Nachwachsende Rohstoffe in Sachsen Stand & Perspektiven. ENERTEC, 29. Januar 2013, Dr. Kerstin Jäkel

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1 Nachwachsende Rohstoffe in Sachsen Stand & Perspektiven ENERTEC, 29. Januar 2013, Dr. Kerstin Jäkel

2 Gliederung 1) Einleitung 2) Feste Biomasse 3) Flüssige Biomasse 4) Biomasse für Biogas 5) Zusammenfassung Dr. Kerstin Jäkel

3 1) Einleitung Mai 2012 Dr. Kerstin Jäkel

4 Klimaschutzziele der EU, der Bundesregierung und Sachsen Dr. Kerstin Jäkel

5 Regionale Betroffenheit der Erträge durch den Klimawandel kaum Beeinflussung bezüglich des Ertragsverhaltens in Westsachsen Ertragseinbuße vor allem bei wasserbedürftigen Fruchtarten wie Kartoffeln, Rüben, Weizen, Raps, Gräser In Ostsachsen stärkere Ertragsschwankungen Boden- und Klimaregion Erzgebirgskamm und -vorland, Vogtland Mittelsächsisches Lößgebiet Oberlausitz, Sächsische Schweiz Sächsisches Heidegebiet, Riesaer-Torgauer Elbtal Quelle: Albert (2008) Ertragsanstieg vor allem bei Fruchtarten mit hohen Wärmeanspruch wie Mais, Rüben und Weizen Dr. Kerstin Jäkel

6 Anbausituation Dr. K. Jäkel Quelle: FNR 2012

7 Pflanzen als Biomasse für die energetische Nutzung Mais Sorghum Ölpflanzen Raps Sonnenblume Stroh Holz Grünland Getreide Hackfrüchte Korn Raps Zuckerrübe Rutenhirse Miscanthus Gülle / Mist unverholzte Dauerkulturen Pflanzenöl / Zucker / Stärke Hackschnitzel / Pellets Vergärung Verbrennung Biogas Kraftstoff Wärme Dr. Kerstin Jäkel ENERGIE

8 Energiepflanzenanbau in Sachsen Fläche in ha mit Energiepflanzenprämie auf Stilllegungsfläche auf Basisfläche ohne EP-Prämie Dr. Kerstin Jäkel

9 Fruchtartenanteile in Sachsen Dr. Kerstin Jäkel Quelle: Statistisches Landesamt 2011

10 2) Feste Biomasse KUP Miscanthus Ruthenhirse Mai 2012 Dr. Kerstin Jäkel

11 Tätigkeiten des LfULG im Bereich feste Biomasse : - Schnellwachsende Baumarten (Plantagen, Streifenanbau) - Erprobung von mehrj. Gräsern zur Verbrennung - Energiepflanzenanbau auf schwermetallbelasteten Standorten - Immissionsschutz - Verwertung Dr. Kerstin Jäkel

12 Dauerkulturen zur Verbrennung (in ha) Bundesland KUP Mai 2012 Dr. Kerstin Jäkel Miscanthus 2009 Gesamt 2009 KUP 2010 Miscanthus 2010 Gesamt 2010 Baden-W. 125,1 239,0 364,1 202,5 273,6 476,1 Bayern 189,0 813, ,0 275,9 956, ,4 Brandenburg 700,0 7,0 707,0 1796,0 8, ,0 Hessen 199,0 136,5 335,5 211,0 166,0 377,5 Meck.-Vorp. 30,0 k. A. 30,0 k. A. k. A. k. A. Niedersachsen 485,0 115,7 600,7 500,0 145,0 645,0 Nordrhein-W. 98,0 311,0 409,0 141,0 381,0 522,0 Rheinland-P. 24,0 150,0 174,0 k. A. k. A. k. A. Saarland 4,8 1,6 6,4 k. A. k. A. k. A. Sachsen 155,0 17,0 172,0 133,1 23,2 172,0 Sachsen-A. 151,3 0,0 151,3 k. A. 0,0 k. A, Schleswig-H. 99,0 25,0 124,0 93,4 6,9 124,0 Thüringen 37,5 9,5 47,0 k. A, k. A. k. A. Deutschland 2.297, , , , , ,6 Quelle:

13 KUP-Flächen in Sachsen - darunter Versuchs-, Demonstrations-, Praxis- und Streifenanlagen - älteste noch bestehende KUP-Anlage 1998 gepflanzt - Ackerzahl zwischen 35 und 90 - Höhenlage 80 bis ca. 600 m über NN - mittlere Jahrestemperatur zwischen 6,5 und 9 C - jährliche Niederschlagsmenge zwischen 500 und 880 mm - Umtriebszeit meist 3 bis 5 Jahre, längere Umtriebe auf älteren Flächen Dr. Kerstin Jäkel Quelle: Dr. Grunert, A. Dietzsch LfULG

14 für Kurzumtrieb geeignete Arten Weide alle Arten (botanische Bezeichnung: Salix) Pappel alle Arten (botanische Bezeichnung: Populus) Robinie alle Arten (botanische Bezeichnung: Robinia) Birke alle Arten (botanische Bezeichnung: Betula) Erle alle Arten (botanische Bezeichnung: Alnus) Esche gemeine Esche (botanische Bezeichnung: Fraxinus F. excelsior) Eiche Steileiche (botanische Bezeichnung: Quercus Q. robur) Traubeneiche (botanische Bezeichnung: Quercus Q. petraea) Dr. Kerstin Jäkel

15 KUP-Flächen des LfULG Krummenhennersdorf (2 ha) < 3 ha 3,1-10 ha > 10 ha gerodet Dr. Kerstin Jäkel Köllitsch (10 ha) Quelle: Dr. Grunert, LfULG Bearbeitung: LfULG, Abt. 7 Fachdaten: SID, Datenbank SID_AuW_ _FB4_mdb Bearbeitungsstand: August 2011 Geobasisdaten: 2008 Staatsbetrieb Bearbeitung: Geobasisinformation LfULG, Abt. 7und Vermessung Sachsen Fachdaten: SID, Datenbank SID_AuW_ _FB4_mdb Bearbeitungsstand: August 2011 Geobasisdaten: 2008 Staatsbetrieb Geobasisinformation und Vermessung Sachsen

16 KUP-Ertragsprüfung des LfULG KUP Krummenhennersdorf Bestandesdichte: Stecklinge / ha, NS = 820 mm, T = 7,2 C, AZ = 45, Löß KUP Köllitsch Bestandesdichte: St. / ha, NS = 500 mm, T = 9,0 C, AZ = 70, AL ,0 18,4 15,7 18,4 15,1 19, ,3 12, ,9 6,4 4,1 5,1 3,5 4,4 0 4,4 8,3 7,9 5,9 7,0 8,4 5,5 3,1 Weser 6 Max 3 Hybride 275 Jorr Sven Tora Tordis Gudrun Max 3 Hybride 275 Muhle Larsen Inger Pegasu Japan Mix Pappel Weide Pappel Dr. Kerstin Jäkel 1. Rotation (3 Jahre) 2. Rotation (2 Jahre) Quelle: Dr. Grunert, LfULG

17 Chinaschilf Miscanthus sinensis x giganteus ausdauerndes Horstgras Heimatgebiet in Subtropen u. Tropen Wuchshöhe: 3 m Anlage von Rhizomen breites Bodenspektrum, optimal: sandige Lehme, Maisanbaulagen trockentolerant winterfest (ab 3. Standjahr) Ertrag: 8-16 t TM/ha Nutzungsdauer: ca. 20 Jahre Nutzung: Brennstoff (17,6 MJ/kg TM, Aschegehalt: 5 %), Industrierohstoff Dr. Kerstin Jäkel Quellen: bluestem.ca, biofuelsdigest.com, katynally.com

18 Miscanthusflächen des LfULG Spröda Zwenkau Roda Methau Kalkreuth Baruth Pommritz Diluvialstandort Lößstandort Kippenboden Auenboden Mai 2012 Dr. Dr. Kerstin Jäkel

19 Miscanthusflächen des LfULG Standortcharakteristik + Erträge [t/ha] Boden Methau Spröda Roda Kalkreuth Zwenkau Baruth Pommritz Lehm (L) Lö 4 anlehmiger Sand (Sl) D 3c Lehm (L) Lö 4b stark sandiger Lehm (SL) Al 3 Mischsubstr. Lehm/Sand Kippenboden anlehmiger Sand (Sl) D 5c Lehm- sandiger Lehm (L - sl) Lö 4c Ackerzahl Niederschlag (mm) 1) Temperatur ( C) 1) 8,4 8,8 8,6 8,5 8,6 8,6 8,6 Anlagejahr Prüfjahre Ø TM-Ertrag (t/ha) 13,8 11,4 25,6 20,0 11,1 9, ) langjähriges Mittel Zwenkau Dr. Kerstin Jäkel Diluvialstandort Lößstandort Kippenboden Auenboden Kalkreuth Quelle: Dr. Grunert & Groß-Ophoff, LfULG

20 Dr. Kerstin Jäkel Miscanthusernte

21 Rutenhirse Panicum virgatum ausdauernd / winterfest Wuchshöhe: 2,5 m Rhizombildung breites Bodenspektrum leicht erwärmbare Böden hoher Rohfaseranteil (Cellulose) Nutzungsdauer: ca Jahre Nutzung: Brennstoff (17 MJ/kg TM, Asche 5 %), [Ethanolgewinnung (ca l/ha)] Quelle: alsa.at Dr. Kerstin Jäkel

22 14 Ertragsprüfung in Köllitsch [t/ha] Anlagejahr: 2004 Köllitsch, Rutenhirse, versch. Sorten, Standorteigenschaften: Sl bis L, AZ 35-50, Böden der Elbaue, NS = 500 mm, T = 9,0 C 12 8,8 Ertrag t TM/ha atro ,4 6,6 6,7 5,6 6,6 2 0 Blackwell Cave in Rock Kanlow Pathfinder Trailblazer MW alle Sorten Ernte 2005 Ernte 2006 Ernte 2007 Ernte 2008 Ernte 2009 Ernte 2010 Ernte 2011 MW ab Dr. Kerstin Jäkel Quelle: Groß-Ophoff, LfULG

23 3) Flüssige Biomasse Mai 2012 Dr. Kerstin Jäkel

24 Tätigkeiten im Bereich flüssige Biomasse : - Nachhaltigkeit - Qualitätsmanagement Rapsölkraftstoff - Datenauswertung Einsatz Pflanzenölkraftstoffe Dr. Kerstin Jäkel

25 Ölsaatenverarbeitungsanlagen in Sachsen 25 Quelle: Dr. Grunert, LfULG

26 4) Biomasse für Biogas Fruchtfolge Mais Sorghum Zuckerrübe Hybridroggen Schau- / Versuchsflächen Mai 2012 Dr. Kerstin Jäkel

27 Tätigkeiten im Bereich Biomasse für Biogasanlagen: - Anbautechnik von Sorghumhirsen - Energiepflanzenanbau für D-Südstandorte zur Biogasproduktion - Prüfung von Gärrückständen in Energiefruchtfolgen - Optimierung von Energiefruchtfolgen - Ertragsprüfung von Hybridroggen - Verwertung über Biogasanlagen Dr. Kerstin Jäkel

28 Das Projekt EVA Erprobung von Energiefruchtfolgen FF 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 4. Jahr 1 Gerste + Ölrettich (SZF, GD) Mais Wintertriticale + Zuckerhirse (SZF) Winterroggen (Korn) 2 Sudangras 3 Mais 4 Sommerroggen + US Luzerne-Kleegras Grünroggen + Mais (ZF) Grünroggen + Sudangras (ZF) Luzerne-Kleegras Wintertriticale (Korn) Wintertriticale + Einj. Weidelgras (SZF) Luzerne-Kleegras 5 Hafer Wintertriticale Winterraps (Korn) Winterroggen (Korn) Winterroggen (Korn) Winterroggen (Korn) Winterroggen (Korn) 7 Versuchsstandorte in verschiedenen Ackerbauregionen Deutschlands Dr. Kerstin Jäkel

29 TM-Erträge der ertragreichsten FF 2 und 3 [dt/ha] 1) 2) 3) Kumulierter Ertrag in dt TM/ha 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 FF2 FF3 FF 2 FF 3 FF 2 FF Dr. Kerstin Jäkel ZwF WT WT S M GR GR M S Daten: EVA I ( ) 1) Trossin / SN Su3, AZ 31, 9,8 C, NS: 463 mm D- Standort 2) Dornburg / TH Ut4, AZ 65, 8,8 C, NS: 596 mm Löß-Standort 3) Ascha / BY ls, AZ 47, 7,5 C, NS: 807 mm V-Standort Zweitfrucht

30 Lösung: alternative Energiepflanzen in Fruchtfolgen Vorteile: - Erhöhung Artenvielfalt - Schaffung eines abwechslungsreichen Landschaftsbildes Erhöhung Akzeptanz des Energiepflanzenanbaus - Erhöhung Ertragsstabilität (Verteilung des Risikos) - weniger Pflanzenkrankheiten - Ausnutzung der gesamten Vegetationszeit (Zweikulturnutzung, Zwischenfrüchte) - bessere Verteilung von Arbeitsspitzen in landwirtschaftlichen Betrieben Dr. Kerstin Jäkel Sorghum sp.

31 Mais-Anbaufläche nach Bundesländern (in ha) Bundesland Körnermais Silomais Mais-Anbaufläche ges. Anteil Ackerfläche [%] Baden-Würtemb ,9 Bayern ,4 Brandenburg ,6 Hessen ,2 Mecklenb.-Vorp ,9 Niedersachsen ,4 Nordrhein-Westf ,6 Rheinland-Pfalz ,9 Saarland ,8 Sachsen ,4 Sachsen-Anhalt ,2 Schleswig-Holstein ,9 Thüringen ,3 Deutschland ges , Dr. Kerstin Jäkel Quelle: Stat. Bundesamt (2012)

32 Entwicklung des Maisanbaus in Sachsen Anbaufläche in T Hektar Dr. Kerstin Jäkel Mais total Silomais Körnermais Energiemais Quelle: Lütke Entrup & Kivelitz 2010

33 Steckbrief Sorghumhirsen Phänologie Sorghumhirsen im Vergleich zu Mais 33 Futterhirse Dr. Kerstin Jäkel Sudangrashybrid Körnerhirse Mais

34 I.Politischer Hintergrund Maisdeckel EEG 2012 II.Risikominimierung Ertragssicherheit auf leichten, trockenen Böden (Maiserträge unsicher) Anbau auf Bergbaurekultivierungsflächen möglich kaum Wildschäden III.Arbeitswirtschaftliche Aspekte Gründe für den Sorghumanbau günstige Arbeitszeitverteilung (flexible Saattermine, ZF-Anbau möglich) effiziente Verwertung von Gärresten/Gülle im Juni möglich IV.Ökologische Aspekte hohe Trockentoleranz (Klimawandel) hohes Wasser- und Nährstoffaneignungsvermögen geringer Krankheits- und Schädlingsdruck kein Wirt für Westlichen Maiswurzelbohrer geringerer Maiszünslerbefall Dr. Kerstin Jäkel Zimmermann (2009)

35 TM-Erträge [dt/ha] Projekt Sorghumhirsen Durchschnitt der Jahre Mais Sorghum bicolor Sorghum bicolor x sudanense D-Nord D-Süd Löß V Kippenboden Empfohlene Sorten: Sorghum bicolor: Goliath, KWS Zerberus, Herkules, KWS Odin, Biomasse 150 Sorghum bicolor x sudanense: Lussi, KWS Freya, Susu beste Abreife: Lussi (für Zweikulturnutzung!) Dr. Kerstin Jäkel Quelle: Zander / Theiß, LfULG

36 Fruchtarten- und Sortenprüfung TM-Ertrag von Sudangrashybriden und Futterhirsen auf D-Süd-Standorten im Vergleich zu Mais ( ) Prüfung Sortiment Trockenmasseertrag (dt/ha) Anzahl der Orte jährig Mais Sorghum bicolor x Sorghum sudanense (Sudangrashybride) 6-jährig Susu Lussi jährig GK Csaba King Jährig KWS Freya 160 Sorghum bicolor (Futter-/Zuckerhirse) 6-jährig Super Sile jährig Rona Goliath Sucrosorgho jährig KWS Zerberus Herkules jährig Sugargraze jährig Biomass KWS Odin 233 Amiggo Dr. Kerstin Jäkel TM-Ertrag auf oder über Maisniveau

37 Sortenempfehlung Sorghum die masseertragsbetonten Sorghum bicolor Sorten können insbesondere in der Anbauregion D-Süd (leichte Böden, Vorsommertrockenheit) ertraglich mit dem Mais konkurrieren auf den Lößstandorten können die besten Sorghum-Sorten das Ertragsniveau von Mais (in Abhängigkeit vom Wärmeangebot am Standort und der Jahreswitterung) in einzelnen Jahren erreichen Sortenwahl: Sorghum bicolor (Futterhirsen) eignet sich aufgrund der längeren Vegetationszeit ( Tage) vorrangig für den Hauptfruchtanbau Sortenempfehlung: Herkules, KWS Zerberus, Amiggo Sorghum b. x s. (Sudangrashybride) benötigt sortenabhängig kürze Vegetationszeiten ( Tage) zum erreichen akzeptabler TS- Gehalte (28 %) und ist daher prinzipiell besonders für den Zweitfruchtanbau geeignet Sortenempfehlung: Lussi, KWS Freya Dr. K. Jäkel

38 Optimierungsbedarf Probleme im Sorghumanbau und Lösungsansätze Problem Feldaufgang Jugendentwicklung TS-Gehalt zur Ernte Lager Lösungsansatz Züchtung: Kühletoleranz Frühsaatverträglichkeit Saatgutproduktion: Keimfähigkeit Agrotechnik: feines Saatbett, Züchtung: Kühletoleranz Züchtung: Frühreife, Kühletoleranz Züchtung: Standfestigkeit Agrotechnik: Sortenwahl, Bestandesdichte, Düngung Zeise (2012) Dr. Kerstin Jäkel

39 Entwicklung der Zuckerrübenanbaufläche im Gebiet des Verbandes Sächsisch-Thüringischer Zuckerrübenanbauer e.v Dr. Kerstin Jäkel Quelle: Verband Sächsisch-Thüringischer Zuckerrübenanbauer e.v.

40 Vorteile des Zuckerrübenanbaus Auflockerung der Fruchtfolgen Erhöhung des Hack- bzw. Blattfruchtanteiles, hoher Vorfruchtwert Abnahme des Krankheits- und Schädlingsdruckes mehr Artenvielfalt in der Kulturlandschaft bessere Verteilung des witterungs- und marktbedingten Risikos durch unterschiedliche Produktionszweige Brechung betrieblicher Arbeitsspitzen, effizienter Arbeitskräfteeinsatz Auslastung vorhandener Spezialtechnik (Sä- und Hackgeräte, Roder, Reinigungs- und Verladetechnik ) Produktion von benötigten Rohstoffen nach feststehenden Umwelt- und Nachhaltigkeitsrichtlinien (Cross Compliance) keine langen Transportwege (Brasilien) Dr. Kerstin Jäkel

41 Probleme des Zuckerrübenanbaus hoher Wasserbedarf Transpirationskoeffizient kg H 2 O/kg TM Humuszehrer Erosionsgefahr Bodenschutz (Ernte) Dr. Kerstin Jäkel

42 Positive Eigenschaften unterschiedlicher Rübenarten Dr. Kerstin Jäkel

43 Fazit Rübe Anbauumfang sollte mindestens gehalten werden die Rübe ist hervorragend als Biogassubstrat geeignet es gibt noch Fragen bei der verfahrenstechnischen Gestaltung eine ganzjährige Lagerung ist noch unwirtschaftlich, eine saisonale und extensive Nutzung ist jedoch wirtschaftlich unter normalen Bedingungen ist der Mais der ZR noch überlegen Dr. Kerstin Jäkel

44 Ertragsvergleich Mais Hybridroggen (4 Termine), Standort: Christgrün (V-Standort, Ls, H = 430 m ü. NN, AZ = 35, T = 7,4 C, NS = 722 mm) Trockenmasseertrag [dt/ha] TS-Gehalt [%] 10 0 H.-Roggen I H.-Roggen II H.-Roggen III H.-Roggen IV Mais 0 Ernte / EC / EC 83/ / EC / EC / EC 85 Sorte: Palazzo Sorte: NK Falkone Dr. Kerstin Jäkel

45 Aufschluss und Steigerung CH 4 -Ausbeute durch Bioextrusion Dr. Kerstin Jäkel Quelle: Maschinenbau Lehmann GmbH

46 Parzellenversuche Nachwachsende Rohstoffe Einjährige Kulturen Dauerkulturen B Triticale Zwischenfrucht Silomais Zuckerhirse Sudangras Durchw. Silphie Rutenhirse Cave in Rock Rutenhirse Kanlow Ungar. Energiegras PG 6 PG 8 PG 4 PG 5 PG 3 PG 2 PG 1 PG 7 Wiederholung A Ungar. Energiegras Rutenhirse Kanlow Rutenhirse Cave in Rock Durchw. Silphie Silomais Sudangras Zuckerhirse Triticale Zwischenfrucht PG 7 PG 1 PG 2 PG 3 PG 8 PG 5 PG 4 PG Dr. Kerstin Jäkel

47 5) Zusammenfassung Mai 2012 Dr. Kerstin Jäkel

48 Fazit: Anbaueignung von Energiepflanzen zur Biogasproduktion Fruchtart Eignung Vorteile Nachteile Mais +++ ökonomisch beste Fruchtart Ertragsschwankungen, Monotonie Sorghumhirsen +++ in einigen Jahren auf Maisniveau (Alternative v. a. für D-Standorten), Trockentoleranz Ertragsschwankungen, frostempf. Getreide-GPS +++ ertragsstabil mittleres Ertragsniveau So-Arten Wi-Arten Lu-Kleegr. ++ So-Arten aufgrund kürzerer Vegetationszeit % niedrigere Erträge als Wi-Arten Humusmehrer, ganzjährige Bodenbedeckung In trockenen Jahren: TS Ökonomie mehrschnittig Sonnenblume ++ Landschaftsbild niedriger TS-Gehalt, Ökonomie Biogasrübe ++(+) Ertrag, Inhaltstoffe (CH 4 -Ausbeute) Zweikulturnutzung + 2 Ernten pro Jahr, ganzj. Bodenbedeckung Ökonomie, Aufbereitung, TS- Gehalt Wasserhaushalt?, Ökonomie Dr. K. Jäkel

49 Ökonomie des Energiepflanzenanbaus Kriterium ME Mais Su. Gras Zu. hirse Getr. GPS Luz. Kleegras Kartoffel So. blume GPS Raps GPS Rog. Korn FM-Ertrag dt/ha TS % % TM netto dt/ha Methan m³/dt SG/Dü/PSM ct/m³ Arbeit ct/m³ Lager ct/m³ Anbau ges. ct/m³ Ergebnis /ha Gesamtwertung Standort: Trossin (AZ 31, D-Standort, warm-trocken, ) Dr. Kerstin Jäkel Quelle: Schaerff, LfULG

50 Zusammenfassung Es bestehen sehr spezifische Möglichkeiten für jeden Landwirtschaftsbetrieb Bioenergie zu gewinnen. Es gibt eine große Vielfalt an Energiepflanzen und Verwertungsmöglichkeiten. Es werden neue Kulturarten angebaut, angepasste Anbauverfahren und systeme entwickelt sowie Verwertungsvarianten effizienter gestaltet. Es besteht die Möglichkeit neue Einkommensquellen und Wertschöpfungspotentiale für die Landwirtschaft zu erschließen. Das LfULG ist zuständig für Wissenstransfer und Öffentlichkeitsarbeit. 50

51 Vielen Dank für f r die Aufmerksamkeit! Sächsisches Landesamt für r Umwelt, Landwirtschaft & Geologie Referat 71 Dr. Kerstin Jäkel Waldheimer Str Nossen kerstin.jaekel@smul.sachsen.de Telefon: Dr. Kerstin Jäkel