Zuckerrüben für Biogas eine echte Alternative?

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1 Zuckerrüben für Biogas eine echte Alternative? Der Anbau von Zuckerrüben für die Biogasproduktion bietet eine Möglichkeit, die Energiepflanzenpalette durch eine niedrigwachsende Pflanze auszuweiten. Besonders vor dem Hintergrund der stärker werdenden Kritik gegenüber dem Energiepflanzenanbau und sich ausbreitenden Biogasanlagen kann sich dadurch die Akzeptanz hierfür in der Bevölkerung steigern lassen. Hintergrund Abb. 1 Zuckerrübenversuch auf dem Versuchsfeld in Rockstedt Die Energieerzeugung aus nachwachsenden Rohstoffen gewinnt vor dem Hintergrund der Rohstoffverknappung eine steigende Bedeutung. Durch politische Rahmenbedingungen wie dem Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) und den darin verankerten Förderungen für Biogasanlagen strebt die Bundesregierung für 2020 einen Anteil von 20 % erneuerbarer Energien an der Stromversorgung an. Bundesweit wurden laut der Fachagentur nachwachsende Rohstoffe e.v. (FNR) 2011 auf ha Pflanzen für die Biogasproduktion angebaut. Das bedeutet einen Anstieg um knapp 24 % zum Vorjahr ( ha in 2010). Der Mais zählt weiterhin zu den bedeutendsten Energiepflanzen für den Biogassektor. Beleg dafür ist ein Maisanteil von ca. 88 % ( ha). Die Anbaufläche der Zuckerrübe rangiert im Bereich von bis ha. Der Mais als Biogaspflanze Nummer 1 erzielt zum Einen die höchsten Trockenmasseerträge und lässt sich demnach effizient zur Vergärung in Biogasanlagen einsetzen. Zum Anderen bietet die Züchtung dem Landwirt ein breites Sortenspektrum für die unterschiedlichsten Anbau- und Klimaregionen an. Demzufolge ist die Silomaisanbaufläche in Niedersachsen von 2003 bis 2011 um über ha auf ha angestiegen. Der Energiemais nimmt ca. ein Drittel an der gesamten Maisfläche ein. Der Anstieg des Maisanbaus ist aus verschiedenen Gründen problematisch: Zum Einen bringen enge Fruchtfolgen mit hohem Maisanteil die Gefahr der Ausbreitung von Krankheiten (z.b. Rizoctonia und Blattfleckenkrankheiten) und Schädlingen (z.b. Maiszünsler, Maiswurzelbohrer) mit sich. Zum Anderen stehen die hochwachsenden Maisbestände und dadurch bedingte Veränderungen des Landschaftsbildes bei der Bevölkerung in der Kritik. Es besteht die Herausforderung, Alternativen oder zumindest Ergänzungen zum Mais ausfindig zu machen. Die Zuckerrübe spielt dabei eine wichtige Rolle. Bei der Verteilung des Zuckerrübenanbaus sind regionale Unterschiede festzustellen. Klassisch ist diese im südlichen und östlichen Niedersachsen flächendeckend vertreten. Im westlichen Niedersachsen, gerade in Regionen mit hohen Viehdichten ist hingegen der Mais die dominante Kulturart. Die Rübe als Biogassubstrat ist keinesfalls als Neuling zu betrachten. Gerade in den etablierten Rübenanbaugebieten findet sie schon seit langem den Weg in den Fermenter. Oftmals als sogenannte Überrübe, die nicht mehr unter die vereinbarte Menge mit der Zuckerfabrik fällt und damit Verwendung in anderen Nutzungsbereichen findet. Mittlerweile verzeichnen aber auch Gebiete, die bislang nahezu gar nicht zum Zuckerrübenanbau dienten, einen Zuwachs. Beispielhaft fungiert das Emsland, welches durch seine jungfräulichen Böden hohe Erträge verspricht und realisiert.

2 Vor allem in diesen Gebieten, wo der Zubau neuer Biogasanlagen die Maisflächenausdehnung verstärkt, ist über die Etablierung der Zuckerrübe in Energiepflanzenfruchtfolgen nachzudenken. In der Politik reagiert man gegen den zunehmenden Maisanbau. Die seit Anfang 2012 geltende EEG-Novellierung beinhaltet den sogenannten Maisdeckel. Dieser limitiert den Maisanteil in der Biogasanlage. Der Massenanteil von Mais und Getreidekorn darf nicht mehr als 60 % umfassen. Zuckerrübe: Was macht diese interessant? Die Zuckerrübe verfügt - bedingt durch ihren hohen Zuckeranteil über eine exzellente Energieverfügbarkeit. Eine zügige Energieumsetzung kann durch die leicht fermentierbaren Kohlenhydrate (90 %) in Form von Saccharose bewerkstelligt werden. Verweilzeiten von Mais im Fermenter, die bei Tagen liegen, können durch die Zugabe von Zuckerrüben reduziert werden. Bedingt durch die kürzere Verweilzeit wird der Durchsatz erhöht und so auch die Methanausbeute gesteigert. Hinzu kommt der hohe TM-Gehalt, der für die Methanproduktion von entscheidender Bedeutung ist. Der hohe Abbaugrad von rohfaserarmen Rübensilagen im Fermentationsprozess wirkt sich des Weiteren positiv auf die Rührfähigkeit des Substrats aus. Ein reduzierter Eigenstrombedarf für die Rührtechnik ist die Folge. Erfahrungen aus der Praxis zeigen den gasgebenden Einfluss der Zuckerrübe auf den Gesamtprozess. Schon bei einem Rübenanteil von 20 bis 30 % in der Fütterungsration lässt sich der Methangehalt im Biogas um 2 % steigern. Des Weiteren zeigen Beobachtungen, dass sich die Biogasausbeuten bei Mischsubstraten mit einem Rübenanteil ebenfalls steigern lassen. In der Literatur (KTBL Faustzahlen Biogas 2009) wird der Zuckerrübe und der Futterrübe ein hohes Methanbildungspotenzial (364 l N CH 4 /kg otm) zugeordnet, welches sogar über den gängiger Maissilage (338 l N CH 4 /kg otm) liegt. Die Zuckerrübe fungiert fruchtfolgeauflockernd und entzerrt die Aussaat- und Erntezeiten. Zusätzlich ist das Anbaurisiko auf unterschiedliche Feldfrüchte verteilt. Durch die Veränderungen in der Zuckermarktordnung werden Rübenflächen frei, die nun einer anderen Verwendung zugeführt werden können. Zu betonen ist auch die hohe Widerstandsfähigkeit z.b. gegenüber Trockenperioden. Damit können die Erträge relativ stabil gehalten werden und für den Landwirt ist eine Einnahmesicherheit gewährt. Pflanzenbauliche Aspekte Sorten: Stark im Zucker stark im Biogas Da die Nachfrage nach optimalen Rübensorten für die Biogasproduktion steigt, passen sich die Züchter bereits an und nehmen diesen Nutzungszweig mit in ihre Arbeit auf. Zur Vergärung in der Biogasanlage wird ein hoher Trockenmasseertrag angestrebt. Die bekannte enge Korrelation zwischen Zuckergehalt und Trockenmassegehalt erlaubt dadurch die Aussage, dass die auf dem Markt befindlichen zuckerertragsstarken Sorten auch als gute Sorten bzgl. der Gasbildung fungieren. Damit ist das Zuchtziel für die Biogasrübe dennoch nicht ausreichend definiert. Das Trockenmasseertragsmaximum ist möglicherweise bei Zwischentypen (zwischen Zuckerund Futterrübe) zu erwarten, welche sich durch eine erhöhte Fermentationseffizienz und hohe und schnelle Gasterträge auszeichnen. Die Inhaltsstoffe Kalium, Natrium und Amino-N- Verbindungen, die in der Zuckerproduktion durch ihre zuckerreduzierende Wirkung eher

3 unerwünscht sind, spielen in der Biogasproduktion keine Rolle. Folglich setzt die Züchtung ihre Bemühungen eher auf die oben genannten Ziele und auf gute Abreinigungseigenschaften des Rübenkörpers. Sortenleistungsvergleich Biomasse (SVB 2011): Erste Ergebnisse Die Landwirtschaftskammer Niedersachsen führte 2010 in den Regionen Hildesheimer Börde (Poppenburg), Emsland (Werlte) und im Raum Rotenburg/Wümme (Rockstedt) erste orientierende Versuche mit unterschiedlichen Rübensortentypen in Zusammenarbeit mit einem Züchterhaus durch. Ziel war es, das Ertragsvermögen im Vergleich zu anderen Energiepflanzen zu beurteilen. Die beiden letztgenannten Versuchsstandorte wurden 2011 Bestandteil der erstmalig realisierten Sortenversuche Biogas, die zentral vom IFZ durchgeführt wurden und deren zusammenfassende Ergebnisse aus 2011 in folgender Abbildung dargestellt sind. Grundlage für die Berechnung des Methanertrages bilden die Durchschnittserträge und Zuckergehalte der Jahre , auf deren Ertragsbasis dann wiederum die Methanerträge der einzelnen Sorten für das Anbaujahr 2011 ausgewiesen wurden (IFZ 2011) Methan [Nm³/ha] Zuckerertrag (rel.) TM-Ertrag (rel.) 120 Methan [Nm³ / ha] Zuckerertrag, TM-Ertrag (rel.) 4000 Ribambelle Molly Lissy William Corvetta Zephyr Klaxon Caribata Sporta Kühn Arnold Sorten Abb. 2 Sortenleistungsvergleich Biomasse (SVB) IFZ 2011 (Die Methanerträge der Sortenergebnisse 2011 sind auf der Basis der Trockenmasse-Durchschnittserträge der Jahre dargestellt.) Gerty Rubens Alabama Wagner Beretta Benno Eleonora Sabrina 0 Die Sortenergebnisse 2011 belegen, dass die ertragsbetonten Zuckerrübensorten, die auch für die Zuckerproduktion empfohlen werden, derzeit auch für die Biogasproduktion zu empfehlen sind. Die mitgeführte Futterrübensorte Ribambelle, sowie Sorten, die speziell für die Biogasproduktion beworben werden (Molly, Lissy, Zephyr, Klaxon, Caribata, Gerty, Wagner), konnten zum großen Teil ertraglich nicht überzeugen. Die Sorten Eleonora, Alabama, Gerty und Lissy stehen für den Anbau 2012 nicht mehr zur Verfügung. Das hohe Ertragsniveau aus 2011 zeigt, dass die Rübe neben dem Mais eine wertvolle Ergänzung im Substratmix für Biogasanlagen sein kann. Weitere Versuchsjahre müssen diese Annahme bestätigen.

4 Pflanzenernährung: Stickstoff mit Augenmaß Die Zuckerrübe ist als Kulturart mit einem mäßigen Stickstoffdüngungsbedarf (Sollwert 160 kg N/ha inkl. N min ) bekannt. Mittels höherer Düngergaben steigt der Frischmasseertrag, jedoch sinken der Zucker- und TM-Gehalt. Die richtige Stickstoffdüngestrategie für Zuckerrüben zur Biogasproduktion zu entwickeln wird ein Kernthema von Feldversuchen sein. Der Phosphorbedarf liegt abhängig von dem Standort und der Bodengehaltsklasse bei ca. 100 kg/ha P 2 O 5 und bei Kalium bei ca. 150 kg/ha K 2 O. Phosphor und Kalium aus organischen Düngern kann bei der Düngeplanung voll angerechnet werden. Der Einsatz von organischen Düngemitteln, zu denen auch die Gärsubstrate zu rechnen sind, führt zu erheblichen Einsparungen an Ausgaben für mineralische Dünger und erhöht somit die Wirtschaftlichkeit der Zuckerrübe. Bei den Mikronährstoffen ist besonders eine Versorgung mit Bor sicherzustellen (0,25 0,3 kg/ha). Pflanzenschutz: Das Blatt muss gesund sein Die erfolgreiche Unkrautkontrolle steht im Mittelpunkt der Pflanzenschutzmaßnahmen. Einen Schutz vor Schadinsekten gewährt in der Regel die Pillierung des Saatguts. Die Behandlung von Blattkrankheiten ist rechtzeitig bei Erreichen von Schadschwellen durchzuführen, um das Assimilationsorgan möglichst lange gesund zu halten. Soll es zu einer Mitnutzung der Blattmasse kommen, spielen derartige Maßnahmen eine größere Rolle. Ernte: Der Kopf bleibt dran Das Ziel einer erfolgreichen Rübenernte muss es sein, hohe Trockenmasseerträge zu erzielen. Dies gelingt durch die optimale Ausschöpfung des Wachstumspotenzials, das heißt so spät wie möglich zu ernten. In der Produktrichtung Biogas bedeutet der Kopf eine zusätzliche Ertragskomponente (5-10 % Mehrerträge möglich) und eine gute Versorgung des Biogasprozesses mit Mikronährstoffen, die somit nicht extra zugeführt werden müssen. Darüber hinaus ist der Rübenkörper durch die geringere Anschnittfläche weniger angreifbar, ein wichtiger Faktor bei der Lagerung. Daher ist dem Entblätterungsverfahren bei der Ernte der Vorzug zu geben. Die Blatternte als weitere Ertragskomponente ist, bedingt durch die niedrigen TM-Gehalte, nur bei kurzen Transportwegen vertretbar. Zugleich kommt es bei der Abfuhr des Blattes zu einem Nährstoffentzug für die Nachfrucht. Kostenaufwändige Düngegaben und eine Gefährdung der Humuserhaltung sind die Folge. Reinigung / Entsteinung: Steine müssen weichen Die Herausforderung liegt in der Bewältigung der Steine und des Erdanhangs an den Rübenkörpern. Steine im Substrat gefährden die technischen Aggregate der Anlage. Besonders sandige Schmutzanteile neigen im Fermenter zur Sedimentation und verkleinern den Gärraum. Weniger problematisch sind Schluff und Ton, bedingt durch ihre kleinere Partikelgröße bleiben diese in der Schwebe und werden größtenteils mit dem Gärrest aus dem Fermenter gebracht. Die Industrie bietet den Anlagenbetreibern technische Einrichtungen zur Entsteinung und Reinigung an, die oftmals als mobile Anlagen direkt vor Ort einsetzbar sind. Aktuell kennzeichnen sich die Reinigungsaggregate durch hohe Wasserverbräuche, die zukünftig aus betriebswirtschaftlicher und ressourcenschonender Sicht durch effiziente Trockenreinigungsverfahren ersetzt werden müssen.

5 Konservierung: Die Qual der Wahl Um in dem Biogasprozess ganzjährig ein konstant gutes Substrat zur Verfügung stellen zu können, bedarf es einer optimalen Konservierungsmethodik. Neben unterschiedlichen Lagerungsmethoden, die sich an die Rübenernte im Herbst anschließen, gibt es Überlegungen, die Rüben über Winter im Boden zu belassen und erst im Frühjahr zu roden. Voraussetzung dabei ist allerdings die Befahrbarkeit des Bodens zum Erntetermin. Gerade langanhaltende Frostperioden wie im Winter 2010/11 zeigen die Grenzen dieser Vorgehensweise auf. Die Lagerung in Form einer Feldrandmiete bis zum Frühjahr erscheint daher als sinnvoller. In der Praxis zeigen sich unterschiedliche Lagerungsverfahren für Zuckerrüben. Im Vordergrund sollte eine möglichst verlustarme und eine frei von gärschadigenden Einflüssen ablaufende Konservierung stehen. Die Silierung ganzer Rüben im Fahrsilo ist eine von mehreren Möglichkeiten. Eine exakte Folienabdeckung ist dabei Pflicht, sowie eine sichere Abführung der nicht zu unterschätzenden Sickersaftmengen. Diese sind aufgrund ihrer ätzenden Wirkung und ihres hohen Gaspotenzials zügig dem Fermenter zu zuführen. Eine Zerkleinerung der Rübenkörper vor Zugabe in den Fermenter ist zu empfehlen. Die Biomasse wird schneller umgesetzt, ein Absinken wird vermieden und die Pump- und Rühraggregate geschont. Die Einsilierung in einen Folienschlauch ist sehr verlustarm, vom Kosten- und Arbeitsaufwand her aber nur eingeschränkt empfehlenswert. Als sehr praktikabel fungiert die Einlagerung als Mischsilage. Dabei können z. B. zerkleinerte Rüben gemeinsam mit Silomais in das Silo eingebracht werden. Bedingt durch den höheren TM-Gehalt des Maises werden Sickersäfte gut gebunden. Nachteilig ist anzumerken, dass die Rüben ihr Ertragspotenzial zur Silomaisernte bei Weitem noch nicht ausgeschöpft haben. Eine Lösung bietet die spätere Ernte des Maises zum optimalen Rübenerntetermin als CornCob-Mix (CCM) oder Lieschkolbenschrot (LKS). Zur Einlagerung von Rübenbrei in Hochsilos oder Erdbecken werden die Rübenkörper durch intensive Zerkleinerung in eine pumpfähige Form überführt. Dadurch ist das Substrat gut automatisierbar. Gerade bei der Lagerung in offenen Erdbecken bleibt die Frage nach gasförmigen Verlusten an die Umgebung. Dieser Fragestellung wird derzeit nachgegangen. Die Wahl des Verfahrens ist abhängig von den betrieblichen Voraussetzungen. Eine weitere Sammlung von Erfahrungen in Praxis und Forschung ist von hoher Bedeutung. Insgesamt stellt sich die silierte Rübe als schneller umsetzbares Substrat dar als im frischen Zustand. Abb. 3 Effiziente Trockenreinigung auf steinfreien Böden Abb. 4 Befüllung des m³ - Erdbecken mit Rübenbrei mittels schlagkräftiger Technik Futterrübe: Neue Chance? Grundsätzlich sind Futterüben genauso als Biogassubstrat geeignet wie Zuckerrüben. Die Frischmasseerträge können höher als bei der Zuckerrübe ausfallen, wobei die geringeren TM-Gehalte (12-15% gegenüber 22-25% bei Zuckerrüben) diesen Vorteil wieder relativieren.

6 Positiv zu bewerten ist die glattere Schale und flachere Bauchfurche, was zu einem geringeren Erdanhang führt. Die intensive züchterische Bearbeitung der Zuckerüben hinsichtlich Ertragssteigerungen und Resistenzen gegen Schaderreger lässt jedoch vermuten, dass zukünftig die Zuckerrübe eine größere Bedeutung für die Biogaserzeugung haben wird. Als eher anspruchslose Pflanze kann die Futterrübe allerdings auf Grenzstandorten und in Höhenlagen als substratliefernde Pflanze angesehen werden. In Sortenversuchen zur Biogasnutzung werden Futterrübensorten mit berücksichtigt. Wirtschaftlichkeit: Konkurrenz zum Mais? Zur Betrachtung der Wirtschaftlichkeit muss die gesamte Verfahrenskette mit dem Anbau, der Lagerung, der Fermentation und der Gärrestverwertung berücksichtigt werden. Hierzu wurden auf Grundlage von Versuchen des Versuchsgutes Relliehausen der Universität Göttingen in Kooperation mit dem IFZ entsprechende Berechnungen angestellt. Hinsichtlich der Kosten liegen frisch verfütterte Rüben (ohne Waschen und Steinabtrennung) identisch zum Mais. Der Ernte nachgelagerte Arbeitsschritte, wie eben die zusätzliche Reinigung, mindern die Wettbewerbsfähigkeit. Der Zuckerrübenanbau für die Biogasproduktion ist damit derzeit ohne Betrachtung der Fermentationsvorteile nur in der Frischverfütterung wettbewerbsfähig. Dennoch ist zu berücksichtigen, dass der Einsatz der Rübe für den Fermentationsprozess merkliche Vorteile liefert, die bei der Berechnung mit kalkuliert werden müssen. Aus den o. g. Versuchen in Relliehausen geht z. B. hervor, dass die Zugabe der Zuckerrübe als Kosubstrat 2%-ige Gassteigerungen zur Folge hat und der Eigenstrombedarf deutlich reduziert wird (AUGUSTIN, SETZER 2010). Ausblick Die Zuckerrübe bietet sich aufgrund ihrer stofflichen Zusammensetzung als Biogassubstrat an. In der Praxis zeigen sich verbreitet höhere Gasausbeuten bei der Hinzunahme der Zuckerrübe bei der Anlagenfütterung. Dennoch bleibt es eine Herausforderung, die Zuckerrübe ganzjährig als Substrat für den Biogasprozess bereitzustellen. Aktuell kann der Silomais, als das dominierende Biogassubstrat, aus wirtschaftlicher Sicht noch nicht verdrängt werden. Vor allem im Bereich der Reinigung, Aufbereitung und Konservierung besteht weiterhin ein hoher Forschungsbedarf. Dementsprechnend ist die Zuckerrübe gerade in den nicht etablierten Rübenanbaugebieten noch keine Alternative, jedoch aber schon jetzt eine sinnvolle Ergänzung in der Energiepflanzenpalette für Biogasanlagen. Gerade Betreiber von Neuanlagen werden zukünftig nicht mehr ausschließlich auf Mais als Substrat setzen können. Tobias Glauert, Landwirtschaftskammer Niedersachsen