Leuphana Energieforum 2014 Vernetzt. Regionale Lösungen für die Energiewende. 17. September 2014

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1 Leuphana Energieforum 2014 Vernetzt. Regionale Lösungen für die Energiewende 17. September 2014

2 Biogas aus Reststoffen Chancen und Risiken aus Perspektive der Landwirtschaft Leuphana Energieforum September 2014

3 Quelle: BIOGAS AUS RESTSTOFFEN: CHANCEN UND RISIKEN AUS SICHT DER LANDWIRTSCHAFT Andreas Pacholski Gastprofessur für Nachhaltige Landwirtschaft, Leuphana Universität Lüneburg INNOVATIONS-INKUBATOR

4 Biogas als erneuerbare Energie: 1. NawaRo Biogas: teuer im Vergleich zu Windkraft und Solartechnik 2. Wichtige Funktion im erneuerbaren Energiemix durch flexible Einsetzbarkeit 3. Flächenkonkurrenz zur Nahrungsmitteln (Teller-Tank-Diskussion), hohe Pachtpreise 4. THG-Bilanz ist variabel 5. Zunehmende Kritik an Umweltwirkungen 6. Exponentieller Anstieg in den letzten Jahren Plateaubildung/Abnahme (Deutschland)

5 Neue gesetzliche Rahmenbedingungen: Novelle EEG: Abschaffung der Boni, verstärkte Förderung von Gülle-/Strohanlagen und Reststoffanlagen Novelle: Kreislaufwirtschaftsgesetz (65% Recyclingquote 2015)

6 Substrateinsatz in Neuanlagen (DBFZ 2013) 6

7 THG-Emissionen [gkg CO 2 -äqu/kwhel] Treibhausgasbilanz Biogasanlagen fossile Referenz netto Bonus für Wärmenutzung Reduktion Emissionen Gülle Landnutzungsänderung Gärrest Management Pflanzenproduktion Methan von Biogasanlage Biogassystem/Fruchtfolge 1 = Rindergülle + Silomais geschlossenens Lager 2 = Rindergülle + Silomais geschlossenens Lager + Wärmenutzung 3 = Rindergülle + Silomais geschlossenens Lager 4 = Silomais geschlossenes Lager 5 = Rindergülle + Silomais geschlossenes Lager + 25% Maisfläche Landnutzungsänderung 6 = Silomais geschlossenes Lager+ 25% Maisfläche Landnutzungsänderung nach Meyer-Aurich et al

8 g CH 4 / kwh Methanemissionen Biogasanlagen Anlagentyp offenes/undichtes Gärrestlager versch. Quellen Gasnutzung 1 = Trockenfermentation nawaro geschlossenes Lager 2 = Kofermentation nawaro + Schweinegülle offenes Lager 3 = Nassvermentation nawaro+wasser (12%) offenes Lager 4 = Kofermentation nawaro+ Schweinegülle undichte Lagerabdeckung 5 = Trockenfermentation nawaro+gülle offenes Lager 6 = Trockenfermentation nawaro geschlossenes Lager 7 = Kofermentation nawaro+rindergülle+hühnertrockenkot offenes Lager 8 = Nassfermentatio nawaro offenes Lager 9 = Kofermentation nawaro+schweine-/rindergülle undichte Lagerabbdeckung 10 = Kofermentation (termophil) nawaro+hühnertrockenkot offenes Lager nach Liebetrau et al

9 Energetisch stoffliche Nutzung von Bioabfällen aktuell Grüngut???% 10-15% 80-90% Verbrennung Vergärung Kompostierung nach Turk

10 Treibhausgasbilanz Kompostierung und Vergärung im Vergleich MUKE BW

11 Eigenschaften organischer Dünger aus Reststoffen (Möller & Schultheiss 2013) Anzahl TS N P K S OS C:N N:P HNV PI (%) (%TS) (%TS) (%TS) (%TS) (%TS) Grünabfallkompost Haushaltkompost Gärrest NawaRo Gärrest Haushaltsabfall HNV Heavy metal nutrient value = Schwermetall /Nährstotf Verhältnis: hohe Werte = hohe SM-Belastung PI = Provisioni index Vorsorgeindex (Schwermetall/Bodenverbesserung/Nährstoff-Verhältnis: hohe Werte = hohe SM-Belastung Schwermetallbelastung durch Gärreste in der Größenordnung von Rindergülle 11

12 Stickstoff-Verfügbarkeit von organischen Düngern aus Reststoffen (Möller & Schultheiss 2013) 12

13 Einführung Eigene Versuche Weitere Studien Zusammenfassung Typische Zusammensetzung von Gärsubstraten Masse Gülle Maissilage Grassilage Energie Maissilage Grassilage Gülle

14 Massebezogener Substrat-Einsatz zur Biogasproduktion 2010 Nawaro 46% Bioabfälle 7% landw. + indust. Reststoffe 2% Exkremente 45% (nach FNR 2011)

15 Massebezogener NawaRo-Einsatz zur Biogasproduktion 2010 Gründe - Hohe TM-Erträge - Hohe spez. Methanerträge - Betriebstyp Maissilage 76% Getreidekorn 4% Getreide-GPS 7% Grassilage 11% Zuckerrübe 1% Sonstige 1% (nach FNR 2011)

16 Spezifische Gaserträge = ca. 250 l/kg TM (25% TS) Stroh bis 270 l/kg TS MUKE BW

17 Bespiel Reststoffanlage mit gewerblichen Bioabfällen 1.4 MW Ort A (50 km 30%) Umkreis 100 km 40% Ort B (15 km, 30%) Input: ca t/a Lebensmittelentsorgung auch Verpackt Speisereste Magen- und Darminhalte Schlachtabfälle Output: ca t/a Biogasgärreste Transport 12 km Umkreis Wärme: 50% Erhitzung Hygienisierung, 50% Eindampfen Gärreste (Reduktion Gärrestvolumen um 3000 m³)

18 t CO2 Äqu/Jahr Treibhausgasbilanz Reststoffanlage (erste Schätzung) Bilanz Methanschlupf Bau Biogasanlage LKW Transport Input Transport/Ausbringung Gärreste Humus Dünger brutto Gas Annahme: N 2 O Emissionen: Gärrest = mineralischer Dünger *Fehlende N 2 O-Emissionen Reststoffsammlung-/Lagerung; Bau der Anlage nur grob geschätzt, fehlende Emissionsgutschrift Vermeidung der Verbrennung

19 [kg CO2äqu/kWh el] THG-Emissionen [gkg CO 2 -äqu/kwhel] Treibhausgasbilanz Reststoffanlage im Vergleich zu NawaRo-Anlagen Bilanz Methanschlupf Bau Biogasanlage LKW Transport Input Transport/Ausbringung Gärreste Humus Dünger fossile Referenz netto Bonus für Wärmenutzung Reduktion Emissionen Gülle Landnutzungsänderung Gärrest Management Pflanzenproduktion Methan von Biogasanlage brutto Gas Biogassystem/Fruchtfolge 1 = Rindergülle + Silomais geschlossenens Lager 2 = Rindergülle + Silomais geschlossenens Lager + Wärmenutzung 3 = Rindergülle + Silomais geschlossenens Lager 4 = Silomais geschlossenes Lager 5 = Rindergülle + Silomais geschlossenes Lager + 25% Maisfläche Landnutzungsänderung 6 = Silomais geschlossenes Lager+ 25% Maisfläche Landnutzungsänderung 19

20 Leistungen Landwirtschaft Reststoffanlage a. Anrechenbarer N-Dünger: 82.8 t / Jahr (Düngerbedarf von 552 ha Mais*/Jahr) b. Anfall P-Dünger: 27 t P 2 O 5 / Jahr (deckt Düngebedarf von 594 ha Getreide**, ca. 300 ha Mais***) c. Humusreproduktion: 189 t Humus C/Jahr (deckt Humusbedarf von 315 ha Silomais a, 727 ha Wintergergetreide mit Strohabfuhr b ) d. Inwertsetzung von Biomasse von Grenzstandorten/Naturschutzflächen (z.b. extensives Grünland) Nutzungsoption für sonst verschwindende Agrarökosyteme * 150 kg N/ha **20 kg P/ha ***40 kg P/ha a 600 kg C/ha b 260 kg C/ha

21 Aufkommen von Grüngut und Bioabfall im Jahresverlauf Bioabfall Grünschnitt Abweichung vom Jahresmittel MUKE BW

22 Risiken der Reststoffnutzung in landwirtschaftlichen Biogasanlagen Verwendung von dreckiger Biomasse: Schwermetalle, organische Verunreinigung (Antibiotika, Pharmaka etc.), Keimen Ehec-Debatte, Energiebedarf Hygienisierung, Akzeptanz, Verwerfen von Gärprodukt Erhöhung der organischen Düngermenge: Verschärfung der lokalen Überhangsituation, Verteilung der Gärreste, erhöhte NH 3 - und Geruchsemissionen Gleichmäßige, sichere Lieferkette in Menge und Qualität, Stabilität des Gärprozesses, Lagerung Zusätzliches Verkehrsaufkommen: Akzeptanz ländlicher Raum 22

23 Energetisch stoffliche Nutzung von Bioabfällen: optimiert Grüngut Siebung 50% 25% 25% Verbrennung Vergärung Kompostierung nach Turk

24 Verfügbarkeit von Reststoffen (Schüch et al. 2014) derzeitiger Einsatz in Biogasanlagen: 33% des technischen Biogaspotenzials in 2012 Bioabfall+Grünschnitt: 9 Mio t (Sammlung) Mio t nicht erfasst Mio t in Vergärung: 25 % vergärbar (3 Mio t bei vollständiger Vergärung = ha Mais, aktueller Anbau Mais für Biogas knapp 1 Mio ha (FNR 2014)) Ab 2015 Recyclingquote von mind 65 % vorgeschrieben zusätzlich Mio t Bioabfall 25% des Bioabfall/Grünschnitt-Potenzials 3.2 Mg sind zur Vergärung geeignet bereits 1.1 Mio t werden so verwertet 2/3 können noch vergärt werden 24

25 Technisches Primärenergiepotenzial für Biogas 25

26 Neue Potenziale ohne Ausbau des NawaRo-Anbaus Stroh (ca Mio t (Reinhold 2012), Verfügbarkeit lokal stark schwankend) neue Anlagentechnik verfügbar (10 Mio t = ca 350 tsd ha Mais) Gülle erst etwa zu 20-25% vergärt Mist hier: Reduktion des C-Anteils und damit der Humuswirkung Reduktion der THG Emissionen aus Gülle und Mist Ziel Dänemark 2050: 50% der Gülle soll der Biogasproduktion zugeführt werden Bildquelle: dpa/jan Woitas 26

27 Fazit: Vergärung Reststoffe Chancen - (leichte) Entspannung Teller-Tank Diskussion/Flächenkonkurrenz - Nährstoffrecycling, Ersatz geogener + synthetischer Nährstoffe - Erhöhung der Bioenergieproduktion mit z.t. günstigerer THG-Bilanz als NawaRo-Anlagen - Sonst nicht verwertbare Biomasse in Wert gesetzt Erhaltung extensiver Systeme Risiken - Eintrag von Belastungen in Agrarökosysteme - Akzeptanz, Verkehrsaufkommen - Stabilität des Vergärungsprozesses, Substratversorgung der Anlage - Gärrest-/Nährstoffüberhänge, Erhöhung von Gülle spezifischen Emissionen (NH 3, Geruch etc.) 27

28 Fazit: Vergärung Reststoffe Vergärung von Reststoffbiomasse sinnvoll: Energiegewinn, Vermeidung von THG-Emissionen, Erschließen durch bessere Reststofftrennung nur geringer Ersatz der energetischen Leistung der NawaRo durch Grünabfall-Reststoffe möglich höhere Gasproduktion nur bei Vergärung von Gülle und Stroh Prozessoptimierung notwendig keine starke Ausweitung der Biogasproduktion ohne Expansion von NawaRo möglich 28

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