Technologische Lösungen zur Ernte und Lagerung von schnellwachsenden Baumarten

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1 Fachtagung Energieholzproduktion auf landwirtschaftlichen Flächen" Güstrow Technologische Lösungen L zur Ernte und Lagerung von schnellwachsenden Baumarten Volkhard Scholz Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.v.

2 Kosten in /t Ernte-TM ,00 /t TM 9,12 /t TM Kosten ohne Düngung, Zaun und Trocknung sowie ohne Stilllegungsprämie ( /ha = /t TM ) und Energiepflanzenprämie (45 /ha = /t TM ). Anbau a, Rotation a, Ertrag 7, t TM /(ha*a) 5,10 /t TM 10,23 /t TM 100 /t TM = 6,20 /GJ Preisspanne ,08 /t TM 8,52 /t TM Festkosten Lagerung Rodung Transport Ernte Anbau 22,33 /t TM 10,68 /t TM Kosten in /m³ 0 TLL Jena (Vetter 2002) SLL Leipzig (Röhricht 2003) 0 LWF Freising ATB Potsdam KTBL Darmstadt (Burger 2004) (Grundmann 2004) (Hartmann 2006) Kostenkalkulationen und Preise für Pappel-Hackschnitzel

3 Ernte Verfahren und Maschinenentwicklungen Stammholzlinien Bündellinien Hackgutlinien

4 Ernte Feldtransport Beladung Feldlagerung Aufbereitung Ferntransport Aufbereitung Beladung Lagerung Motorsäge 2 Zuschnitt 3 Harvester mit Prozessor 4 Mobiler Greifer 5 Traktorzug 6 Forwader mit Greifer 7 Traktorzug mit Greifer 8 Mobiler Greifer 9 Traktorzug 10 Mobiler Hacker 11 Traktorzug 12 Motorsäge 13 Langholz-LKW 14 LKW mit Container 15 LKW mit Schubboden Feldholzernte / Stammholzlinien

5 Harvester Valmet 901 Foto: Lorbacher, ATB Harvester Valmet 901 Foto: Lorbacher, ATB Forwader Valmet 820 Foto: Woodex AG 2006 Mobiler Hacker Jenz HEM 560 Z Foto: Lorbacher, ATB Forsttechnik für die Feldholzernte / Stammholzlinie

6 Ernte Feldtransport Beladung Feldlagerung Aufbereitung Ferntransport Aufbereitung Beladung Lagerung Harvester mit Bündlerkopf 2 SF Mähbündler 3 Gez. Mähbündler 4 Frontlader 5 Traktorzug 6 Forwader mit Greifer 7 Traktorzug mit Greifer 8 Großhacker mit Greifer 9 Langholz-LKW 10 LKW mit Container 11 LKW mit Schubboden Feldholzernte / Bündellinien

7 1 Fäller-Bündler Fa. Timberjack Foto: Burger, LWF 2 3 Fäller-Bündler-Köpfe 1 TJ 720, Fa. Timberjack, Foto: Burger, LWF E, Fa. Pentin Paja Oy 3 EH 220, Fa. Warath Forestry Fäller-Bündler (Forsttechnik)

8 Technische Daten ausgewählter Fäller-Bündler Fäller-Bündler-Kopf Typ TJ 720 EH 220 Fäll-Sammler Naarva-Koura - Aggregat E Hersteller/Entwickler - Timberjack (SF) Warath Forestry Attachments (USA) Silvatec A/S (DK) Pentin Paja Oy (SF) Entwicklungsstand - Kleinserie Kleinserie Kleinserie Kleinserie Eigenmasse kg Basismaschine - Forstharvester Forstharvester Forstharvester Traktor 1), Forstharv. Leistungsbedarf kw Reihenabstand m nicht begrenzt nicht begrenzt nicht begrenzt nicht begrenzt Öffnungsweite mm Schnittkraft kn Schnittdurchmesser mm Massedurchsatz tatro/h Flächenleistung ha/h 0,07...0, Personal, incl. Fahrer ) Standardtraktor mit Heckzapfwelle und Anhängekupplung

9 Fröebbesta, Bo Franzen Foto: Scholz, ATB Seegerslätt Empire, Sten Seegerslätt Foto: Carmen Nordic All rounder, Nordic Biomass Foto: Nordic Biomass Bundler, Salixphere Foto: Salixphere Ausgewählte Mähbündler für Feldgehölze

10 Technische Daten ausgewählter Mähbündler-Entwicklungen Mähbündler Typ - Fröbbesta 92 Whole rod harvester Nordic All rounder Bundler Hersteller/Entwickler - Bo Franzen (S) Nordic Biomass (DK) Nordic Biomass (DK) Salixsphere (S) Entwicklungsstand - Produkt. eingestellt Prototyp Prototyp Prototyp Eigenmasse kg < Basismaschine - Traktor 1) Traktor 1) Selbstfahrer Traktor 1) Leistungsbedarf kw Reihenzahl Reihenabstand 2) m 0,75 + 1,50 0,75 + 1,50 0,75 + 1,50 0,75 + 1,50 Bündelform - lose lose lose Netzbündel Schnittdurchmesser mm Massedurchsatz t atro /h Flächenleistung 3) (HZ) ha/h 0,6... 0,9 0,2...0,25 0,25...0,5 - Personal, incl. Fahrer ) Standardtraktor mit Heckzapfwelle und Anhängekupplung 2) Der zweite Summand gibt den erforderlichen Abstand zwischen benachbarten Doppelreihen an 3) Gültig für Hauptszeit (HZ) bzw. Ausführungszeit (AZ)

11 Ernte Feldtransport Be- Ladung Feldlagerung Aufbereitung Ferntransport Aufbereitung Be- Ladung Lagerung Phasen-Ernte Phasen-Ernte 10 1 Motorsäge 2 Anbau-Säge 3 Anbau-Mähhacker 4 SF-Mähhacker 5 SF-Großhacker mit Greifer 6 Mobiler Hacker 7 Schwadhacker 8 Traktorzug 9 Frontlader 10 Nach-Hacker 11 LKW mit Container 12 LKW mit Schubboden Feldholzernte / Hackgutlinie

12 Anbausäge PRINZ Fa. Prinz GmbH Loosdorf Foto: Luger, BLT Wieselburg Reihenhacker RH 25 Fa. Jensen/Maasbüll Foto: Fa. Jensen Jordan-Reihenhacker 25 Fa. ForstTec Rostock Foto: Scholz, ATB Anbau-Säge und Anbau-Schwadhacker für die Zweiphasen-Ernte

13 1. Fällen 2. Hacken Optimale Maschinenfolge der Zweiphasen-Ernte

14 Class-Häcksler mit Salix-Vorsatzgerät HS-2 Foto: Scholz, ATB Modifizierter Zuckerrohrernter Austoft 7700 Foto: Burger, LWF Krone-Häcksler mit Woodcut 750 Foto: Scholz, ATB Anbau-Mähhacker nach Wieneke/Döhrer Foto: Scholz, ATB Technische Optimierung durch ATB, Uni Göttingen, und Fa. Preuss Mähhacker-Prototypen für Feldgehölze

15 Technische Daten aussichtsreicher Mähhacker-Entwicklungen Feldhäcksler- Spezialschneidwerke Anbau- Mähhacker Mod. Zuckerrohrernter Typ - Austoft 7700 Salix-Vorsatzgerät HS-2 Woodcut 750 Gehölz- Mähhacker Hersteller/Entwickler - Austoft Industries (AUS) Claas KGaA mbh Harsewinkel HTM GmbH Soltau Fa. Lochner, Preuss GmbH Entwicklungsstand - Prototyp Kleinserie Prototyp Prototyp Eigenmasse kg ca Leistungsbedarf kw Basismaschine - Selbstfahrer Claas-Häcksler Jaguar 1) Krone-Häcksler BIG X 1) Landw. Traktor 2) Masse der Basismaschine kg Reihenzahl/Schnittbreite -/mm 2 / / / / 560 Schnittdurchmesser mm < 70 < 70 < 70 < 120 Reihenabstand 3) m 0,75 + 1,4 0,75 + 1,5 0,75 + 1,5 0,9 Mittlere Hacklänge (x 50 ) mm > Massedurchsatz 4) (HZ) t atro /h Flächenleistung 4) (HZ) ha/h 0,2... 0,6 0,5... 1,3 0,4... 1,2 0,2... 0,5 Personal incl. Fahrer ) Standard-Feldhäcksler mit Forstbereifung und Spezialvorsatz, z.t. mit verstärkter Trommel, Zusatz-Hydraulik und Unterbodenschutz 2) Standardschlepper mit Frontzapfwelle und 3-Punkt-Frontaufhängung 3) Die zweite Summand gibt den Abstand zwischen benachbarten Doppelreihen an. Mit dem Anbau-Mähhacker können ggf. auch Doppelreihen geerntet werden, bei Reihenabständen < 1,0 m allerdings nur mit Pflegereifen. 4) Gültig für Hauptszeit (HZ) bzw. Ausführungszeit (AZ)

16 Lagerung Probleme und Lösungsansätze

17 30 25 Hu Pappel TM FM Trockenmasse Energie (TM-/H2O-Verlust) Energie (E-Aufwand) Erlös (Trocknungskosten) H 2 O Erlös (TM-Verlust) Verlust in % p.a Ertrag 10 ttm/ha Frischfeuchte 50 % Erlös 15 /m³ = 100 /ttm -10 Ohne Trocknung Feinhackschnitzel Therm. Trocknung Warmlufttrockner Freie Konvektion Grobhackschnitzel Masse-, Energie- und Einkommensverluste bei der Trocknung und Lagerung von Feldholzhackgut

18 Feinhackschnitzel < 30 mm Grobhackschnitzel mm (Grob-) Hackstücke mm Ganze Bäume 4,5-6 m Scheibenradhacker Farmi CH 150 Schneckenhacker, Fa. Laimet Steigung: 110 mm (65 mm) Kurzholzscherhacker Fa. Diemer Manuelle Ernte mit Freischneider Holzhackschnitzel und Hacker für die durchgeführten Lageruntersuchungen

19 Laborgefäße 5 l Modellsilos 1,5 m 3 Ungeschützte Regengeschützte Boxen 10 Boxen m³ 10 m³ Regengeschützter Ungeschützter Haufen 18 m 3 Feldrandhaufen 70 m 3 Waldrandhaufen 2000 m 3 Lagertypen und -formen für die Lagerversuche mit Pappel, Weide und Kiefer

20 Temperatur in C Feinhackschnitzel P HS 16, 12,5 m³, 1998 K HS 10, 10 m³, 1999, u P HS 10, 10 m³, 1999 P HS 10, 10 m³, 1999, u P HS 23, 10 m³, 2002 P HS 23, 18 m³, 2002, RS P HS 23, 18 m³, 2002 RS Regenschutz U Spaltboden P Pappel K Kiefer Temperatur in C Mittelhackschnitzel K HS 37, 12,5 m³, 1998 W HS 37, 12,5 m³, 1998 P HS 37, 12,5 m³, 1998 P HS 36, 10 m³, 2002 P HS 36, 45 m³, 2002 P HS 36, 45 m³, 2002, u P Pappel K Kiefer W Weide U Spaltboden Tage Grobhackschnitzel P HS 63, 10m³, 2002 P HS 63, 18 m³, 2002, RS Tage (Grob-) Hackstücke P HS 200, 12,5 m³, 1998 P HS 150, 10 m³, 1999, u Temperatur in C P HS 63, 18 m³, 2002 P Pappel RS Regenschutz Temperatur in C P HS 156, 10 m³, 2002 P Pappel U Spaltboden Tage Mittlere Temperatur von Hackschnitzeln in verschiedenen Lagerhaufen Tage

21 Wassergehalt in % Niederschlag 98/99 Niederschlag 02/03 Ganzbaum ohne Regenschutz 98/99 HS 120 mit Regenschutz 99/00 HS 16 mit Regenschutz 99/00 HS 23 ohne Regenschutz 02/03 HS 63 ohne Regenschutz 02/ Niederschlag pro Monat in mm Trocknungsverläufe in 10 m³-schüttungen aus unterschiedlichen Hackformaten Pappelhackgut mit und ohne Regenschutz

22 Trotz hoher Temperaturen bei Fein-HS nur geringfügige Wasserabnahme, wegen geringer Porosität und damit geringere Strömung (H 2 O-Transport) und Dampfsperre (Kondensation) sowie Zusatzwasser aus TM-Verluste (0,5 kg H 2 O pro 1 kg TM) Ursachen des begrenzten Trocknungseffektes bei Feinhackschnitzeln

23 Wasseraktivität 1,0 0,98 0,96 0,94 0,92 0,90 0,88 0,86 0,84 0,82 0,80 0,78 Rhizopus microsporus Absisia corymbifera Aspergillus fumigatus Aspergillus nidulans Aspergillus niger Rhizomucor pusillus Paecilomyces variotii Wasseraktivität: Relative Feuchte an der Grenzfläche 0, Optimale Wachstumsbedingungen für thermophile Schimmelpilze modifiziert nach Reiß, 1997 Temperatur in C

24 Zahl der Schimmelpilze in KbE/g FM 1,0E+09 1,0E+08 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 HS 23, thermophil HS 36, thermophil HS 63, thermophil HS 156, thermophil Regengeschützte Lagerung in Boxen Lagerzeit in Tagen HS 23, mesophil HS 36, mesophil HS 63, mesophil HS 156, mesophil n = Schimmelpilzentwicklung in 10 m³-schüttungen aus Pappelhackgut unterschiedlicher Hacklänge

25 Pilzsporenkonzentration in der Luft über Hackgut-Schüttungen Sporen in der Luft in KbE/m³ 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 Thermophile Pilze Pappel m³-boxen 10 HS 23 m³-boxen bis HS 156 HS 23 bis HS 156 Mesophile Pilze Pilze 1,0E+00 1,0E+03 1,0E+04 1,0E+05 1,0E+06 1,0E+07 1,0E+08 Schimmelpilze auf dem Holz in KbE/g FM Luftkeimsammelgerät MD 8, Fa. SARTORIUS Sporenkonzentration KbE/m³ Luft HS 23 HS 36 HS 63 HS Lagerungszeit in Monaten Mesophile Schimmelpilze Thermophile Schimmelpilze

26 Sporenkonzentration KbE/m³ Luft 1,0E+08 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 Pappel HS 23 mit Regenschutz Pappel HS 23 ohne Regenschutz Pappel HS 63 mit Regenschutz Zeitpunkt der Auslagerung (Frontlader) Pappel HS 63 ohne Regenschutz Orientierungs-Grenzwerte für biologische Abfallbehandlungsanlagen nach Technische Regeln für Biologische Arbeitsstoffe Nr. 211 (2001) 1,0E m Mesophile 0 m Thermophile 10 m Mesophile 10 m Thermophile Zeit in Monaten Pilzsporenkonzentration in der Umgebungsluft von Hackschnitzelhaufen in Ruhe und beim Auslagern

27 Höhenprofil der Trockenmasseverluste nach der einjährigen Lagerung von Pappelhackgut in regengeschützten Boxen in der Saison Trockenmasseverlust in % Hackstücke Grobhackschnitzel Mittelhackschnitzel Feinhackschnitzel Höhe in cm HS HS 63 HS 36 5 HS 23 5 Vorn Mitte Hinten Vorn Mitte Hinten Vorn Mitte Hinten Vorn Mitte Hinten Trockenmasseverlustprofil in Hackgut-Schüttungen

28 Wassergehalt und Verluste in % Medianwerte in n Haufen mit und ohne Regenschutz Lagerdauer: 120 bis 360 Tage Lagervolumen: 1,5 bis 45 m³ Anfangswassergehalt: 50 bis 60 % Probenzahl pro Haufen: 6 bis 66 Feinhackschnitzel mm Mittelhackschnitzel mm Endwassergehalt Trockenmasseverlust Energieverlust mesophile Schimmelpilze thermophile Schimmelpilze n = 10 n = 5 n = 4 n = 5 Grobhackschnitzel mm Grobhackstücke mm 1,0E+09 1,0E+08 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 Anzahl der Schimmelpilzen in KbE/g FM Wassergehalt, Schimmelpilzzahl,Trockenmasse- und Energieverluste bei der Lagerung von Pappelhackgut

29 Zusammenfassung Die Ernte von Feldholz erfolgt nach 3 Grundverfahren: - Stammholzlinien (mit konventioneller Forsttechnik) - Bündellinien (Maschinenentwicklung eingestellt) - Hackgutlinien (hohe Leistungen, geringste Kosten) Trotz zahlreicher Entwicklungsansätze sind nur wenige praxiserprobte Erntemaschinen am Markt verfügbar. Für die Hackgutlinie stehen leistungsfähige Feldhäcksler-Schneidwerke zur Verfügung, im wesentlichen allerdings nur für Weide Ø < 70 mm und Feinhackschnitzel. Für Pappeln > 2a und lagerfähige Grobhackschnitzel ist prinzipiell der preiswertere Anbau-Mähhacker geeignet, der technisch allerdings noch nicht ausgereift ist. Die Lagerung ist unweigerlich mit Schimmelpilzbefall und TM-Verlusten bis zu 30 % p.a. verbunden, wobei diese bei groben Hackschnitzeln auf ein Minimum reduziert werden können und infolge des Trocknungseffektes kaum Verluste an technisch nutzbarer Energie auftreten.

30 Vielen Dank!