Chancen und Technologien der landwirtschaftlichen Energieproduktion

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1 Chancen und Technologien der landwirtschaftlichen Energieproduktion Franz Handler 2. Energietagung des LFZ Raumberg-Gumpenstein. Irdning, Oktober 2010 Kontakt: HBLFA FRANCISCO JOSEPHINUM WIESELBURG BLT - BIOMASS LOGISTICS TECHNOLOGY Rottenhauser Str. 1 Tel.: +43/7416/ A 3250 Wieselburg Fax: +43/7416/ franz.handler@josephinum.at 1 Inhalt 1. Ziele und Potentiale 2. Technologische Möglichkeiten zur Bioenergienutzung 3. Ergebnisse eigener Untersuchungen zur Produktion von Biomasse zur energetischen Nutzung 2 1

2 Anbau Energiepflanzen 2007 Quelle: Nationaler Aktionsplan für erneuerbare Energie 3 Biomasseaufkommen in PJ Primärenergie Vorgaben des nationalen Aktionsplans zur Erreichung eines Anteiles der erneuerbaren Energien von 34 % am Bruttoendenergieverbrauch (Richtlinie 2009/28/EC) Quelle: Nationaler Aktionsplan für erneuerbare Energie Jahr Biomasse gesamt Forst Bioabfälle Landwirtschaft Gesamt Landwirtschaft Inland

3 Verwendung der Biomasse 5 Potential bzw. erforderliche Flächen 2020 Realisierbares Potential 2020 laut Erneuerbarer Energie 2020 (BMLFUW): ha Rest- und Nebenprodukte Laut Nationalem Aktionsplan für erneuerbare Energie sind zusätzlich zu den 2007 verwendeten ~ ha erforderlich Biogas: Gülle, Mist, Bioabfälle ~ ha Ackerkulturen ~ ha Zwischenfrüchte ~ ha Grünland Kurzumtriebsflächen mit schnellwachsenden Baumarten ~ ha Acker- und Grünland Rest- und Nebenprodukte 6 3

4 Naturräumliche Gegebenheiten Anteil Dauergrünland an der landwirtschaftlichen Nutzfläche 7 Viehdichte 8 4

5 Energetische Nutzungspfade für agrarische Rohstoffe Quelle: ergänzt nach Kalt et al Energy Economics Group, TU Wien Acker Grünland Hackfrüchte Zuckerrübe Futterrübe Kartoffel Blätter Ethanol Rübe, Knolle Korn Getreide Weizen Roggen Triticale Mais Stroh Zwischenfrüchte Energiegras Riesenweizengras Ganzpflanze (Pelletierung / Brikettierung) Thermische Nutzung Ölsaaten Raps Sonnenblume Stroh Kuchen, Schrot Korn (Pelletierung / Pressung, Brikettierung) Extraktion (Pelletierung / Brikettierung) Öl Anaerobe Fermentation Feldfutter Gräser Klee / Luzerne Umesterung Mehrj. Energieplflanzen Kurzumtrieb Miscanthus Produktion Biokraftstoffe 2. Generation Kraftstoff Wärme / Strom & Wärme Wärme & Strom / Wärme & Kraftstoff Kraftstoff Kraftstoff Kraftstoff 9 Kurzumtrieb Kurzumtriebsflächen (Feldholz, Short Rotation Forestry, Short Rotation Coppice) = Anbau von schnellwachsenden Baumarten (Pappel, Weide) in kurzen Umtrieben (2-15 Jahre) auf landwirtschaftlichen Flächen zur Energie- oder Industrieholzproduktion 10 5

6 Produktionslinie Umtrieb unter 5 Jahre D10 bei Ernte unter 15 cm Erntetechnik gibt maximalen D10 vor Erntetechnik: Feldhäcksler, Bündler Pflanzgut: Stecklinge (rund 20 cm, 4 Augen) 11 Produktionslinie Umtrieb unter 5 Jahre Pflanzabstände Weide Pappel 150 cm 300 cm 75 cm cm 75 cm cm cm Stecklinge/ha Stecklinge/ha 12 6

7 Produktionslinie Umtrieb 5 Jahre und mehr D10 bei Ernte über 15 cm Erntetechnik: Forsttechnik Pflanzgut: Meist Ruten (60 bis 200 cm) Je länger die angestrebte Umtriebszeit (größere Stammdurchmesser), umso größer der Pflanzabstand 13 Voraussetzung für Stecklingssetzgeräte Perfekt vorbereiteter Boden - Bodenschluß der Stecklinge verbessert - Beikrautdruck wird verringert - Hanglagen - Erosionsproblem 14 7

8 Alternative für Grünlandflächen Bild: Dr. Mayer LK Stmk Bild: Dr. Mayer LK Stmk 20 % der Fläche werden bearbeitet Auf steilen Flächen Auf steinigen Flächen Hohe Kosten 15 Bild: Dr. Mayer LK Stmk Pflanzmaterial Vorbereitete Stecklinge (Länge: cm (4 Augen), Ø 7 25 mm) Weide Ruten (Länge: cm, Ø 7 25 mm) Pappel Weide Pappel 16 8

9 Leistung der Geräte PG Christbäume (2-reihig) SEHPS (2-reihig) Spapperi - TP200 (2-reihig) Energy Planter (2-reihig) Step Planter (4-reihig) Fahrgeschwindigkeit [km/h] Pflanzleistung Geräte [Stecklinge/h] Pflanzleistung pro AK [Stecklinge/h] 0,7 1,2 1,7 3,5 3, Pflanztechnik für Ruten Pflanztiefe: bis 40 cm erforderlich Händisch Erdbohrer Traktorbetriebener Erdbohrer Bilder:

10 Pflanztechnik für Ruten Pflanzmaschine für Hochstämme Wasserlanze Bild: 19 Pflege Stecklinge reagieren empfindlich auf Beikrautkonkurrenz 20 10

11 Chemische Beikrautregulierung Feldspritze Große Flächenleistung (große Arbeitsbreite, hohe Fahrgeschwindigkeit) Geringe Maschinenkosten 21 Chem. Beikrautreg. Pappel - Unterblattspritzung Fahrgeschw.: rund 8 km/h 22 11

12 Mech. Beikrautregulierung Reihenfräse Hackgeräte Federzinkenegge 23 Erntelinien Stammholzlinie Hackgutlinie 24 12

13 Hackgutlinie Feldhäcksler mit Spezialvorsatz Vorsätze verfügbar für Feldhäcksler von: Claas Krone New Holland John Deere Bild: Bild: John Deere Bild: Krone 25 Zeitbedarf pro Hektar Einfluss des Vorgewendes 1,4 Arbeitszeitbedarf des Feldhäckslers [AKh/ha] 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Pappel, 3 m, 0,9 min/wende, v = 5,0 km/h Pappel, 3 m, 0,5 min/wende, v = 5,0 km/h Wurzelstöcke nicht überfahren! Vorgewende mindestens 7 m, sonst erhöhter Zeitbedarf Schlaggröße [ha] 26 13

14 Hackgutqualität Hackgut entspricht G50 Mittelhackgut (ÖNORM M 7133) Hoher Feinanteil (Problem in der Plattenindustrie) Einzelne große Stücke Weide und Pappel Schüttdichte: kg/srm Trockenmassegehalt: % Robinie Schüttdichte: 350 kg/srm Trockenmassegehalt: 59 % 27 Hackgutlinie Fäller-Sammler mit Mobilhacker 2,6 m Außenbreite 10 m Reichweite des Kranarmes Fällersammler legt Bäume auf Schwad (bis 27 cm, bei größerem Durchmesser mehrmals hineinschneiden (bis 40 cm)) Bei Reihenabstand von 3 m 4 Reihen pro Schwad 28 14

15 Hackgutlinie Fäller-Sammler mit Mobilhacker 2,6 m Außenbreite Scheibenhacker (Hackgutqualität entspricht Anforderungen der Plattenindustrie) Container mit 20 m³ Bis 80 Srm/h 29 Miscanthus Deutsche Bezeichnung Chinaschilf C4-Pflanze (wie Mais) Dauerkultur, mit hohen Anlagekosten, die bis zu 20 Jahre genutzt werden kann und wenn der Ertrag zu stark abfällt, rekultiviert wird

16 Bodenvorbereitung und Pflanzabstand übliche Saatbeetbereitung und Standortansprüche wie bei Maisanbau Herbstfurche Abschleppen der Ackerfläche im Frühjahr Bereitung eines feinkrümmeligen Saatbeetes (Kreiselegge) 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm 100 cm Rhizome/ha 31 Rhizomernte 1. Freilegen 2. Mechanische Aufbereitung (Rototiller) 3. Händisch einsammeln und schneiden 32 16

17 Rhizomernte Vollmechanisierte Rhizomgewinnung Quelle: Anbau - Pflanztechnik Halbautomatische Pflanzmaschinen (2- oder 4-reihig) sind überwiegend adaptierte Kartoffellegemaschinen Flächenleistung (4-reihig): ca. 0,5 ha/h Anbau erfolgt Mitte April bis Mitte Mai Bei zu spätem Setzen erhöhte Gefahr der Frühjahrstrockenheit Setztiefe: 5 bis 8 (10) cm Anwalzen der entstandenen Dämme wird unbedingt empfohlen Quelle:

18 Anbau - Pflanztechnik Setzmaschinen mit Setzrohr aus Kunststoff Quelle: Quelle: Vortrag_Leaderregion_REGATTA_ pdf Abstand in der Reihe vom Bedienpersonal abhängig! 35 Ernte - einphasig Häckselguternte Pressen in Großpacken 3 m Schneidwerk im Frontanbau, 190 kw Traktor, Großpackenpresse Schneidwerkzeuge werden durch hohen Siliziumgehalt stark beansprucht! 36 18

19 Ernte Häcksler mit Presse Häckseln mit reihenunabhängigen Anbauhäcksler Pressen in Großpacken 200 bis 235 kg TM/m³ Quelle: 37 Ernte - mehrphasig Häckseln mit offenen Trommelboden Pressen in Großpacken (0,9x1,2x1,8-2,4m), v = über 10 km/h Traktor 190 kw, Massenstrom: über 20 t/h Feldhäcksler, 350 kw nur 2 Messer, offener Trommelboden 6 m oder 4,5 m Kempervorsatz (je nach Einsatzbedingungen, ca. 7km/h) 200 bis 235 kg TM/m³ 38 19

20 Maisspindel Maisspindel ist eine Koppelprodukt der Körnermaisproduktion Wird als Nebenprodukt der Saatmaisproduktion bereits genutzt (z. B. Verfeuerung in Saatmaistrocknung) Nutzungsmöglichkeiten Energetisch als Heizmaterial (lose, Briketts, Pellets) Stoffliche Nutzung z. B. Zuschlag zu Holzplatten, Mehrschichtplatten für Türen, Einstreu, Dämmmaterial, Ölbindemittel 39 Beschreibung der Maschine Umbauten am CASE Axial-Flow 7088 Kippbarer Spindeltank (10 m³) mit Kettenförderer Sieb, auf das Lieschen und Spindel nach Dreschrotor fallen Spindel werden von Lieschen getrennt und in den Spindeltank gefördert 40 20

21 Beschreibung der Maschine Abbunkern von Körnern und Spindeln 41 Arbeitszeitbedarf Maisdrusch Fläche: 4,2 ha Schlagform: Vieleck Gesamtzeit: 3,0 h 42 21

22 Zusammensetzung der Maiskolben Spindelanteil: 8,5 12,1 % 43 Entwicklung des Wassergehaltes in Korn und Spindel Wassergehalt in Spindel höher als im Korn Unterschied im Wassergehalt nimmt mit zunehmender Reife ab Einflüsse von Sorte, Standort und Witterungsverlauf gegeben 44 22

23 Lösen sich Lieschen von den Spindeln? Lösen sich Lieschen im Dreschorgan nicht von Spindel erhöhte Spindelverluste Sorteneigenschaft! 45 Ich stehe für Ihre Fragen gerne zur Verfügung! 46 23

24 Literatur Kalt, G., Kranzl, L., Adensam, H., Zawichowski, M., Stürmer, B., und Schmid, E. (2010): Strategien für eine nachhaltige Aktivierung landwirtschaftlicher Bioenergie-Potenziale. Projektendbericht im Programm Energie der Zukunft, Wien. Kaltschmitt M., Hartmann H. und Hofbauer H. (Hrsg.) (2009): Energie aus Biomasse. 2. Auflage, Springer, ISBN: Kopetz H., Moidl S. und Scheiber E. (2010): Nationaler Aktionsplan für erneuerbare Energie. Österreichischer Biomasseverband, AT 1010 Wien. BMLFUW (2009): Erneuerbare Energie Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft, AT 1010 Wien. Kolbe, Hartmut (2008): Einfache Verfahren zur Berechnung der Humusbilanz für konventionelle und ökologische Anbaubedingungen. Working paper, FB Pflanzliche Erzeugung, Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft, Leipzig. 47 Umsetzung von neuen Technologien Funktionierende Technologie muss vorhanden sein Die Schnittstellen zwischen den Verarbeitungsstufen müssen standardisiert sein Beispiel: Festbrennstoffkette und ihre Schnittstellen 48 24

25 Umsetzung von neuen Technologien Produktion muss ökologisch nachhaltig sein Gute landwirtschaftliche Praxis Energieeffiziente Produktion Nährstoffkreisläufe schließen Auf Humusbilanz achten! Humuszufuhr Art und Menge der zugeführten organischen Materialien Boden (Bodenart, Feinanteil, C/N- Verhältnis) Klima (Temperatur und Niederschlag) Humusabbau Kultur Anbauverfahren Boden (Bodenart, Feinanteil, C/N- Verhältnis) Klima (Temperatur und Niederschlag) Humussaldo Veränderung des Humusgehaltes im Boden 49 Umsetzung von neuen Technologien Verwendung muss ökologisch nachhaltig sein Energieeffizienz beachten Luftreinhaltung Geschlossene Nährstoffkreisläufe Gesellschaftliche Akzeptanz Diskussion Tank - Teller Die Rohstoffbasis muss gesichert sein Die Rohstoffabnahme muss gesichert sein Alle am Produktionsprozess beteiligten Partner müssen einen wirtschaftlichen Nutzen Rechtliche Rahmenbedingungen 50 25