standpunkt (24) Wirtschafts-dünger Gärprodukte TS kg Humus C/t Einsatzstoff Schwein 4% 4 Schwein 8% 8 Rind 4% 6 Rind 7% 9 Rind 1% 12 Geflügel 15% 12 Geflügel 25% 22 Geflügel 35% 3 Geflügel 45% 38 Gärprodukte 4% 6 Gärprodukte 7% 9 Gärprodukte 1% 12 Gärprodukte 25% 36 Gärprodukte 35% 5 Komposte 3% 4 Komposte 6% 7

15 mit Komposten y =127 x VDLUFA Standpunkt (24) y = 141,79x R 2 =,9959 Wirtschaftsdünger Gärprodukte y = 86,928x R 2 =,9731 Linear (Gärprodukte) Linear (Wirtschaftsdünger) % 2% 4% 6% C-Humusreproduktion Allgemein: 1 kg Humus-C / t TS Wirtschaftsdünger: 87 kg Humus-C / t TS Gärprodukte: 142 kg Humus-C / t TS

16 Grundsätzlich gilt für Biogasgülle Substrateinsatz * TS-Gehalt abzüglich zu Biogas konvertierte Biomasse (= Gasmenge * Biogasgewicht 1,25 kg/m³) = Biomasse (TS) für Humusbildung * C-Faktor Gärprodukte (142 kg/t TM ) = C-Zufuhr ots Pflanzen = 95 % ots Gülle = 8 % ots Biogasgülle = 7 % Humusreproduktion bei Vergärung von NAWROS (Bezug Frischmasse, Gaserträge nach KTBL, C-Faktor nach VDLUFA 24,Gärprodukte) 7, kg Humus C / t Frischmasse 6, 5, 4, 3, 2, kg C / t Ausgangs-Substrat kg C / t Biogasgülle 1,, R-Gülle S-Gülle Stallmist HTK Mais- GPS CCM Getreide Silage TS (%) 8% 6% 25% 45% 32% 4% 65% 86%

17 Unterstellung: Anbau im Ackerbaubetrieb Thüringen (Personengesellschaft) Anbauumfang Ertrag % dt/ha Getreide 66% 7 GPS % 25 Ölfrüchte 18% 4 Zuckerrüben 2% 5 Silomais % 45 Ackerfutter % 45 Stillegung 1% 15 sonstiges 4% Summe 1% Ackerbaubetrieb Thüringen (Humuswirkung nach VDLUFA Richtwerte - untere Werte) Anbauumfang Ertrag HP NP NP Ertrag NP % dt/ha kg C /ha kgc/t dt FM/ha kg C /ha Getreide 66% GPS % Ölfrüchte 18% Zuckerrüben 2% Silomais % Ackerfutter % 45 6 Stillegung 1% sonstiges 4% 16 gewichtetes Mittel 1% ,4 Bilanz: -24 (Anbau) + 52,4 (NP) = 298,4 kg C/ha VDLUFA Richtwerte - obere Werte Bilanz: -315,6 (Anbau) + 52,4 (NP) = 186,8 kg C/ha

18 Wirkung von Biogasproduktion Anbau von Mais (Starker Humuszehrer) Anbau von GPS (d.h. Stroh bleibt nicht auf dem Feld) Einsatz von Getreidekorn (Ähnlich dem Verkauf von Getreide) Verringerung des Getreideanteils Aber auch Verringerung des Exports von Biomasse aus den Betreib heraus Rückführung von Kohlenstoff mit der Biogasgülle kg C/ha C-Bilanz im Ackerbaubetrieb (Biogasfrüchte reduzieren den Getreideanbau) Feldproduktion incl. NP Standard 1 % Mais 3 % Mais 1 % GPS 3 % GPS 1 % Getreide 3 % Getreide Biogasgülle VDLUFA Richtwerte untere Werte

19 Milchviehbetrieb Thüringen 1 GV /ha (Humuswirkung nach VDLUFA Richtwerte - untere Werte) Anbauumfang Ertrag HP NP NP Ertrag NP % dt/ha kg C /ha kgc/t dt FM/ha kg C /ha Getreide 42% GPS % Ölfrüchte 8% Zuckerrüben % Silomais 22% Ackerfutter 15% 45 6 Stillegung 9% sonstiges 4% 16 gewichtetes Mittel 1% -13,8 297,2 Gülleanfall (8 l Kuh) 21,7 t/a mit 1 % bei 12 kg C/m³ (VDLUFA) bei 8,7 kg C/m³ (Regression: 85 kg/tts) + 26 kg C kg C C-Bilanz im Milchviehbetrieb 1 GV/ha, 8 l BGA mit Gülle+Biogasfrüchte (reduzierter Getreideanbau) kg C/ha Ackerbau 1 % Mais 2 % Mais 1 % GPS 2 % GPS 1 % Getreide 2 % Getreide Biogasgülle Gülle Feldproduktion incl. NP VDLUFA Richtwerte untere Werte

20 Futterverzehr Milchkuh (Bezug: Flächenbedarf einer 1 Milchkuh, DLG Band 119) Futterverzehr TS ots GL GL GL AL AL AL Weidelgras dt/tm 1% 95% Grassilage dt/tm 1% 95% Maissilage dt/tm 1% 95% Stroh dt/tm 1% 95% Soja dt 86% 95% 1 2, ,5 Weizen dt 86% 95% 2 2 2, ,5 MLF 18/3 dt 86% 95% MLF 16/3 dt 86% 95% 6 Mineral dt 1% 95%,1,15,2,2,25,3 Summe dt 59,1 67,15 77,2 59,2 67,25 77,3 dttm 57 64,35 73,42 57,1 64,45 73,66 TM-Umsatz dt/a TM-Umsatz unterschiedlicher Flächennutzumgssysteme (Bezug: Flächenbedarf einer 1 Milchkuh, DLG Band 119) Milchproduktion Milchproduktion Biogaserzeugung + Biogas Der etwas höherer Abbau bei Biogas ist aus der längeren Verweilzeit erklärbar (Kuh = h, BGA d), wird aber durch den höheren C-Faktor ausgeglichen Milchleistung im Tier zu Biogas zur Humusbildung Unterstellungen: Gaserträge nach KTBL Gülleanfall nach TLL ots Pflanzen 95 % ots Gülle 8% Fütterung: 6 l 8 l 1 l Weidelgras dt/tm Grassilage dt/tm Maissilage dt/tm Stroh dt/tm Soja dt 2 3 4,5 Weizen dt 1 2 2,5 MLF 18/3 dt

21 Zusammenfassende Schlussfolgerungen Biogasproduktion greift in den C-Kreislauf ein Änderung der Fruchtfolge, Erhöhung WD Anteil, Düngewirkung, CO2-Vermeidung,... Problemdiskussion erfolgt kaum fachlich begründet Biogasgüllerückführung wird oft vernachlässigt (höhere Reproduktionsfaktoren beachten) GPS und Getreideeinsatz führen oft zur Steigerung der Humusreproduktion Gefahren für Humusreproduktion bestehen nur bei gravierender Steigerung des Maisanbaus (sofern die Humusfaktoren des VDLUFA auch für heutige Anbausysteme gelten) Zusammenfassende Schlussfolgerungen II energetische Nutzung von Biomasse wird zunehmen, und damit der Eingriff in die Humusbilanz Allerdings sind die Produktionslinie sehr unterschiedlich zu bewerten: - RME und Ethanol (Raps u. Getreide) ändert wenig am Humusbilanz - Verbrennung bzw. Vergasung von Biomasse und BTL führt zur Entnahme von Kohlenstoff (Bilanzverschlechterung). - Biogas (Basis Gülle und NAWARO) kann zu einer Verbesserung des Humussaldos beitragen. - Bei übermäßigem Maisanbau kann die Bilanz aber auch verschlechtern werden

22 weitere Infos Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!