Konzepte energiesparender Mechanisierung in der Pflanzenproduktion

Transkript

1 Konzepte energiesparender Mechanisierung in der Pflanzenproduktion Dr. Markus Demmel Institut für Landtechnik und Tierhaltung Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft LfL Jahrestagung 2008 Pflanzenbau unter neuen Preis-Kosten-Bedingungen Sparkassenakademie Landshut 4. November 2008 Demmel ILT1 081 Dm008-1

2 Gliederung 1. Energie- und Getreidepreise 2. Energieeinsatz in der Pflanzenproduktion 3. Kurzfristig realisierbare Einsparungsmöglichkeiten 4. Weitergehende Maßnahmen 5. Energiesparende Konzepte in der Pflanzenproduktion 6. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 7. Weitere Informationen Demmel ILT1 081 Dm008-2

3 Weizenpreis [$/t] Rohölpreis [$/barrel] 1. Entwicklung der Energie- und Getreidepreise Entwicklung der Weizen- und Rohölpreise (CBOT und OPEC) Entwicklung Rohöl- und Weizenpreis Weizenpreis [$/t] Rohölpreis [$/barrel] Jahr Quellen: USDA ERS, Mineralölwirtschaftsverband e.v. Demmel ILT1 081 Dm008-3

4 Brotweizenpreis [ /t] Preis Dieselkraftstoff [Ct/l] 1. Entwicklung der Energie- und Getreidepreise Entwicklung der Brotweizen- Diesel- und Dieselkraftstoffpreise Brotweizenpreise (Bayern) Brotweizenpreis [ /dt] Dieselpreis [Ct/l] Jan 05 Jul 05 Jan 06 Jul 06 Jan 07 Jul 07 Jan 08 Jul 08 Jan 09 Monat/Jahr Quellen: BBV, Mineralölwirtschaftsverband e.v. Demmel ILT1 081 Dm008-4

5 2. Energieeinsatz in der Pflanzenproduktion Dieselbedarf bei unterschiedlicher Mechanisierung des Produktionsverfahrens Winterweizen (nach KTBL) Bestellverfahren Treibstoffbedarf [l/ha] Boden schwer Boden mittel Boden leicht 2 ha 5 ha 10 ha 2 ha 5 ha 10 ha 2 ha 5 ha 10 ha wendend nicht wendend Direktsaat Demmel ILT1 081 Dm008-5

6 2. Energieeinsatz in der Pflanzenproduktion Dieselbedarf des Produktionsverfahrens Winterweizen bei unterschiedlicher Mechanisierung und variierenden Bedingungen (nach KTBL) Bestellverfahren Treibstoffbedarf [l/ha] Boden schwer Boden mittel Boden leicht 2 ha 5 ha 10 ha 2 ha 5 ha 10 ha 2 ha 5 ha 10 ha wendend nicht wendend Direktsaat Demmel ILT1 081 Dm008-6

7 2. Energieeinsatz in der Pflanzenproduktion Anteil des direkten Energieverbrauchs (Kraftstoff, Heizöl) an den Kosten in der Pflanzenproduktion (nach LfL IAB und KTBL 2008) Aufwand Winterweizen (A-Weizen, 80 dt/ha) Körnermais (100 dt/ha) variable Kosten direkte Energie variable Kosten direkte Energie Saatgut 86, ,- -- Pflanzenschutz 121, ,- -- Mechanisierung 170,- 110,- 174,- 110,- Ernte (ÜMV) 120,- 25,- 145,- 25,- Düngung 395, ,- -- Versicherung 25, ,- -- Trocknung ,- 375,- Aufbereitung Gesamtkosten 917,- 135,- (15%) 1.611,- 510,- (32%) Demmel ILT1 081 Dm008-7

8 3. Kurzfristig realisierbare Einsparungsmöglichkeiten Einsparung von Kraftstoff beim Traktoreinsatz Arbeiten / Fahren mit reduzierter Motordrehzahl Sorgfältige, regelmäßige Wartung (Luftfilter, Kühlung) Anpassen des Traktors an die Einsatzbedingungen (Reifeninnendruck, Ballastierung) Anpassen der Geräte an die Einsatzbedingungen (Geräteeinstellung, Geräteeinsatz). Demmel ILT1 081 Dm008-8

9 3. Kurzfristig realisierbare Einsparungsmöglichkeiten Einsparung von Kraftstoff beim Traktoreinsatz Arbeiten / Fahren mit reduzierter Motordrehzahl Drehmoment Vollastkennlinie eines modernen Traktormotors Motorleistung Quelle: AGCO GmbH Fendt 933 Vario spez. Kraftstoffverbrauch Demmel ILT1 081 Dm008-9

10 3. Kurzfristig realisierbare Einsparungsmöglichkeiten Einsparungsmöglichkeiten beim Arbeiten und Fahren mit reduzierter Motordrehzahl (verändert nach Uppenkamp und Fröba, 2008). Einsatzbereich Maßnahme - Technik Einsparmöglichkeit Zugarbeiten (Feld) Moderner Dieselmotor + lastschaltbare oder stufenlose Getriebe Elektronisches Motor-Getriebe-Management bis 30% bis 45% Zugarbeiten Straße Fahrgeschwindigkeit 40 km/h mit Getriebe für 50 km/h Höchstgeschwindigkeit bis 22% Zapfwellenarbeiten Sparzapfwelle bis 20% Demmel ILT1 081 Dm008-10

11 3. Kurzfristig realisierbare Einsparungsmöglichkeiten Einsparung von Kraftstoff beim Traktoreinsatz Arbeiten / Fahren mit reduzierter Motordrehzahl Sorgfältige, regelmäßige Wartung (Luftfilter, Kühlung) Anpassen des Traktors an die Einsatzbedingungen (Reifeninnendruck, Ballastierung) Anpassen der Geräte an die Einsatzbedingungen (Geräteeinstellung). Veränderung des Zugkraftbedarfes durch falsche Pflugeinstellung Zugpunkt und Seitenneigung falsch Zugpunkt falsch eingestellt Quelle: top agrar 10/2004 optimale Einstellung 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% rel. Zugkraft Demmel ILT1 081 Dm008-11

12 3. Kurzfristig realisierbare Einsparungsmöglichkeiten Modellberechnung der kurzfristig realisierbaren Kraftstoffeinsparung (100 ha, Fruchtfolge WG-CCM-WW) (verändert nach Uppenkamp u. Fröba 2008) Arbeitsverfahren Häufigkeit Ausgangssituation reduzierte Motordrehzahl Wartung Ballast bei Zugarbeiten variable Pflugtiefe 1/Jahr l/ha l/jahr -20% -2,5% -5% -10% Grubbern flach 1 9, Grubbern mittel 0,67 11, Pflügen mit Packer 1 28, Getreide säen (KE+DM) 0,67 12, Mais säen 0,33 7, Dünger streuen 2 2, Gülle ausbringen 1 8, Spritzen 5 2, Erntetransport 1 4, Sonstige Arbeiten Gesamt Einsparung Demmel ILT1 081 Dm008-12

13 3. Kurzfristig realisierbare Einsparungsmöglichkeiten Modellberechnung der kurzfristig realisierbaren Kraftstoffeinsparung (100 ha, Fruchtfolge WG-CCM-WW) (verändert nach Uppenkamp u. Fröba 2008) Arbeitsverfahren Häufigkeit Ausgangssituation optimierte Geräteeinstellung red. Reifeninnen -druck Einsparungspotential kurzfristiger Maßnahmen 1/Jahr l/ha l/jahr -15% -10% Grubbern flach 1 9, % Grubbern mittel 0,67 11, % Pflügen mit Packer 1 28, % Getreide säen 0,67 12, % (KE+DM) Mais säen 0,33 7, % Dünger streuen 2 2, % Gülle ausbringen 1 8, % Spritzen 5 2, % Erntetransport 1 4, % Sonstige Arbeiten % Gesamt % Einsparung Demmel ILT1 081 Dm008-13

14 4. Weitergehende Maßnahmen Ausrüstung von Traktoren und Geräten mit Technik zum Kraftstoffsparen Auswahl von Traktoren mit geringerem Treibstoffbedarf Auswahl von Geräten mit geringerem Leistungsbedarf Produktions- und Arbeitsverfahren grundlegend verändern: Verringerung der Bearbeitungsintensität (Bodenbearbeitung) Verzicht auf Arbeitsgänge Transportverfahren neu organisieren (LKW anstatt Traktor) Demmel ILT1 081 Dm008-14

15 4. Weitergehende Maßnahmen Ausrüstung von Traktoren und Geräten mit Technik zum Kraftstoffsparen Ermittlung des Kraftstoffverbrauches, der wahren Fahrgeschwindigkeit und des Schlupfes mit elektronischer Motorsteuerung, Radarsensor und Bordcomputer Quellen: Dickey John, AGCO Corporation Demmel ILT1 081 Dm008-15

16 4. Weitergehende Maßnahmen Ausrüstung von Traktoren und Geräten mit Technik zum Kraftstoffsparen Auswahl von Traktoren mit geringerem Treibstoffbedarf Auswahl von Geräten mit geringerem Leistungsbedarf Quelle: profi 4/2006 Demmel ILT1 081 Dm008-16

17 4. Weitergehende Maßnahmen Produktions- und Arbeitsverfahren grundlegend verändern: Verringerung der Bearbeitungsintensität (Bodenbearbeitung) Verzicht auf Arbeitsgänge Quelle: Amazonen Werke Demmel ILT1 081 Dm008-17

18 5. Neue Konzepte Optimierung der Schlaggrößen, Schlagformen und Strukturen Einfluss der Schlaggröße auf den Dieselverbrauch (nach FRÖBA) Arbeiten Relativer Treibstoffverbrauch bei Schlaggröße 1 ha 2 ha 5 ha 10 ha 20 ha mit hohem Leistungsbedarf 100% 94% 90% 89% 88% mit geringem Leistungsbedarf 100% 77% 64% 58% 55% im 100 ha Beispielsbetrieb 100% 91% 85% 82% 81% Gewannebewirtschaftung, virtuelle Flurbereinigung,... Demmel ILT1 081 Dm008-18

19 5. Neue Konzepte Optimierung der Schlaggrößen, Schlagformen und Strukturen Einfluss der Schlagform auf den Dieselverbrauch (nach BERNHARDT) Schlagform Relativer Treibstoffverbrauch bei Schlaggröße 1 ha 2 ha 5 ha 10 ha 20 ha Rechteck 100% 100% 100% 100% 100% Quadrat 118% 116% 112% 109% 107% Gleichschenkeliges Dreieck 115% 114% 113% 110% 108% Spitzwinkeliges Dreieck 124% 123% 119% 116% 113% Gewannebewirtschaftung, virtuelle Flurbereinigung,... Demmel ILT1 081 Dm008-19

20 5. Neue Konzepte GPS basierte Lenksysteme für Landmaschinen Quellen: geo-konzept, John Deere, Krone Demmel ILT1 081 Dm008-20

21 5. Neue Konzepte GPS basierte Lenksysteme für Landmaschinen DGPS basierte Lenksysteme ermöglichen exaktes Anschlussfahren auch unter ungünstigen Bedingungen (Sicht, Ermüdung). Durch das Vermeiden von Überlappungen und alternative Wenderegimes kann bis zu 10% Arbeitszeit eingespart werden (KLÖPFER 2005). In einem ähnlichen Umfang kann auch Kraftstoff eingespart werden: 1,3-5,8% (HOLPP 2006) 5-10% (KLÖPFER 2005). Quelle: geo-konzept Demmel ILT1 081 Dm008-21

22 5. Neue Konzepte Strip Tillage Streifenbestellung bei Reihenfrüchten (Zuckerrüben, Mais) Quellen: Mark Bauer, Dawn Equipment, Horsch Von Nordamerika kommendes Verfahren, um ein hohes Ertragsniveau bei viel Ernterückständen und reduziertem Eingriff in den Boden zu sichern. Lockerung in Streifen bis 20 cm Tiefe im Herbst oder Frühjahr, in USA mit Düngung kombiniert. Demmel ILT1 081 Dm008-22

23 5. Neue Konzepte Strip Tillage Streifenbestellung bei Reihenfrüchten (Zuckerrüben, Mais) DGPS basierte Lenksysteme ermöglichen es exakt auf den gelockerten Streifen zu säen. Schützende Mulchschicht bleibt weitgehend erhalten. Krumentiefe Lockerung in cm breiten Streifen. Umsetzungen in Bayern bei Mais (Horsch). Quelle: Hermann, Hohenheim Ihinger Hof, Hohenheim bei Zuckerrüben Mehrertrag BZE + 10% zu Mulchsaat. Ihinger Hof, Hohenheim Reduzierung Dieselbedarf (ohne Ernte) um 25 % gegenüber Mulchsaat. USDA NRCS Energy Estimator kalkuliert für Körnermais Sojabohnen Fruchtfolge Einsparungen beim Treibstoffverbrauch von Strip Tillage gegenüber Conventional Tillage von 33%. Demmel ILT1 081 Dm008-23

24 5. Neue Konzepte Controlled Traffic Farming Regelfahrspurverfahren (Druschfrüchte) Basis Breite Spurweite 3 m Pflanzenschutz und Düngung ungeradzahliges Vielfaches der Basis Breite Quelle: CTF Europe Controlled Traffic Farming Regelfahrspurverfahren - strikte Trennung von Fahrspur und Fläche, auf der die Pflanzen wachsen. Demmel ILT1 081 Dm008-24

25 5. Neue Konzepte Controlled Traffic Farming Regelfahrspurverfahren (Druschfrüchte) Alle Feld- und Transportarbeiten erfolgen auf festgelegten Fahrspuren. DGPS basierte Lenksysteme ermöglichen das Einhalten der Fahrspuren. Bei 9 m Arbeitsbreiten werden etwa 15% der Fläche überfahren. In Australien in mehrjährigen Versuchen im Mittel 10% Mehrertrag. Quelle: Anken, FAT Reduzierung des Treibstoffverbrauches um bis zu 40% bei Bodenbearbeitung nach einigen Jahren festgestellt. In Australien 2006 mehr als 2 Mio. Hektar Ackerflächen in CTF. Das Forschungsprojekt AgroKlima Bayern untersucht CTF unter unseren Bedingungen. Demmel ILT1 081 Dm008-25

26 6. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 1. Je nach Produktionsverfahren, Intensität der Produktion, Bedingungen für die Produktion und Höhe des Rohölpreises beträgt der Anteil des direkten Energieaufwandes im Pflanzenbau zwischen 10% und 30%, bei Heil- und Gewürzpflanzen mit intensiver Trocknung eventuell 50% der variablen Kosten. 2. Maßnahmen zur Reduzierung des Energieaufwandes sollten zuerst dort ansetzten, wo günstige Voraussetzungen für Einsparungen bestehen und / oder wo der direkte Energieverbrauch am höchsten ist. Dies ist einerseits der Traktoreinsatz und auf der anderen Seite die Trocknung. 3. Kurzfristig lassen sich Einsparungen von bis zu 30% durch Arbeiten und Fahren mit reduzierter Motordrehzahl, durch optimierte Ballastierung und angepassten Reifeninnendruck und korrekt eingestellte Geräte erzielen. Die Trocknung mit Wärmerückgewinnung ermöglicht Einsparung bis zu 20%. Demmel ILT1 081 Dm008-26

27 6. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 4. Bei der Anschaffung neuer Maschinen und Geräte ist die Energieeffizienz bzw. der Energiebedarf zu berücksichtigen. Durch die stark schwankenden Energiepreise, die sicherlich weiter ansteigen werden, ist die ökonomische Bewertung der Energieeffizienz einer Maschine schwierig. 5. Neben den Maschinen und Geräten sind die gesamten Arbeits- und Produktionsverfahren auf ihren Energiebedarf hin zu überprüfen. Die Reduzierung der Intensität der Bodenbearbeitung, das Weglassen kompletter Arbeitsgänge, der Wechsel von Konservierungsverfahren, wie auch die Veränderung der Fruchtfolge kann Energieeinsparungen ermöglichen. 6. Weitergehende Konzepte, deren Effekte teilweise bekannt sind (Optimierung der Schlaggrößen und Schlagformen), bzw. über die für unsere Regionen noch keine belastbaren Informationen vorliegen (Strip Tillage, Controlled Traffic Farming) müssen untersucht und gegebenenfalls eingeführt werden. Demmel ILT1 081 Dm008-27

28 7. Weitere Informationen 1. DLG Merkblatt 339: Dieseleinsparung in der Pflanzenproduktion 2. KTBL Schrift 463: Energieeffiziente Landwirtschaft 3. KTBL Betriebsplanung Landwirtschaft 2008/ KTBL Schrift 460: Schlaggestaltung kostensenkend und bodenschonend 5. KTBL Dieselbedarfsrechner 6. KTBL Kalkulationsprogramm Unregelmäßige Schläge Demmel ILT1 081 Dm008-28