Jürgen Kern, Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.v. (ATB)

Transkript

1 Agrarholz schnellwachsende Hölzer als Rohstoff Sind Kurzumtriebsplantagen eine Alternative zur klassischen Landwirtschaft? Jürgen Kern, Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.v. (ATB) 13. Forum für den ländlichen Raum Landwirtschaft im Umbruch Perspektiven für die Zukunft. Belzig, 13. Januar 2010

2 Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.v. seit 1927 Landwirtschaftsgut als Forschungsstätte der Agrarfakultät in Berlin bis 1992 Institut für Mechanisierung der Landwirtschaft seit 1992 Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft

3 Forschungsstruktur am ATB Forschungsfeld Programm Thema 1 Umweltverträgliche, tiergerechte und wettbewerbsfähige landwirtschaftliche Produktionsverfahren Ressourcenbewirtschaftung und Klimawandel Sensorgestützte Informationsgewinnung und Informationsmanagement Umweltverträgliche und tiergerechte Haltung von Nutztieren 2 Qualität von Lebens- und Futtermitteln 3 Nachwachsende Rohstoffe und Energie im ländlichen Raum Biogeochemie Stoff- und Energieflüsse in Agrarökosystemen

4 Inhalt des Vortrags 1. Stand der Bioenergie in Deutschland 2. Kurzumtriebsplantagen 3. Flächenwahl und -vorbereitung 4. Anbau und Pflege 5. Düngung 6. Umwelteffekte 7. Ernte und Lagerung 8. Verwertung 9. Ökologische und ökonomische Bewertung 10. Weiterführende Information

5 1. Stand der Bioenergie in Deutschland 2. Kurzumtriebsplantagen 3. Flächenwahl und -vorbereitung 4. Anbau und Pflege 5. Düngung 6. Umwelteffekte 7. Ernte und Lagerung 8. Verwertung 9. Ökologische und ökonomische Bewertung 10. Weiterführende Information und Beratung

6 Anteile am Primärenergieverbrauch in Deutschland, 2008 Gesamtenergieverbrauch: PJ Mineralöl 34.9% Gas 22.2% Kohle 24.2% Kernkraft 11,6% Erneuerbare 7,1% Quelle: BMU-Kl III 1 nach AGEE-Stat, ZSW (2009) Wasser 0.5% Wind 1.0% Biomasse 5.3% Andere 0.3% 75% der erneuerbaren Energie Lignocellulose Ölpflanzen Zucker- und Stärkepflanzen

8 Begriffsbestimmungen Kurzumtriebsplantage (KUP) - Short rotation coppice = Anpflanzung mit schnell wachsenden, mehrjährigen Gehölzkulturen, deren Wurzelstock nach der Ernte im Boden verbleibt und in der folgenden Saison wieder austreibt. Energieplantage Rohstoffplantage Holzfeld Ziel: Erzeugung einer möglichst hohen Menge an holziger Biomasse in kurzen Zeit- bzw. Ernteintervallen

9 Einsatzbereiche von Kurzumtriebsgehölzen mehrjähriger Umtrieb Kontaminierte Böden Bergbaufolgelandschaft 8 bis 12jähriger Umtrieb Bessere Böden in ausgeräumter Agrarlandschaft 3 bis 6jähriger Umtrieb Schlechtere Böden mit geringen Getreideerträgen

10 Begriffsbestimmungen Durchführungsrecht der EU-Kommission (EG-VO 795/2004 bzw. Nachfolgeverordnung) Niederwald mit Kurzumtrieb = Dauerkultur und damit Teil der beihilfefähigen landwirtschaftlichen Fläche Aktueller Stand: Jeder Mitgliedsstaat der EU ist verpflichtet eine Liste der für Kurzumtriebswälder geeigneten Arten und deren maximale Erntezyklen zu erstellen.

11 Entwurf einer Liste für KUP-Arten (BMELV Stand: Dezember 2009) Gattung Art Max. Erntezyklus Weide Salix alle Arten 20 Jahre Pappel Populus alle Arten 20 Jahre Robinie Robinia alle Arten 20 Jahre Birke Betula alle Arten 20 Jahre Erle Alnus alle Arten 20 Jahre Esche Fraxinus Gem. Esche F. excelsior 20 Jahre Paulownie Paulownia Blauglockenbaum P. tomentosa 20 Jahre Götterbaum Ailanthus Götterbaum A. Altissima 20 Jahre Weitere Vorschläge: Hasel, Kirsche, Kastanie

12 Besonderheiten von KUP Überdurchschnittlich rasches Jugendwachstum vor allem bei Lichtbaumarten (Pappel, Weide, Robinie) Stockauschlag nach Ernte oberirdischer Triebe Hohes Renerationsvermögen nach Schädlingsbefall früher Jahre heute Niederwaldbewirtschaftung Kurzumtriebsplantagen 2-5 Jahre Effiziente CO 2 -Vermeidung durch geringen Energie- Input im Vergleich zu anderen Bioenergieverfahren (Biodiesel, Bioethanol)

13 Hemmnisse bei der Etablierung von KUP Zweifel an der Wirtschaftlichkeit bzw. Konkurrenzfähigkeit Unsicherheit hinsichtlich der Absatzmärkte Geringe Erfahrungen beim Anbau Hohe Investitionskosten und Kapitalbindung Geringe Liquidität Rechtslage Wald vs. Acker

14 Hemmnisse bei der Etablierung von KUP Wie lassen sich die Hemmnisse abbauen? Praxisdemonstrationsanlagen Erhöhung der regionalen Verfügbarkeit von Maschinentechnik (Erntetechnik) Finanzielle Förderung über das EEG Erhalt des Grünlandstatus durch Novellierung des Bundeswaldgesetzes

16 Parzellendesign 54m =5*9m+6m+3m 51m =5*9 m+2*3m 54m =5*9m+3m+6m W4 W 4 W 25.4 W8 W 8 W 75.4 Düngen W12 W 12 W 50.4 W16 W 16 Unkrautfrei W* 50.4 W20 W 20 W 0.4 P 18 Unkrautfrei P* 50.2 P4 P 4 P 25.4 Düngen P8 P12 P16 P 16 P20 P 8 P 12 Unkrautfrei P 20 P 75.4 P 50.4 P* 50.4 P 0.4 O O44 Hybride O O88 Max ProLoc O O12 12 AF O O16 16 Tordis 5.4 O O2020 Inger 4.4 W W33 W W77 Unkrautfrei W11 W 11 W15 W 15 W19 W 19 W 50.3 W* 50.3 W 0.3 W 75.3 W 25.3 W2 W 2 W6 W 6 W 75.2 W 0.2 W10 W 10 W 25.2 W14 W18 W 18 W 14 Unkraitfrei W 50.2 W* 50.2 P3 P 3 P 50.3 P2 P 2 P 75.2 P 7 P7 P11 Unkrautfrei P 11 P* 50.3 P 0.3 P6 P 6 P 0.2 P10 P 10 P 25.2 P15 P 15 P 75.3 P14 P 14 P 50.2 P19 P 19 P 25.3 P18 O3O 3 AF O2 O 2 Tordis 5.2 O O77 Tordis 5.3 O O11 11 Inger 4.3 O O6 6 O O1010 Hybride 275 Max O15 O 15 Max O O14 14 Inger 4.2 O O19 19 Hybride O O18 18 AF m =4*10m+2*10m W1 W 1 W 0.1 W5 W 5 W 50.1 W W99 Unkrautfrei W* 50.1 W13 W 13 W 25.1 W17 W 17 W 75.1 P1 P 1 P 0.1 P5 P P99 P13 P 5 Unkrautfrei P 13 P 50.1 P* 50.1 P 25.1 P17 P 17 P 75.1 O1O 1 Max O O5 5 Inger 4.1 O O99 O O13 13 Hybride 275 AF O O17 17 Tordis 5.1 Weide 2008 Pappel 2008 Pappel + Weide 2008 Harz-Box + N 2 O-Ring Blockanlage (1800 m²) mit 20 Kleinparzellen (90 m²) 100 Bäume pro Kleinparzelle ca Bäume pro Hektar

17 Flächenvorbereitung und -charakterisierung Arbeitsziele eines FNR-Projekts: Bestimmung des Mineraldüngerbedarfs von Weiden und Pappeln Umweltrelevante Effekte der Stickstoffdüngung Sorten- und Düngeempfehlungen

19 Anbau von Weiden und Pappeln Standardisiertes Kulturverfahren Homogenes Vermehrungsgut Geringe Kosten (0,1-0,2 / Steckling)

20 Pflegemaßnahmen Standortansprüche Ackerzahl 30 mäßige Bodenfeuchte Schutz vor Wildverbiss

21 Pflegemaßnahmen Pflanzenschutz im ersten Jahr unerlässlich - Mechanisch - Herbizide

22 Konkurrenz in der Biomasseproduktion Haupttrieblängen (2008) Weide (Salix viminalis Klon Inger) Pappel (Populus maximovizcii x P. nigra) h (cm) A BB B B BB B B B A B N Düngeniveau 0; 25, 50, 50 Begleiflora-frei und 75 kg N/(ha*a) (N= 5 * 48, Anova, Tukey Test, α=0,05, SAS 9.1) Quelle: Balasus et al. (2009)

24 Düngung Manuelle Düngung mit: - Kalkammonsalpeter - Verbrennungsaschen Bedarfsdüngung bei P, K, Ca, Mg

25 Stickstoffkreislauf N 2 N2O N 2 fixation Fertilisation NH 4 Denitrification Harvest Uptake NO3 Leaching

27 Untersuchung von Stickstoffverlusten 0 kg N 75 kg N 150 kg N 5-1 N2O-N (kg ha a-1) Treibhausgasemissionen N2 O NO3 N-Auswaschung 2 de re i de re i G et Pa G et l pp e de W ei kg N / ha a NO3-N-Sorption in 0,9 m Tiefe Auswaschungsrate % Pappel Roggen Düngungsrate (kg N / ha a) 0 kg N 75 kg N 150 kg N

29 Lagerung von Feldholz-Hackgut Schnitzel: Fein (< 30 mm) Mittel (30 50 mm) Grob ( mm) Hackstücke ( mm) Stämme 4.5m, 6 m Pappel Weide Pappel Pappel Pappel Modellsilos Geschützte und ungeschützte Haufen Boxen

30 Lagerung von Feldholz-Hackgut Probleme bei der Lagerung: Befall mit Schimmelpilzen und anderen Mikroorganismen Trockenmasse- und Energieverlust

32 Verwertung Kronenholz - Scheitholz - Hackschnitzel - Pellets Energetische Nutzung Industrieholz - Papier - Zellstoff - Platten Stammholz - Bauholz - Furnierholz Stoffliche Nutzung

33 Holzverarbeitung Produkte: Späne als Einstreu in der Tierhaltung Industriepellets (ohne Entrindung) DIN-Pellets (mit Entrindung) German Pellets (Wismar, MV) Größte Pelletieranlage in Deutschland ( t/jahr)

34 BtL-Biokraftstoffe Neue Perspektiven CHOREN Industries GmbH (Kooperation mit Daimler, Shell, Volkswagen, German Pellets) Erste kommerzielle BTL-Anlage in Freiberg (ab 2010) Fischer-Tropsch-Synthese Großer Bereich verfügbarer Biomasse Gute Einsatzmöglichkeiten in Motoren Möglichkeit 25% der in Deutschland im Jahr 2020 benötigten Kraftstoffe zu ersetzen

36 Ökonomische Bewertung Wettbewerbsfähigkeit des Agrarholzanbaus auf Ackerstandorten in Brandenburg Teilprojekt am ATB: Betriebliche und regionale Entscheidungsmodelle Dr. Philipp Grundmann, Jörg Eberts Wichtigste Kriterien für die Wirtschaftlichkeit von KUP: Naturalertrag Produktionskosten Marktentwicklung bei Holzhackschnitzeln und anderen Holzprodukten

37 Bewertung einzelner Verfahrensschritte Anbaukosten ( * ha -1 * a -1 ) Flächenkosten Roden Ernte Düngung Pflanzenschutz Pflanzung Bodenbearbeitung AM: Anbau Mähac ker FH: F eldholzhäcks ler RE: Rutenernter Weide AM Weide FH Weide RE Pappeln AM Einsparpotenziale vor allem bei Pflanz- und Erntetechnik

38 Verfahrensbewertung in Abhängigkeit des Transpirationswasserangebots (TWA) Pappel (AM) Weide (AM) Weide (F H) Weide (R uten) Gewinnbeiträge ( * ha -1 * a -1 ) Winterweizen Winterroggen TWA mm Konkurrenzfähig ab TWA > 350 mm

39 CO 2 -Bilanz Wie stark vermindern N 2 O- Emissionen beim Anbau von nachwachsenden Rohstoffen deren CO 2 -Gesamtbilanz?

40 THG Bilanz bei N-Düngerrate 150 kg N ha -1 a -1 (in CO 2 -Äquivalenten) Weide -9,97 t CO 2Äqu ha % 12.9% Pappel -16,30 t CO 2Äqu ha % 7.9% 0.2% 0.3% 80.9% 86.6% Roggen -13,30 t CO 2Äqu ha % Raps -5,70 t CO 2Äqu ha % 21.5% 79.4% 0.8% 53.1% 22.5% 1.9% Nettoeinsparung an CO 2 Boden-N 2 O-Emissionen Düngemittelherstellung Kraftstoffverbrauch im Feld

42 Weiterführende Information und Beratung Herausgegeben mit Förderung des BMELV (2008) Bezugsquelle: KTBL Tel

43 Regionale Bioenergie-Beratung Ausgründung des ATB: BioenergieBeratungBornim GmbH (B³) Kontakt 1) 2) / Beratungsinhalte: 1. Betriebsindividuelle Grundberatung - Vor-Ort-Besuch - Betriebsanalyse - Erstellung eines Grobkonzeptes 2. Öffentlichkeitsarbeit - Informationen zum Thema Energiepflanzenbau - Regionale Termine & Infos - Redaktionelle Betreuung des FNR-Webportals FNR-Verbundprojekt Zusammenarbeit mit: LBV und den Kreisverbänden, ETI, ATB, Bioenergie Region Ludwigsfelde Bioenergie Region Märkisch-Oderland Regionales Energieprojekt Biosphären- Reservat Spreewald

44 Zusammenfassung KUP weisen hohes Potenzial zur Energiebereitstellung in Brandenburg auf Vorteile besonders in Regionen mit geringer Bodenqualität aber guter Wasserversorgung Hohes CO 2 -Minderungspotenzial und hoher Nährstoffrückhalt Erhöhte Biodiversität Derzeitiges Produktionsund Vermarktungsrisiko reduzierbar Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit