Bioenergierüben Zündstoff für den Fermenter

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1 Bioenergierüben Zündstoff für den Fermenter Dr. Dirk Augustin Leiter der Versuchswirtschaften Georg-August-Universität Göttingen Bioenergierüben 1

2 Was erwarten wir von Energiepflanzen? Hohes Ertragspotential Niedrige Produktionskosten Konservierbarkeit Biogastaugliches Substrat Gute Gäreigenschaften Transportierbarkeit Rührbarkeit Volumen Bioenergierüben 2

3 Maisprobleme Struktur-, Trockenschäden Ertragsschwankungen Höhenlagen Humusbilanz? Phosphorüberschuss durch UFD Wasser- und Winderosion Wildschweineproblematik Krankheits- und Schädlingsdruck Problemunkräuter bei häufigem Anbau Gesellschaftliche Akzeptanz? Bioenergierüben 3 Genehmigungshindernis

4 Gründe für den Rübenbau CC-Auflagen <= 70 % Maisanteil 3 Früchte EEG 2012: <= 60 % Mais Schädlinge: Zünsler und Maiswurzelbohrer Auflage der Behörde Wildschweineproblematik Biologische Probleme Rührproblematik Verminderung des Risikos Wirtschaftlichkeit Bioenergierüben 4

5 Bioenergierüben 5

6 Verdaulichkeit Bioenergierüben 6

7 Vorteile von Rüben 1. Hohe Erträge 2. Schnelle Verdaulichkeit 3. Hohe Prozesssicherheit 4. Gute Feinregulation 5. Gute Rührbarkeit 6. Positive Mischeffekte 7. Flexiblerer Einsatz (frisch) Bioenergierüben 7

8 Zuckerrübenprobleme Fehlende Selbstverträglichkeit Begrenzte Gärsubstratverwertung Menge Zeitfenster Steinbesatz Tonige Böden Befahrbarkeit Konservierbarkeit Wasser- und Winderosion Fehlende Technik für die Fütterung (Ernte) Bioenergierüben 8

9 Mais = 53 % Zuckerrübe = 55 % Futterrübe = 56 % Bioenergierüben 9

10 Methanertrag aus der FM ZR - Mais A. Dahlhoff, LWK NRW Bioenergierüben 10

11 Verdaulichkeit von Rüben 800 spezifischer Biogasertrag (Nl kg -1 ots) % Gasbildung Maisganzpflanze wird etwa nach 16 Tagen zu 90 % abgebaut! Zuckerrübe Sorte 1 Zuckerrübe Sorte 2 Futterrübe Prüfzeitraum (Tage) Bioenergierüben 11

12 Vorteil schnelle Verdaulichkeit? Investitionskosten: kaum Wegen der anderen Substrate keine Volumeneinsparung Lediglich Volumentausch: Fermenter gegen Lager Aber: Überschlägiges Beispiel: 100 Tage Verweildauer (z. B. 30 t Substrat täglich auf 3000 cbm Gärvolumen) Täglich fließt stochastisch 1 % heraus ZR sind nach 5 Tagen zu 90 % vergoren => ca. 2,5 % Verlust Mais ist nach 16 Tagen zu 90% vergoren => ca. 8 % Verlust D.h. 5,5 % besser als in Batchversuchen Bei 50 Tagen Verweildauer => 11 % Differenz zum Batchversuch Bioenergierüben 12

13 TS-Ablaufgehalte in % Bioenergierüben 13

14 Korrelation Zucker und TS Abrechnung nach TS möglich! Bioenergierüben 14

15 Formel zur Umrechnung Trockensubstanz in Zucker Zucker = TS x 0,86-2,21 z.b.: 22 % TS * 0,86 2,21 = 16,71 % Zucker oder TS = Zucker / 0,86 + 2,21 z.b.: 18 % Zucker / 0,86 + 2,21 = 23,14 % Trockensubstanz Bioenergierüben 15

16 + optimaler Erntezeitpunkt: ca %? Bioenergierüben 16 16

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18 Relative Ertragsentwicklung Niedersachsen Haben wir eine Ertragsschere?? Mais 45,8 t/ha Zuckerrüben 54,7 t/ha Winterweizen 89,2 dt/ha Jahr x Bioenergierüben 18

19 Gaserträge Nds Gaserträge Nds Mais ZR ZR mit Köpfen Mais ZR ZR mit Köpfen Ertrag in t/ha 44,55 58,64 63,33 Ertrag in t/ha 46,98 65,5 70,74 TS in % 32 23,5 23,5 TS in % 32 23,5 23,5 TS/ha 14,26 13,78 14,88 Biogas je kg/ts TS/ha 15,03 15,39 16,62 Biogas je kg/ts Biogas je ha Biogas je ha Differzenz 3,50% 11,79% Differzenz 9,63% 18,40% Bioenergierüben 19

20 Ertragsrelationen nach Bodengüte Ertragsrelationen nach Bodengüte Silomais 33% TS Silomais 33% TS Zucker t/ha Zuckerrüben TM t/ha Differenz Mais- Rüben Differenz Mais- Rüben t TM/ha t TM/ha Zucker t/ha t TM/ha t TM/ha t TM/ha Kammer Hannover 16,9 15,4 13,3 17,68 2,2-0,78 Kammer Weser-Ems 16,4 14,9 13,7 18,14 1,2-1,74 Bodengüteklasse 1 (über 75,0 EMZ) 19,5 17,4 13,2 17,56 4,2 1,94 Bodengüteklasse 2 (65,1 bis 75,0 EMZ) 18,4 16,4 13,7 18,14 2,7 0,26 Bodengüteklasse 3 (55,1 bis 65,0 EMZ) 18,0 16,2 13,5 17,91 2,6 0,09 Bodengüteklasse 4 (45,1 bis 55,0 EMZ) 17,0 15,6 13,3 17,68 2,3-0,68 Bodengüteklasse 5 (35,1 bis 45,0 EMZ) 16,3 15,5 12,9 17,21 2,6-0,91 Bodengüteklasse 6 (25,1 bis 35,0 EMZ) 16,5 14,9 13,0 17,33 2,0-0,83 Bodengüteklasse 7 (bis 25,0 EMZ) 16,6 14,4 13,3 17,68 1,1-1,08 Niedersachsen 16,7 15,2 13,3 17,68 3,4-0, Bioenergierüben 20

21 Schlauchsilage mit Zuckerrüben Bioenergierüben 21

22 Schlauchsilage Folie zu teuer Einlagerung Aufwendig Entnahme Aufwendig Vergang bei Entnahme zu hoch Sickerwasseranfall (ungeklärt) Schlechte Ausnutzung der Silierflächen Bioenergierüben 22

23 Sind Lagunen eine Alternative? Bioenergierüben 23

24 Lagunen Sehr günstiger Lagerraum; 1/3 der Kosten Großes Potential zur Automatisierung Einfache und schlagkräftige Einlagerung Aber: Verluste nach heutigem Kenntnisstand viel zu hoch. Lösung: Oberfläche klein halten Entmischung Genehmigung? Bioenergierüben 24

25 Reinigungsband, Wäsche und Muser Bioenergierüben 25

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27 Einsilieren mit Mais Bioenergierüben 27

28 Einsilierung mit Mais Hervorragende Silage Höhere Lagerdichte Schnellere Silierung Nur ein Silo im Anschnitt Aber: Aufwendige Erntelogistik Je nach TS-Mais geringe Mengen ZR Ertragspotential der ZR wird verschenkt Bioenergierüben 28

29 120 t/h Anlagengröße, Organisation? Bioenergierüben 29

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31 Rüben häckseln Bioenergierüben 31

32 Zuckerrüben zu Mais Anteil Zuckerrüben zu Mais 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Mais 30 % TS Mais 32 % TS Mais 34 % TS 0, TS Mais Bioenergierüben 32

33 Frischverfütterung von Rüben Bioenergierüben 33

34 Einlagerung zur Ganzrübensilierung Bioenergierüben 34

35 Luftdichtigkeit ist oberstes Gebot Bioenergierüben 35

36 Der Stapel sackt um 40 % Bioenergierüben 36

37 Einsilierung ganzer Rüben Bioenergierüben 37

38 Sickersaftanfall % Bioenergierüben 38

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41 Blattbergung ist teuer Bioenergierüben 41

42 Blattbergung 4-7 t TM je ha Futterrüben im höheren Bereich Im Gegensatz zum Zuckerertrag weist der Blattertrag einen Zusammenhang zur Stickstoffdüngung Je o. TS gleiche Gaserträge, aber deutlich geringere Anteil ots Erntelogistik schwierig Konservierung noch ungeklärt Sehr wenig transportwürdig Bioenergierüben 42

43 Winterrüben als Alternative? Bioenergierüben 43

44 Zuckerrüben OK, aber keine Lagerstabilität Bioenergierüben 44

45 Kostenstruktur Versuchsgut Reinshof 2012 ZR Mais Differenz Saatgut 247,24 197,42 49,82 Dünger 82,9 172,42-89,52 Pflanzenschutz 233,45 64,18 169,27 Direktkosten 563,59 434,02 129,57 AEK ohne Ernte Summe DK + AEK 773,59 655,02 118, Bioenergierüben 45

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48 Bioenergierüben 48

49 Kostenvergleich je ha: Mais mit verschiedenen Zuckerrübenverfahren Mais Zuckerrüben Zuckerrüben Zuckerrüben Zuckerrüben Zuckerrüben frisch frisch + waschen waschen + waschen + waschen + zerkleinern Folie einsilieren Ertrag in dt cbm Gas 8565,7 9893, , , , ,03 KWh Direktkosten AEK frei Feld Summe DK und AEK Kosten je KWh in ct 1,77 1,70 1,70 1,70 1,70 1, Bioenergierüben 49

50 Mais Zuckerrüben Zuckerrüben Zuckerrüben Zuckerrüben Zuckerrüben frisch frisch + waschen waschen + waschen + waschen + Erntekosten Transport Substrat(1,5 Km) Transport Gärsubstrat(1,5 Km) Anrechenbarer Gärsubstratwert Walzen 60 Rübenmaus Wäsche Zerkleinern Folienschlauch 143 Kosten Feld - Silo Lagerkosten 143,4 203,7 Kosten frei Silo (o.nk) Kosten je dt frei Silo 2,58 2,04 2,34 2,49 2,55 2,59 Kosten je KWh in ct 2,77 2,64 3,03 3,23 3,30 3,36 Kosten je KWh in ct incl. Silierverl. 3,01 2,64 3,03 3,23 3,59 3,65 Diff. Je ha zu Mais Diff. Je ha zu Mais incl. Silierverl Diff. Je ha zu Mais incl. Fl. NK Diff. Je ha zu Mais incl. zerkleinern Folie einsilieren 50

51 Kostenvergleich je ha: Mais mit verschiedenen Zuckerrübenverfahren Aus Sicht des Lieferanten Mais Zuckerrüben Zuckerrüben Zuckerrüben frisch + Fermenta- Frisch Zuckerrüb en Zuckerrüben Waschen + Waschen + Folienschl tionsvorteil Gleichgew auch Einsilieren Ertrag in dt Preis 3,00 2,80 3,30 2,42 1,80 1,81 Erlös Direktkosten Arbeitserledigungskosten frei Feld Summe DK und AEK Überschuss frei Halm 686, , ,48 849,45 419,98 426,87 Erntekosten Transport Substrat(1,5 Km) Transport Gärsubstrat(1,5 Km) Düngewert Gärsubstrat Kosten Feld - Anlage Kosten frei Anlage Gewinn 449,47 708, ,44 449,40 19,94 26, Bioenergierüben 51

52 Zuckerrüben in /dt 4 Verfahrensabhängiger Substitutionspreis (frei Hof) 3,5 3 2,5 2 frisch verfüttern 1,5 1 frisch verfüttern + Fermentationsvorteil waschen + silieren 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 Mais in /dt Bioenergierüben 52

53 Ziel: Rüben kostengünstig einsetzen Verfahrensschritte einsparen Waschen: Erdanhang ist auf typischen Rübenböden nicht unbedingt ein Problem (ca. 3-5 /t) Steine: Steinfreie Böden oder Steintrennung sind notwendig => wie tolerant ist die Anlage? Zerkleinern (1,5 /t): Tägliches Zerkleinern bedeutet hoher Verschleiß, hohe Kosten und evt. Atmungsverluste Zur Ernte stellt die Logistik hohe i.d.r. auch teure Anforderungen Einsilieren mit Mais bringt aufgrund der frühen Ernte Ertragseinbußen von % (ca. 3 /t) Nutzung von vorhandenen Bioenergierüben Lager bringt ca. 3 /t 53

54 Warum gehen die Empfehlungen soweit auseinander Maissilage wird von vielen ein höherer ots-gehalt zugeschrieben Zusätzliches Ertragspotential der Rübe wird nicht berücksichtigt Optimaler Erntezeitpunkt Höheres Köpfen Höhere N-Düngung Sorten ohne Saftreinheit Kombinatorischen Effekte in der Anlage nicht berücksichtigt Vorteil durch höhere Abbaurate bleibt unberücksichtigt Flächennutzungskosten nicht berücksichtigt Biologischen und physikalischen Vorteile werden nicht eingerechnet Bioenergierüben 54

55 Zusammenfassung: 1. Rüben haben hervorragende Gäreigenschaften 2. Die Methanerträge der Rübe sind auch ohne Blatt i.d.r % über Mais 3. Die Produktionskosten liegen mehr als 0 15 % über denen des Maises 4. Daher kommen Rüben dann in Frage, wenn Fermentationsvorteile realisiert werden können 5. Die können schnell mehr als 350 /ha ausmachen 6. Die Verarbeitungs- und Lagerungskosten können den Anbau schnell unwirtschaftlich machen 7. Frisch verfüttern spart 1. Silierkosten 2. Silierverluste 3. Lagerungskosten 4. Und ist daher die wirtschaftlichste Möglichkeit 8. Je mehr Rüben in der Mischung sind, umso weniger der genannten Vorteile können realisiert werden Bioenergierüben 55

56 Eine gute Rübenernte 2013 März 2010 Vielen Dank Bioenergierüben 56