Regionalspezifische Treibhausgasbilanzen für den Rapsanbau in Mecklenburg-Vorpommern

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1 Institut für Pflanzenproduktion und Betriebswirtschaft Regionalspezifische Treibhausgasbilanzen für den Rapsanbau in Mecklenburg-Vorpommern Mareike Weirauch Zusammenfassung: Die Erneuerbare-Energien-Richtlinie (EU-RED, 2009/28/EG) macht seit 2009 auf europäischer Ebene verbindliche Vorgaben bezüglich des verminderten Ausstoßes an Treibhausgasen (THG) bei der Verwendung von Biokraftstoffen gegenüber dem fossilen Kraftstoff. Dazu enthält die EU-RED Grenzwerte für die einzelnen Biokraftstoffherstellungspfade. In einem Forschungsprojekt an der Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern wurden die aktuell in der Praxis vorherrschenden THG-Emissionen für den Rapsanbau in Mecklenburg-Vorpommern anhand einer Auswertung von Betriebsdaten der Erntejahre 2011, 2012 und 2013 kalkuliert. Ausgehend von der Status-quo-Analyse der THG- Emissionen im Rapsanbau werden die Ergebnisse mit dem Standardwert für Biodiesel aus Raps der EU-RED verglichen und denkbare Optimierungsmöglichkeiten zur THG- Minderung diskutiert. Ziel ist es, das geforderte 50 %-THG-Minderungspotenzial der Biokraft-NachV ab 2017 einzuhalten und somit den Rapsanbau für die Biokraftstoffherstellung regional zu festigen. Abstract: The renewable energy directive (RED, 2009/28/EG) announced guidelines to reduce the greenhouse gas (GHG) emissions during the use of biofuels in comparison to the fossil fuels since The EU-RED contains maximum permissible values for the several production pathways of biofuels. On the basis of operating agriculture data (crop years 2011, 2012 and 2013) the current practical values of GHG emissions during the cultivation of rapeseed in Mecklenburg-West Pomerania have been analyzed in a present research project of the State Research Institute of Agriculture and Fishery Mecklenburg-West Landesforschungsanstalt für Autor: Mareike Weirauch Landwirtschaft und Fischerei Telefon: Institut für Pflanzenproduktion Telefax: und Betriebswirtschaft m.weirauch@lfa.mvnet.de Dorfplatz 1 / OT Gülzow Internet: Gülzow-Prüzen

2 Pomerania. The results of the status quo analysis of the GHG emissions during rapeseed cultivation are compared with the EU-RED standard value for biodiesel (made of rapeseed) and optimization options for GHG reduction are discussed, which will make it possible to require the EU-RED 50% GHG reduction value in Seite 2

3 1 Rahmenbedingungen Um dem Klimawandel zu begegnen gibt es auf europäischer Ebene mit der Erneuerbare- Energien-Richtlinie (EU-RED, 2009/28/EG) einen gemeinschaftsrechtlichen Rahmen erneuerbare Energien in den Bereichen Strom und Verkehr einzusetzen um Treibhausgas (THG)- Emissionen zu mindern. Ziel der EU-RED ist es bis % der verbrauchten Gesamtenergie durch erneuerbare Energien zu ersetzen. Für den Verkehrssektor wurde zusätzlich festgelegt, dass mindestens 10 % der verbrauchten Gesamtenergie aus erneuerbaren Energien stammen müssen. Die EU-RED macht bereits seit 2009 verbindliche Vorgaben bezüglich des verminderten Ausstoßes an Treibhausgasen bei der Verwendung von Biokraftstoffen gegenüber dem fossilen Kraftstoff. Die Umsetzung der EU-RED erfolgt in Deutschland im Rahmen der Biokraftstoff-Nachhaltigkeitsverordnung (Biokraft-NachV). Biokraftstoffe können nur in Verkehr gebracht werden und auf die Biokraftstoff- bzw. ab 2015 auf die THG-Minderungsquote angerechnet werden, wenn die Nachhaltigkeitsanforderungen der Biokraft-NachV erfüllt werden. Neben dem Schutz natürlicher Lebensräume (bewaldete Flächen, Naturschutzflächen, natürliches Grünland, Flächen mit großem Kohlenstoffbestand, Torfmoore; Referenzzeitpunkt ) und der nachhaltigen landwirtschaftlichen Bewirtschaftung gemäß Cross Compliance und Guter Fachlicher Praxis fordert die Biokraft-NachV den Nachweis eines THG-Minderungspotenzials der Biokraftstoffe von derzeit mindestens 35 % gegenüber dem fossilen Referenzkraftstoff. Mit dem Ende der Altanlagen-Regelung seit dem 31. März 2013 gilt die Nachweispflicht nun uneingeschränkt für alle Teilnehmer der Biokraftstoffherstellungskette (Biomasseanbau, Transport, Verarbeitung). Das THG- Minderungspotenzial kann nach den Vorgaben der Biokraft-NachV durch eigene Berechnung, die Verwendung von Standardwerten (Abb. 1) bzw. durch eine Kombination von eigener Berechnung mit Standardwerten erfolgen. Die Biokraft-NachV enthält für eine Vielzahl von Biokraftstoffherstellungspfaden auf unterschiedlichster Rohstoffbasis Standard-THG-Emissionen (Abb. 1). Der in der Biokraft- NachV enthaltene Standardwert für den Biodieselherstellungspfad aus Raps beträgt 52 g CO 2eq pro MJ Rapsmethylester (RME) und weist eine THG-Minderung von 38 % auf. Derzeit können die Standardwerte der Biokraft-NachV für den Nachweis des 35 %-THG- Minderungspotenzials verwendet werden. Erhöhte Anforderungen entstehen ab 2017 durch das Inkrafttreten der 50 % THG-Minderungsstufe der Biokraft-NachV. Dann ist die Seite 3

4 Verwendung der Standardwerte nicht mehr möglich, so dass eine eigene THG- Emissionsberechnung unumgänglich wird, damit eine Anerkennung der nachhaltig hergestellten Biokraftstoffe für die Einhaltung der THG-Minderungsquote erfolgen kann. Abb. 1 Standard-THG-Emissionen für Biokraftstoffe Denn seit 2007 verpflichtet die deutsche Bundesregierung die Mineralölwirtschaft innerhalb des Bundes-Immissionsschutzgesetz mit dem Biokraftstoffquotengesetz (BioKraftQuG) zur Einhaltung einer Biokraftstoffbeimischungsquote, um die THG- Emissionen im Kraftstoffsektor zu senken. Im Rahmen dieser Verpflichtung wird seitdem ein wachsender Anteil Biokraftstoff in den Verkehr gebracht. Ab 2015 erfolgt eine Änderung des Bundes-Immissionsschutzgesetz hin zu einer Umstellung der Biokraftstoffquote auf eine Treibhausgasminderungsquote (THG-Minderungsquote). Die THG-Minderungsquote wird 3 % ab dem Jahr 2015, ab dem Jahr ,5 % und ab dem Jahr % betragen (im Bezug zur Gesamtmenge an verbrauchten Otto- und Dieselkraftstoff). Die THG-Minderungsquote soll durch den Einsatz einer entsprechenden Menge nachhaltig hergestellter Biokraftstoffe erfüllt werden. Das bedeutet, dass die ab 2015 für die Erfüllung der THG-Minderungsquote angerechneten Biokraftstoffe gemäß den Anforderungen der Biokraft-NachV (und damit nachhaltig) herstellt sein müssen. Dies ist durch die Verwendung der Biokraft-NachV-Standardwerte ohne weiteres bis Ende 2016 möglich, da das THG-Minderungspotenzial der Standardwerte über den geforderten 35 % liegt und somit eingehalten werden kann. Doch ab der Rapsernte 2016 müssen die Seite 4

5 hergestellten Biokraftstoffe die verschärften Nachhaltigkeitsanforderungen der Biokraft- NachV erfüllen, um als nachhaltiger Biokraftstoff zertifiziert und der THG-Minderungsquote angerechnet zu werden (ab 2017: Inkrafttreten der 4,5 % THG-Minderungsquote sowie gleichzeitig des 50 %-THG-Minderungspotenzials der Biokraftstoffe). 2 Projektziel In dem derzeitig an der Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern (LFA MV) laufenden Forschungsprojekt Erarbeitung regionalspezifischer Klimagas- und Energiebilanzen für die wichtigsten Produktionsverfahren in der Pflanzenproduktion und Ableitung von Optimierungspotenzialen gilt es zunächst auf Stufe des Ausgangsstoffs Raps für die Biokraftstoffherstellung anhand der Praxisdaten aus den Erntejahren 2011, 2012 und 2013 beispielhaft für MV festzustellen, wie hoch die THG-Emissionen auf Anbauebene im Vergleich zu dem Standardwert der Biokraft-NachV sind. Nach der Anbau-Status-quo- Analyse der THG-Emissionen gilt es geeignete Maßnahmen/Produktionsverfahren zu entwickeln, die eine THG-Emissionsreduzierung möglich machen, um die steigenden Nachhaltigkeitsanforderungen ab 2017 gemäß der Biokraft-NachV einhalten zu können und somit das Rapsproduktionsverfahren nachhaltiger zu gestalten. Seite 5

6 3 Datengrundlage Für die THG-Emissionsberechnung wurden die Daten zum Winterrapsanbau (Tab. 1) dem Referenzbetriebsnetz der LFA MV aus den Erntejahren 2011, 2012 und 2013 (Ziesemer) entnommen und ausgewertet. Tab. 1 Umfang der ausgewerteten Daten im Winterrapsanbau Erntejahr Erntemenge (MV gesamt) 1) t Erntefläche (MV gesamt) 1) ha Erntemenge (Datenbasis) 2) t Erntefläche (Datenbasis) 2) ha Anzahl Schläge 2) Anzahl Betriebe 2) Ackerzahl 2) Minimum Maximum ) statistisches Amt MV 2) Andrea Ziesemer, Schlagkarteidaten aus den Referenzbetrieben der LFA MV 4 Berechnungsmethodik Der Bilanzierungsrahmen der THG-Berechnung umfasst die gesamte Prozesskette der Biokraftstoffherstellung vom Anbau der Biomasse über die Verarbeitung zum Biokraftsoff bis hin zum Transport. Dazu ergeben sich im Wesentlichen folgende Teilschritte: (1) Rohstoffproduktion: Dazu werden alle Emissionen aus der Produktion und Nutzung von Düngemitteln, Saatgut, Pflanzenschutzmitteln und Betriebsstoffen (Diesel, Strom) gezählt. (2) Konversion: Dazu werden alle zur Umwandlung der Biomasse in Nutzenergie benötigten Stoffe und Energien erfasst. (3) Transport der Biomasse und Distribution: Alle bei den Transportprozessen zur Konversionsanlage und zum Endnutzer verbrauchte Stoffe sowie Energien werden aufgezeichnet. Damit werden in der Treibhausgas (THG)-Berechnungsmethodik nach der EU-RED im Biograce-Berechnungstool für den Biomasseanbau die Parameter Ertrag, die verwendeten Mengen an Düngemitteln (N, P, K, Wirtschaftsdünger), Kalk, Saatgut, Pflanzenschutzmitteln (PSM) sowie der Dieselverbrauch, die benötigte Trocknungsenergie Seite 6

7 (Strom und Diesel) und die entstehenden Lachgas (N 2 O)- Feldemission berücksichtigt (Tab. 2). berücksichtigt Ertrag N-, K 2 O-, P 2 O 5 - Dünger Wirtschaftsdünger Tab. 2 berücksichtigte Parameter in der THG-Berechnungsmethodik nach der EU-RED Betriebe: tatsächliche Werte, LFA-Feldversuche: Werte um 10 % reduziert N nach Einsatz, K und P nach Entzug durch das Erntegut (laut DüV) nach Einsatz, 115 % N angerechnet (Ausbringungsverluste) Kalk nach Standort Saatgut nach Einsatz PSM Pauschal je ha Diesel KTBL-Dieselverbrauchsrechner Trocknungsenergie Pauschal nach Ertrag N 2 O-Feldemissionen direkte: 1 % von N-Düngemenge; indirekte: NH 3 -/NO x - Verflüchtigungen, NO - 3 -Auswaschung laut IPCC 2006 Allokation auf Basis des gewichtsspezifischen Energiegehaltes des Haupt- und der Nebenprodukte unberücksichtigt MgO-, Mikronährstoff-Dünger Vor- sowie Nachfruchteffekte Die Ergebnisse der THG-Berechnung werden anschließend einer Allokation nach dem gewichtsspezifischen Energiegehalt unterzogen. Dabei wird für den Biodieselherstellungspfad aus Raps (Abb. 2) unterstellt, dass die Herstellung in einer zentralen Ölmühle mit einem Extraktionsschritt erfolgt. Auf diese Weise werden die THG- Emissionen auf die Produkte Biodiesel, Rapsextraktionsschrot und Glycerin gemäß ihrem Energiegehalt aufgeteilt. Seite 7

8 Abb. 2 Herstellung von Biodiesel aus Raps. Der betrachtete Herstellungspfad ist mit den roten Pfeilen/Schrift markiert. Die Abbildung wurde nach der Grafik der Agentur für erneuerbare Energien verändert. 5 Ergebnisse und Ansätze zur THG-Emissionsminderung Status-quo-Analyse der THG-Emissionen für den Winterrapsanbau Die Status-quo-Analyse der THG-Emissionen für den Winterrapsanbau (Tab. 3) umfasst die Schlagkarteidaten aus 26 Betrieben und kann so pro Jahr ca. 5 % der Erntemenge bzw. 5 % der Winterrapsanbaufläche (Datenbasis LFA-Referenzbetriebsnetz) in MV für die Erntejahre 2011 bis 2013 widerspiegeln. Die THG-Emissionen für den Winterrapsanbau im Erntejahr 2013 betragen durchschnittlich 60 g CO 2eq /MJ RME (Schlaganzahl (n) = 309; einschließlich Anbau, Transport und Verarbeitung) für die ausgewertete Winterrapsanbaufläche von ha in MV. Dabei wurden, wie in Tabelle 3 dargestellt, im Rapsproduktionsverfahren im Mittel 195 kg N/ha Mineraldünger sowie 21 kg N/ha organische Dünger ausgebracht und ein durchschnittlicher Ertrag von 40,6 dt Raps pro Hektar erzielt. Damit wird der angestrebte THG-Emissions-Standardwert laut Biokraft-NachV von 52 g CO 2eq /MJ RME für die Biodieselherstellung aus Raps (Abb. 1) für das Erntejahr 2013 im Durchschnitt überschritten und es ist festzustellen, dass die Hintergrunddaten zur Berechnung der Seite 8

9 Standard-THG-Emissionen für Biodiesel aus Raps starke Differenzen zu der vorherrschenden Praxis aufweisen. Tab. 3 spezifische THG-Emissionen im Winterrapsanbau (Erntejahre 2011 bis 2013) in MV Parameter Erntejahr Standardwert 4) Rapsanbau Anzahl Schläge Erntemenge (MV gesamt) 1) t Erntemenge (Datenbasis) t Verhältnis % 4,1 5,1 4,6 Erntefläche (MV gesamt) 1) ha Erntefläche (Datenbasis) ha Verhältnis % 3,6 4,9 4,6 Ertrag (MV gesamt) 1) dt/ha 26,6 39,3 41,4 Ertrag (Datenbasis) dt/ha 29 39,5 40,6 31 Minimum Maximum Ackerzahl Minimum Maximum mineralische Düngung kg N/ha Minimum Maximum organische Düngung 2) kg N/ha k. A. Minimum Maximum Anzahl gedüngter Schläge THG-Emission 3) g CO 2eq / MJ RME Minimum Maximum ) statistisches Amt MV 2) laut DüV angerechnete Menge 3) THG-Emission einschließlich Rapsproduktion, Transport und Verarbeitung berechnet mit Biograce-Berechnungstool; für Transport und Verarbeitung wurde der Standardwert laut EU-RED von 23 g CO 2eq / MJ RME verwendet 4) Quelle: Biokraft-NachV; Majer und Oehmichen (2010) k. A. (keine Angabe) Für die Erntejahre 2011 und 2012 (Tab. 3) zeigt sich bei den durchschnittlichen THG- Emissionen ein analoges Bild im Vergleich zum Erntejahr Bei der weiteren Analyse der Daten wird deutlich, dass besonders ertragsschwächere Jahre wie 2011 (verursacht durch schlechte Wachstums- und Erntebedingungen z.b. aufgrund von Kahlfrösten, niederschlagsreichen Sommermonaten) mit einem durchschnittlichen Ertrag von 29 dt/ha bei einer Gesamt-N-Düngungshöhe von 252 kg N/ha ein Erreichen der geforderten THG- Seite 9

10 Minderungspotenziale fast auszuschließen ist, da die Ertragserwartungen nicht erfüllt wurden. Insgesamt würden nur maximal 20 % der ausgewerteten Winterrapsanbaufläche (Abb. 3) das derzeitige 35 % THG-Minderungspotenzial bei einer eigenen Berechnung der THG- Emissionen erreichen. Dieser Sachverhalt verdeutlicht, dass das Erreichen des ab 2017 kommenden THG-Minderungsziels von 50 % eine große Herausforderung für den gesamten Biodieselherstellungspfad (Anbau, Transport und Verarbeitung) darstellt. 35 % - THG-Minderungsziel nicht erreicht erreicht ,2 20 Erreichen des derzeitigen (35 %) THG-Minderungspotenzials (%) Erntejahr Abb. 3 prozentuale Darstellung des Erreichens des derzeitigen THG-Minderungspotenzials bezogen auf die ausgewertete Rapserntemenge Ansätze zur THG-Emissionsminderung Die aus Stickstoff resultierenden THG-Emissionen auf Anbauebene (Düngerherstellung sowie in-/direkte Feldemissionen) betragen mehr als 80 % der Gesamt-THG-Emission (Datengrundlage für die Anteilsberechnung sind die in der EU-RED verwendeten Eingangsparameter zur Berechnung des Standard-THG-Emissionwerts für den Rapsanbau) und sind als wichtigster Ansatzpunkt für die THG-Minderung zu sehen. Alleiniger gegenwärtiger THG-Minderungsansatz um den Anforderungen der Biokraft- NachV ab 2017 (50 % THG-Minderungspotenzial) gerecht zu werden, ist der reduzierte Einsatz von Stickstoffdüngern bei stabilen und hohen Erträgen. Seite 10

11 Bundesländerübergreifend wurden in einer national einheitlichen Raumgliederung nach landwirtschaftlichen Gesichtspunkten die Boden-Klima-Räumen (BKR) geschaffen (Roßberg et. al 2007). Der einzelne BKR fasst nach Roßberg et. al (2007) ein Gebiet mit relativ homogenen Standortbedingungen unter dem Einfluss von Bodengüte und Klima für die landwirtschaftliche Produktion zusammen und grenzt dieses Gebiet ab. Für MV wurden vier BKR definiert (BKR 101: mittlere diluviale Böden; BKR 102: sandige diluviale Böden; BKR 105: vorpommersche Sandböden; BKR 158: bessere diluviale Böden). Die Einhaltung des derzeit geltenden THG-Minderungspotenzials kann nur bei einer Reduktion der Stickstoffdüngung auf etwa 170 bis 190 kg N/ha und einem erzielten Ertrag von mindestens 45 dt/ha erfolgen (Abb. 4). Für das ab 2017 gültige 50 % THG- Minderungspotenzial ist noch eine weitere drastische Reduktion der Stickstoffdüngungshöhe nötig. Abb. 4 prozentuale Darstellung des Erreichens des derzeitigen (35 %) THG-Minderungspotenzials der Biokraft-NachV bezogen auf die Rapserntemenge in den einzelnen Boden-Klima-Räumen in MV im Erntejahr 2013 Seite 11

12 Die reduzierte Bodenbearbeitung und die damit verbundene Dieseleinsparung von etwa 15 Liter/ha mindert die THG-Emissionen auf Anbauebene nur bedingt. Beim Einsatz von Koppelprodukten wie Gülle oder Gärresten werden zwar die THG-Emissionen aus der Mineraldüngerproduktion gespart, jedoch werden in der THG-Emissions-Berechnung die tatsächlich eingesetzten Wirtschaftsdüngermengen plus die Ausbringungsverluste berücksichtigt und damit sind nur geringe Wirtschaftsdüngermengen günstig für die THG- Bilanz. Literatur/Quellen Agentur für erneuerbare Energien: Majer, S.; Oehmichen, K. (2010): Mögliche Ansätze zur Optimierung der THG-Bilanz von Biodiesel aus Raps, Studie im Auftrag der Union zur Förderung von Öl- und Proteinpflanzen. 31 S. Roßberg, D.; Michel, V.; Graf, R.; Neukampf, R. (2007): Definition von Boden-Klima- Räumen für die Bundesrepublik Deutschland in Nachrichtenbl. Deut. Pflanzenschutzd., 59 (7), S , Stuttgart Statistisches Amt Mecklenburg-Vorpommern: Statistische Berichte, Bodennutzung und Ernte in Mecklenburg-Vorpommern, Ziesemer, A.: Schlagkarteidaten der Referenzbetriebe der Erntejahr 2011, 2012 und 2013 (LFA intern) Kontakt Mareike Weirauch, wissenschaftliche Mitarbeiterin Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern Sachgebiet Nachwachsende Rohstoffe Dorfplatz 1 / OT Gülzow Gülzow-Prüzen Tel.-Nr.: 03843/ m.weirauch@lfa.mvnet.de Homepage: Seite 12