Bewertung alternativer Bereitstellungsverfahren für Hackschnitzel aus Kurzumtriebsplantagen

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1 Internationaler Agrarholz Kongress Berlin, Bewertung alternativer Bereitstellungsverfahren für Hackschnitzel aus Kurzumtriebsplantagen Janine Schweier, Gero Becker, Dirk Jaeger Professur für Forstbenutzung Professur für Forstliche Verfahrenstechnik Kontakt:

2 Das optimale Bereitstellungsverfahren wird durch verschiedene Parameter beeinflusst, z.b. dem angestrebten Produkt (z.b. Wassergehalt) der Infrastruktur vor Ort (Lagerungs- oder Trocknungsmöglichkeiten?) dem Gelände (Hang?) dem Boden (Befahrung mit Maschine möglich?) der Flächengröße der KUP der Erntemenge je Hektar der Maschinenverfügbarkeit etc. eine individuelle Entscheidung ist erforderlich Vorstellung verschiedener Verfahren 2

3 Übersicht Bereitstellungsverfahren Unterteilung nach den Ernteverfahren: 1. Einstufiger Verarbeitungsprozess (Gehölzmähhäcksler) Wirtschaftliche Bewertung Ökologische Bewertung 2. Zweistufiger Verarbeitungsprozess (Motorsäge) Wirtschaftliche Bewertung Ökologische Bewertung Berechnungsgrundlage: Projektfläche des Projekts Probiopa Flächengröße ca. 4 ha, 10% Hangneigung Biomassezuwachs ca. 8 t atro a ha (> 600 m NN., < 7 C) Rotationsdauer 4 Jahre, geplante Standzeit: 20 Jahre 3

4 Grundlage der wirtschaftlichen Berechnungen: Annuitäten Annuität, jährliche Rente Zu Grunde gelegte Annahmen Parameter Wert Einheit Flächengröße 4,5 ha a jährliche Annuität Diskontierung von Aufwand und Erlös auf den Anfangspunkt (Beachtung der Zeitachse) Eingangsdaten: Durchführung von Vollkostenrechnungen Pflanzzahl 6700 Stk/ ha Flächenpacht 300 /a/ha Umtrieb 4 jährig Standdauer 20 Jahre Biomasseverlust bei Ernte 5 % Kostensteigerung 1,6 %/Jahr Erlössteigerung (Hackschnitzel) 4 %/Jahr Zinsfuß 5 % Flächenprämie 300 //a/ha Versicherung & Gemeinkosten: 200 /a/ha Unterschiedlicher Biomasseanfall je Ernte 4

5 Grundlage der ökobilanziellen Bewertung: Life Cycle Analysis (LCA) Abschätzung potentieller Umweltauswirkungen mit Hilfe der Methode der Ökobilanz (DIN En ISO ) Maschinen, Energie etc. Emissionen Untersuchte Indikatoren 1. Erderwärmungpotential 2. Kumulierter Energieaufwand fossiler Energie 3. Energieeffizienz der verschiedenen Verfahren 5

6 Verfahren 1: Einstufiger Verarbeitungsprozess (Gehölzmähhäcksler, HS 50-55% WG) Grundlagen: Ermittlung der Ernteleistungen durch Arbeitszeitstudien Bsp. New Holland Ernteleistung t atro je Std. reine Arbeitszeit (RAZ) ist abhängig von Erntemenge je Hektar y= 6,75 + 0,501* t atro ha ProBioPa: bei Erntemenge von 27,5 t atro ha ergibt sich eine Leistung von 20,5 t atro h Ø 0,6 ha je Std. Gesamtarbeitszeit 6

7 Verfahren 1: Einstufiger Verarbeitungsprozess (Gehölzmähhäcksler, HS 50-55% WG) Flächenvorbereitung, Anbau, Pflege (Σ einmalige Kosten ca ha ) Ernte: durch Gehölzmähhäcksler (20 t atro ) Abtransport der Hackschnitzel (4 km) mit Schleppern (5-10 t atro ) Umladen &Transport per LKW (50 km) zu einem Heiz(kraft)werk (15-20 t atro ) Σ periodische Kosten Ernte &Transport ca.1400 ha Rekultivierung nach 20 Jahren (Σ einmalige Kosten ca ha ) Fotos: Schweier 7

8 Wirtschaftlichkeit Verfahren 1 (HS WG 50-55%) Annuität a ha Erlös 140 Erlös 130 Erlös 120 Erlös 110 Erlös 100 Erlös 90 Erlös 80 Erlös 70 Erlös 60 26,6 (7) 28,9 (8) 30,4 (9) 38 (10) 41,8 (11) 45,6 (12) 49,4 (13) 53,2 (14) Erntemenge t atro ha (Biomassezuwachs t atro a ha) - 5% erntebedingter Materialverlust Biomassezuwachs: 8 t atro a ha Annuität 61 a ha 8

9 Wirtschaftlichkeit Verfahren 1 (HS WG 50-55%) 1750 Annuität a ha Erlös 140 Erlös 130 Erlös 120 Erlös 110 Erlös 100 Erlös 90 Erlös 80 Erlös 70 Erlös 60 26,6 (7) 28,9 (8) 30,4 (9) 38 (10) 41,8 (11) 45,6 (12) 49,4 (13) 53,2 (14) Erntemenge t atro ha (Biomassezuwachs t atro a ha) - 5% erntebedingter Materialverlust Biomassezuwachs: 12 t atro a ha Annuität 436 a ha Erntemenge je Hektar hat einen signifikanten Einfluss auf die Kosten 9

10 Wirtschaftlichkeit Verfahren 1 +Trocknung der Hackschnitzel (HS WG 10-15%) Erhöhung der Wertschöpfung: Trocknung der Hackschnitzel (Kosten 10 t atro ) höherer Erlös ggf. niedrigere Transportkosten 1750 Annuität a ha Erlös 140 Erlös 130 Erlös 120 Erlös 110 Erlös 100 Erlös 90 Erlös 80 Erlös 70 Erlös 60 26,6 (7) 28,9 (8) 30,4 (9) 38 (10) 41,8 (11) 45,6 (12) 49,4 (13) 53,2 (14) Erntemenge t atro ha (Biomassezuwachs t atro a ha) - 5% erntebedingter Materialverlust Biomassezuwachs: 8 t atro a ha Annuität 395 a ha Biomassezuwachs: 12 t atro a ha Annuität 944 a ha 10

11 Ökobilanz Verfahren 1 (HS WG 50-55%) kg CO2-Äq. t atro Erderwärmungspotential (GWP 100 ) 26,6 (7) 28,9 (8) 30,4 (9) 38 (10) 41,8 (11) 45,6 (12) 49,4 (13) 53,2 (14) Erntemenge t atro ha (Biomassezuw achs t atro a ha) -5% erntebedingter Materialverlust Auch bei der energetischen Bilanz hat die Erntemenge je Hektar einen signifikanten Einfluss auf die Umweltwirkungen 11

12 Ökobilanz Verfahren 1 (HS WG 50-55%) 25 GWP (kg CO 2 - Äq. t atro ) kg CO2- Äq. je t atro erntefrische Hackschnitzel 0 Stecklingsproduktion Bodenvorbereiung Pflanzung Kulturpflege Ernte + Kurztransport Herbizide nach Ernte Transport zum Werk Rekultivierung Verfahren 1 1. Erderwärmungspotential GWP ,2 kg CO 2 - Äq. t atro 2. Energieaufwand fossiler Energie 750 MJ- Äq. t atro 3. Energieeffizienz 25/ 1 (55% WG) 12

13 Ökobilanz Verfahren 1+ Trocknung der Hackschnitzel (HS WG 105%) 25 GWP (kg CO 2 - Äq. t atro ) kg CO2- Äq. je t atro getrocknete Hackschnitzel 0 Stecklingsproduktion Bodenvorbereiung Pflanzung Kulturpflege Ernte + Kurztransport Trocknung Herbizide nach Ernte Transport zum Werk Rekultivierung Verfahren 1 Verfahren 1+ Trocknung 1. Erderwärmungspotential GWP ,2 kg CO 2 - Äq. t atro 21,6 kg CO 2 - Äq. t atro 2. Energieaufwand fossiler Energie 750 MJ- Äq. t atro 583 MJ- Äq. t atro 3. Energieeffizienz 25/ 1 (50-55% WG) 32/1 (105% WG) 13

14 Einstufiges Verfahren: Restriktionen Bodenverhältnisse? Unebenheiten im Boden? Hangneigung? Zu kleine Fläche? geringe Erntemenge? Fotos: Schweier 14

15 Verfahren 2: Zweistufiger Verarbeitungsprozess (Motorsäge, HS WG 30%) eignet sich bei kleinen Flächen auch auf vernässten & steileren Flächen Fällleistung tatro je Std. Gesamtarbeitszeit: Ø 1,3 tatro h GAZ(0,9-1,7), Ø 0,05 ha h GAZ Rücken der Ruten erforderlich Austrocknung der Ruten über Sommer Hacken der Ruten Transport zum Abnehmer Produkt: luftgetrocknete Hackschnitzel Schweier & Becker Manuelle Ernte von Kurzumtriebsplantagen in Südwestdeutschland. AFJZ 183 (7/8):

16 Wirtschaftlichkeit Verfahren 2 (HS WG 30%) Eingangsdaten MS- Betriebsstunde Leistung Kosten 4 /h 2-3 tatro/h 1,60 / tatro Lohn (Hilfskräfte, Landwirt) 35 /h Kosten 14 / tatro Rücken Leistung Kosten /h 3 4 tatro/h 20 / tatro Hacken Leistung Kosten 200 / h 10 tatro/ h 20 / tatro Abfuhr (lokal, 8km) 5 10 / tatro [Abfuhr 50 km: 20 / tatro] Σ 63,10 / tatro + Schärfen der Ketten 16

17 Wirtschaftlichkeit Verfahren 2 (HS WG 30%) Erlös für luftgetrocknete Hackschnitzel (WG 30%): 120 tatro Biomassezuwachs: 8 tatro a ha Annuität: 26 a ha bei der gleichen Transportentfernung (50 km) wie in Verfahren 1 Annuität: 170 a ha bei lokaler Verwertung (8 km ) 17

18 Ökobilanz Verfahren 2 (HS WG 30%) kg CO2- Äq. je t atro 6 GWP100 (kg CO2- Äq. tatro ) 5 4 (8 km Transport per Schlepper) g n un io i t e k er du b o r o pr s nv g e n od k li c B e St P g un z n fla ltu Ku e nt r E ge lf e rp + 1. Erderwärmungspotential GWP Energieaufwand fossiler Energie 3. Energieeffizienz en k c Rü + n ke c Ha rt o p ns a Tr e ch i l rt (ö hm e bn ra He ) er id iz rb e ch na e nt r E lt i u k Re g un r vie Verfahren 2 14,4 kg CO2- Äq. tatro 514 MJ- Äq. tatro 36/ 1 (30% WG) [bei 50 km Transp.] [26,3] [707] [26/1] 18

19 Zusammenfassung professionell professionell 1+ Trocknung low- tech Verfahren 1 2 Wassergehalt (%) ca. 30 Leistung (ha h GAZ) 0,6 0,5 0,05 Transport (Km) [50] GWP (kg CO2-Äq tatro ) 32,2 21,8 14,4 [26,3] Energieeffizienz 25/1 32/1 36/1 [26/1] Annuität a ha (bei 8t atro a ha ) [26] Annuität a ha (bei 12t atro a ha ) [520]

20 Ausblick Stemster Zweistufiges Ernteverfahren, vollmechanisiert Ausnutzung der Lufttrocknung am Feldrand Ernte: alle 4 Jahre durch Mähsammler (Produkt: Ruten) Hacken der Ruten nach Lufttrocknung Leistung je Stunde reine Arbeitszeit (RAZ): Ø 11,3 tatro h RAZ; Ø 0,64 ha h RAZ Fotos: Schweier Produkt: luftgetrocknete Hackschnitzel Siehe Schweier & Becker Harvesting of short rotation coppice Harvesting trials with a cut and storage system in Germany. Silva Fennica 46(2):

21 Ausblick professionell professionell low- tech 1+ Trocknung 2 professionell Verfahren 1 Wassergehalt (%) ca. 30 ca.30 Leistung (ha h GAZ) 0,6 0,6 0,05 0,5 Transport (Km) GWP (kg CO2-Äq tatro ) 32,2 21,8 14,4 22,8 Energieeffizienz 25/1 32/1 36/1 28/1 273 Annuität a ha (bei 8t atro a ha ) Annuität a ha (bei 12t atro a ha ) Mähsammler

22 Janine Schweier Universität Freiburg Professur für Forstbenutzung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 22