DüV / StoffstrombilanzVO / Klimaschutz - Umsetzungsstrategien. aus Sicht der Düngemittelindustrie. Dr. Hans-Peter Wodsak, YARA GmbH & Co.

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1 DüV / StoffstrombilanzVO / Klimaschutz - Umsetzungsstrategien in die Praxis aus Sicht der Düngemittelindustrie Dr. Hans-Peter Wodsak, YARA GmbH & Co. KG, Dülmen

2 Ansatzpunkte für die Reduzierung von Treibhausgas- Emissionen im Rapsanbau è Emissionen aus der Bereitstellung mineralischer N-Dünger è bodenbürtige N 2 O-Emissionen (N-Düngeranwendung) N 2 O 36% P 2 O 5 5% K 2 O 1% CaO 2% Diesel 6% N-Dünger 50% (N-Düngerproduktion) Quelle: Kage, Pahlmann Relativer Anteil der wesentlichen Inputs beim Rapsanbau an den Gesamtemissionen von Treibhausgasäquivalenten. Annahme: 170 kg N/ha mineralische Düngung 2

3 Minimierung der Treibhausgas-Emissionen im Rapsanbau Reduktion von Treibhausgas (THG)-Emissionen bei der Produktion von Stickstoffdüngern Reduktion von THG-Emissionen bei der Anwendung von Stickstoffdüngern Vermeidung von Überdüngung und Erhöhung der N-Effizienz Düngeplanung Methoden der Pflanzenanalyse Vermeidung von Nährstoffmangel Einsatz von Inhibitoren Urease-Inhibitoren Nitrifikations-Inhibitoren Zusammenfassung 3

4 Minimierung der Treibhausgas-Emissionen im Rapsanbau Reduktion von Treibhausgas (THG)-Emissionen bei der Produktion von Stickstoffdüngern Reduktion von THG-Emissionen bei der Anwendung von Stickstoffdüngern Vermeidung von Überdüngung und Erhöhung der N-Effizienz Düngeplanung Methoden der Pflanzenanalyse Vermeidung von Nährstoffmangel Einsatz von Inhibitoren Urease-Inhibitoren Nitrifikations-Inhibitoren Zusammenfassung 4

5 Emission von Treibhausgasen bei der Produktion von Stickstoffdüngern CO 2 bei der Ammoniakproduktion nach dem Haber-Bosch-Verfahren Spaltung von Kohlenwasserstoffen / hoher Energieeinsatz durch hohe Temperaturen und Drücke Luftstickstoff (N 2 ) Ammoniak (NH 3 ) Wasserstoff (H) aus Erdgas oder Kohle 5

6 Der Energieverbrauch europäischer Ammoniakanlagen befindet sich inzwischen nahe dem theoretischen Minimum Lichtbogenverfahren Haber-Bosch (Kohle) Haber-Bosch (Öl/Gas) Haber-Bosch (Gas mit Steam-Reforming) Quelle: Jenssen,

7 Die Harnstoffproduktion in China erfolgt noch weitgehend auf Basis Kohle Produktion in 2015: ca. 70 Mill. t Harnstoff (ca. 40 % der Weltproduktion) Erdgas 30% Kohle 70% 7

8 Emission von Treibhausgasen bei der Produktion von Stickstoffdüngern CO 2 bei der Ammoniakproduktion Spaltung von Kohlenwasserstoffen / hoher Energieeinsatz durch hohe Temperaturen und Drücke N 2 O bei der Salpetersäureproduktion (Oxidation von Ammoniak über Platinnetzen) Aber: drastische Reduzierung der Lachgasemissionen durch Katalysatoren um ca. 90 % Luftstickstoff (N 2 ) Düngersorten: Nitrate (KAS, AN+S) NPK Wasserstoff (H) aus Erdgas oder Kohle Ammoniak (NH 3 ) Salpetersäure (HNO 3 ) 8

9 Lachgaskatalysatoren setzen N 2 O in N 2 und O 2 um 9

10 Entwicklung der Treibhausgas-Emissionen bei der Produktion von Ammoniumnitrat t CO 2 -Äqu. / t N ,1 3,7 3,7 2,7 0,8 2,0 N 2 O CO 2 0 Technologie vor 30 Jahren Quelle: nach Jenssen und Kongshaug, 2003 / Fertilizers Europe, 2014 Durchschnitt Europa 2006 Beste verfügbare Technik heute 10

11 Emission von Treibhausgasen bei der Produktion von Stickstoffdüngern CO 2 bei der Ammoniakproduktion Spaltung von Kohlenwasserstoffen / hoher Energieeinsatz durch hohe Temperaturen und Drücke N 2 O bei der Salpetersäureproduktion (Oxidation von Ammoniak über Platinnetzen) Aber: drastische Reduzierung der Lachgasemissionen durch Katalysatoren CO 2 wird verbraucht bei der Produktion von Harnstoff Aber: Wiederfreisetzung bei der Harnstoff-Hydrolyse im Feld Luftstickstoff (N 2 ) Düngersorten: Nitrate (KAS, AN+S) NPK Wasserstoff (H) aus Erdgas oder Kohle Ammoniak (NH 3 ) +CO 2 Salpetersäure (HNO 3 ) Harnstoff 11

12 Carbon Footprint im Pflanzenbau bei unterschiedlichen N-Düngern 100 % der gesamten THG-Emissionen Kalkammonsalpeter Harnstoff - die absoluten Emissionswerte sind bei beiden N-Düngern etwa gleich - Emissionen Feld Feldarbeiten Transport Produktion Quelle: eigene Berechnungen 12

13 Teilweise werden veraltete Daten zur Kalkulation der Emission von Treibhausgasen verwendet Verschiedentlich werden für nitrathaltige N-Dünger wie Kalkammonsalpeter (KAS) zu hohe Emissionen bei der Düngerherstellung angesetzt. Diese Daten berücksichtigen noch nicht die Reduzierung der Lachgasemissionen bei der Produktion von Salpetersäure durch spezielle Katalysatoren. Neueste Emissionsdaten wurden von Fertilizers Europe im Jahr 2014 veröffentlicht 13

14 Minimierung der Treibhausgas-Emissionen im Rapsanbau Reduktion von Treibhausgas (THG)-Emissionen bei der Produktion von Stickstoffdüngern Reduktion von THG-Emissionen bei der Anwendung von Stickstoffdüngern Vermeidung von Überdüngung und Erhöhung der N-Effizienz Düngeplanung Methoden der Pflanzenanalyse Vermeidung von Nährstoffmangel Einsatz von Inhibitoren Urease-Inhibitoren Nitrifikations-Inhibitoren Zusammenfassung 14

15 Optimierung der Düngung - Düngeplanung Düngeplanung Hauptziele bedarfsgerechte Versorgung der Pflanzen Vermeidung von Überdüngung und Auswaschung Beispiele Computerprogramme, Kalkulationen, Schätzrahmen, Simulationen (ISIP) Vorgaben der neuen Düngeverordnung sind einzuhalten è Programme müssen angepasst werden 15

16 Optimierung der Düngung - Pflanzenanalyse Rapool-Waage zur Ermittlung der bereits aufgenommenen N-Menge im Frühjahr Ernten und Wiegen der Frischmasse auf einem m 2 an 3-4 Stellen auf dem Schlag Kalkulation der N-Aufnahme 1 kg Frischmasse entspricht einem normal entwickelten Bestand und einer N-Aufnahme von 50 kg/ha Auswertung und Interpretation der Messergebnisse, z.b.: 16

17 Optimierung der Düngung - Pflanzenanalyse Die Smartphone App ImageIT kann die Rapool-Waage ersetzen und liefert vergleichbare Ergebnisse Smartphone mit Kamera und Internet Zugang zentraler Server Ihr Winterraps-Bestand hat aktuell oberirdisch ca. 120 kg N/ha aufgenommen. Die grüne Frischmasse beträgt ca. 21,7 t/ha. Dies ist das Ergebnis aus 8 von insgesamt 8 Fotos. Bei dem vorliegenden dichten Bestand kann das Messergebnis ungenau sein. Aufnahme und Übermittlung von Bildern Bildverarbeitung und Analyse mit Empfehlung Erhalten und Anzeigen der Empfehlung 17

18 Optimierung der Düngung - Pflanzenanalyse Teilflächenspezifische Stickstoff- Düngung Hauptziel Erhöhung der Stickstoff- Effizienz durch bessere Verteilung des Stickstoffs auf dem Feld Beispiele N-Sensoren, Satelliten, Drohnen 18

19 Die Zukunft: Zusammenführung und Verarbeitung verfügbarer Daten in Expertensystemen zur Düngung è Digital Farming Expertensystem Düngung 19

20 Optimierung der Düngung - Vermeidung von Mangel an anderen Nährstoffen Hauptziel: Vermeidung einer unnötig schlechten N-Verwertung Ermittlung des Nährstoffbedarfes: z.b. Schwefelschätzrahmen, Labor-Pflanzenanalyse Vorwinter-Entwicklung: Bestände bei Bedarf im Herbst unterstützen (N, S, P, K, Spurennährstoffe); DüV beachten 20

21 Minimierung der Treibhausgas-Emissionen im Rapsanbau Reduktion von Treibhausgas (THG)-Emissionen bei der Produktion von Stickstoffdüngern Reduktion von THG-Emissionen bei der Anwendung von Stickstoffdüngern Vermeidung von Überdüngung und Erhöhung der N-Effizienz Düngeplanung Methoden der Pflanzenanalyse Vermeidung von Nährstoffmangel Einsatz von Inhibitoren Urease-Inhibitoren Nitrifikations-Inhibitoren Zusammenfassung 21

22 Wirkprinzip von Inhibitoren 2 Typen von Inhibitoren verfügbar Urease-Inhibitoren inaktivieren das Enzym Urease und verlangsamen so die Harnstoff-Hydrolyse Nitrifikations-Inhibitoren wirken auf Bodenbakterien und verzögern die Nitrifikation von Ammonium zu Nitrat NH 3 Ammoniak NH 4 + Harnstoff NO 3 - Ammonium Nitrat Harnstoff- Hydrolyse Nitrifikation 22

23 Vergleich der Ammoniak-Verluste von Harnstoff, Harnstoff + NBPT und KAS N Verlust (% des gedüngten N) Tage nach N Applikation (d) Harnstoff KAS Harnstoff+NBPT Quelle: Institut für Pflanzenernährung und Umweltforschung Hanninghof 23

24 N 2 O-Emissionen nach Mineraldüngung ohne und mit Nitrifikationsinhibitor (2013) 600 kumulierte N 2 O-N-Emissionen (g N/ha) Reduktion im 3-jährigen Mittel um 56 % 0 Kontrolle Harnstoff Harnstoff+NI Quelle: Thiel et al. 2015, verändert 24

25 Minimierung der Treibhausgas-Emissionen im Rapsanbau Reduktion von Treibhausgas (THG)-Emissionen bei der Produktion von Stickstoffdüngern Reduktion von THG-Emissionen bei der Anwendung von Stickstoffdüngern Vermeidung von Überdüngung und Erhöhung der N-Effizienz Düngeplanung Methoden der Pflanzenanalyse Vermeidung von Nährstoffmangel Einsatz von Inhibitoren Urease-Inhibitoren Nitrifikations-Inhibitoren Zusammenfassung 25

26 Zusammenfassung THG-Emissionen bei der Herstellung von Stickstoffdüngern wurden durch technische Verbesserungen, besonders in West-Europa, deutlich reduziert. Die N-Düngemittelhersteller investieren in Forschung und Entwicklung, um THG-Emissionen beim Einsatz von N-Düngern zu minimieren: wissenschaftliche Methoden zur Optimierung der Stickstoffdüngung vermeiden Überdüngung Inhibitoren tragen zur Senkung von Treibhausgas- und Ammoniakemissionen aus applizierten Stickstoffdüngern bei 26

27 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 27