Ökologisch angebaute Nachwachsende Rohstoffe

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1 TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Ernährung, Landnutzung und Umwelt Ökologisch angebaute Nachwachsende Rohstoffe Kurt-Jürgen Hülsbergen, Lehrstuhl für Ökologischen Landbau, Alte Akademie 16,

2 Ökologisch angebaute Nachwachsende Rohstoffe 1 Bedeutung Nachwachsender Rohstoffe Anbaupotentiale und Nutzungsoptionen Chancen und Risiken 2 Umweltwirkungen Nachwachsender Rohstoffe Methodische Grundlagen, Life Cycle Assessment Energieeffizienz und Klimarelevanz 3 Biogas im Ökologischen Landbau Chancen und Risiken Systemwirkungen 4 Beispiel: Biogasanlage Viehhausen Forschungsansatz Hypothesen, Modellierung

3 Nachwachsende Rohstoffe Nachwachsende Rohstoffe sind land- und forstwirtschaftlich erzeugte Produkte, die einer Verwendung im Nichtnahrungsbereich zugeführt werden. Industriepflanzen (stoffliche Nutzung) Energiepflanzen (energetische Nutzung)

4 Nachwachsende Rohstoffe - Industriepflanzen ÖLE UND FETTE Raps, Rübsen, Senf, Mohn Sonnenblume, Lein, Krambe STÄRKE Kartoffel Weizen, Mais, Erbsen ZUCKER Zuckerrübe Topinambur, Zichorie DROGEN Baldrian, Kamille, Nachtkerze Schafgarbe, Ringelblume FASERN Hanf, Flachs Fasernessel, Miscanthus FARBSTOFFE Färberwaid, Färberkrapp Färberdistel, Rainfarn

5 Nachwachsende Rohstoffe - Energiepflanzen BIODIESEL (RME) Raps PFLANZENÖL Raps, Sonnenblume BIOETHANOL Weizen, Zuckerrübe BIOMASS-TO-LIQUID Getreidestroh, Holz BIOGAS Mais, Kleegras FESTBRENNSTOFFE Miscanthus, Pappeln

6 Nachwachsende Rohstoffe: Anbauflächen in Deutschland (ha) Rohstoff Stärke Zucker Rapsöl Sonnenblumenöl Leinöl Faserpflanzen Heilstoffe Energiepflanzen Sonstiges Anbau gesamt Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. (2005)

7 Chancen und Risiken Nachwachsender Rohstoffe a) Klima-, Ressourcen- und Umweltschutz Chancen Risiken, Restriktionen Schonung endlicher Ressourcen (fossiler Rohstoffe) Klimaschutz, CO 2 -Neutralität Extensive Produktionsverfahren Erhöhung der Artenvielfalt Erhalt der Kulturlandschaft Begrenzte Substitutionsmöglichkeiten (Flächen) Emissionen bei der Erzeugung Zwang zur Intensivierung Großflächige Monokulturen Weniger Fläche für Naturschutz

8 Chancen und Risiken Nachwachsender Rohstoffe b) Agrar-Marktentlastung, Innovationen, Arbeitsplätze Chancen Risiken, Restriktionen Abbau von Agrarüberschüssen Geringe Marktentlastung Reduktion von Marktordnungskosten Neuer Subventionsbedarf Innovation und Technologieentwicklung (Export) Geringe Exportchancen, neue Technologieabhängigkeiten Schaffung von Arbeitsplätzen und neuen Einkommensquellen

9 Atmospheric CO 2 concentrations

10 Carbon cycle in an agroecosystem (JANZEN 2004) Carb

11 Life Cycle Assessment (LCA) Nachwachsende Rohstoffe und konventionelle Vergleichsprodukte Diesel Rapsölmethylester (RME) Referenzsystem Erdölgewinnung Dünger, PSM, Diesel Anbau von Raps Stilllegungsbrache Erdöl Raps Transport Extraktion, Raffination Rapsschrot Tierfutter Sojaschrot Rapsöl Vergärung Strom Verarbeitung Umesterung Glyzerin Glyzerin Diesel RME Nutzung im PKW Nutzung im PKW

12 Energiebilanz für Rapsmethylester (RME) nach REINHARDT (1993) Input Output 1 : 3,4 1 : 4,0 Energie (GJ) Umesterung Ölgewinnung Anbau 1 : 1,8 Schrot Schrot Strohnutzung Strohnutzung Schrot termisch Glycerin Glycerin Glycerin RME RME RME Produktion Reale Nutzung Reale Nutzung + Stroh max. Potential

13 Alternative use of primary energy resources Biomass (CONCAWE 2004)

14 Umweltwirkungen von RME im Vergleich zu Diesel auf der Grundlage von Ökobilanzen (GÄRTNER & REINHARDT 2003)

15 Einsatz fossiler Energie beim Anbau von Winterweizen HÜLSBERGEN et al. (2001): Agric., Ecosyst. & Environ. 86, Sept Okt Nov Dez Jan Febr März April Mai Juni Juli 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

16 Energieeffizienz beim Anbau von Winterweizen HÜLSBERGEN et al. (2002): Field Crops Research 77, Netto-Energieoutput (GJ/ha) Energieintensität (MJ/GE) Netto-Energieoutput Energieintensität Output/Input-Relation Output/Input-Relation Mineral-N (kg/ha) 13 Netto-Energieoutput: B = 0,88 + Energieintensität: B = 0,84 + Output/Input-Relation: B = 0,67 +

17 TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Ernährung, Landnutzung und Umwelt Biogas im Ökologischen Landbau Konventionalisierungsfalle Energieautarker Betrieb Schließung regionaler Stoffkreisläufe Chance oder Irrweg? Innovation, Nutzung moderner Technik Humusabbau, verminderte Bodenfruchtbarkeit Schlechte Produktqualität Workshop zur 8. Wissenschaftstagung Ökologischer Landbau Schluss mit der Technologiefeindlichkeit Kassel, 3. März 2005 Paradigmenwechsel: Einkommenssicherung Wertschöpfung im ländlichen Raum Direkte statt indirekte Ernährung

18 Stoffkreisläufe im Ökologischen Landbau Grundprinzip des Ökologischen Landbaus: Das Tier ist im betrieblichen Stoffkreislauf das Bindeglied zwischen Boden und Pflanze.

19 Stoffkreisläufe im Ökologischen Landbau Trend zur Spezialisierung, Marktfruchtbetriebe C- und N-Kreislauf, Emissionen Fruchtfolge, Fruchtartendiversität Ertrag, Qualität

20 N 2 O-Emission in Abhängigkeit von der Kleegras-Nutzung Dauerversuch in Viehhausen von 04/2003 bis 04/2004 FF 3: Kleegras (Schnitt) - Kartoffeln FF 4: Kleegras (Mulch) - Kartoffeln FF 5: Kleegras (Mulch) - Weizen HEUWINKEL (2005)

21 Stoffkreisläufe im Ökologischen Landbau Die Biogasanlage übernimmt Funktionen der Tierhaltung.

22 Fruchtartendiversität im Ökologischen Landbau Konzentrierter Maisanbau Maissorten für Biogasnutzung oder Artenreiche Biogas-Fruchtfolge 80 % Mais Anteil an den NawaRos zur Biogaserzeugung

23 Eignung der Gärrestsubstrate LAMPKIN (1990) rät von der Vergärung der Tierausscheidungen in Biogasanlagen ab:...the end product may not be very suited for use in organic systems.

24 Kohlenstoffbilanz mit und ohne Biogaserzeugung Reinhold, Klimanek & Breitschuh (1991) C-Bilanz

25 Lehr- und Versuchsstationen des WZW

26

27 Feststoffvergärungsanlage Viehhausen Viehhausen Biogas-Fruchtfolge Viehhausen Feststoffvergärungsanlage Freisinger Moos Extensiv-Grünland (Ökologischer Landbau) Weizen (Marktfrucht) Kleegras, Mais GPS, Zwischenfrucht Wiesengras (Kleegras, Mais) Betrieblicher Kreislauf Regionaler Kreislauf Gärrestsubstrat Gärrestsubstrat

28 Viehhausen, IST-Situation Situation 2002 Stickstoffkreislauf der Versuchsstation Viehhausen berechnet mit dem Modell REPRO Jahresauswahl 2002

29 Viehhausen, Biogassystem 2005 Jahresauswahl 2005 Biogasanlage

30 Systemwirkungen der Biogaswirtschaft

31 Systemwirkungen der Biogaswirtschaft Betriebliche Emissionsinventur (Messung + Modellierung) Fossile Energie CO 2 NH 3, N 2 O CO 2, CH 4 NH 3, N 2 O NO 3 - CO 2, CH 4

32 Systemwirkungen der Biogaswirtschaft Optimierung des Ackerbausystems Energiepflanzen Genetik Ertragspotential Biogas- Fruchtfolge Einbindung in regionale Kreisläufe Anbau- Verfahren Optimierung der C/N-Kreisläufe Gärrest- Substrate

33 Systemwirkungen der Biogaswirtschaft Optimierung des Fermentationsprozesses Verfahrenstechnik Biogasgewinnung Mikrobiologie Gasnutzung Wärmenutzung

34 Arbeitshypothesen Die Feststoffvergärungsanlage hat folgende Wirkungen: Gezielte Steuerung der Stoff- und Energieflüsse Intensivierung des Stoffkreislaufes (C, N, Mineralstoffe) Energieoutput (Strom) > Einsatz fossiler Energie des Gesamtbetriebes Steigerung der Erträge und der Produktqualität Erhöhung der Nährstoff- und Energieeffizienz des Gesamtsystems Verminderung umweltrelevanter Emissionen des Gesamtsystems

35 Schlussfolgerungen und Ausblick Für die verschiedenen Optionen des Anbaus und der Nutzung Nachwachsender Rohstoffe müssen die Gesamt-Umweltwirkungen analysiert werden. Positiven Wirkungen (Einsparung fossiler Rohstoffe, CO 2 -Minderung) stehen z.t. negative Wirkungen (Nährstoffverluste, Biodiversität, Landschaftsästhetik) gegenüber. Lebenswegbilanzen sind oftmals zu statisch, zu technokratisch. Sie berücksichtigen kaum agrarökologische Systemwirkungen Verbindung mit agrarökologischen Modellen Biogasnutzung hat zunehmende gesellschaftliche Bedeutung. Es besteht Forschungs- und Entwicklungsbedarf in der gesamten Prozesskette. Im Ökologischen Landbau kann Biogasnutzung zur Systemoptimierung beitragen.