Nährstoffinputs, -outputs und N- Verluste zentral betriebener NawaRo-Biogasanlagen im süddeutschen Raum

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1 Nährstoffinputs, -outputs und N- Verluste zentral betriebener NawaRo-Biogasanlagen im süddeutschen Raum Kurt Möller, Rudolf Schulz, Torsten Müller, Institut für Kulturpflanzenwissenschaften Fachgebiet Düngung mit Bodenchemie

2 Einführung und Ziele Starker Ausbau der Erzeugung von Bioenergie in Biogasanlagen Vermehrte Kooperationen mehrerer Betriebe bzw. Errichtung nicht-landwirtschaftlicher Anlagen Es liegen kaum Untersuchungen zu den Auswirkungen auf die Stoffströme vor: Biogasanlage Innerbetrieblich Betrieb Biogasanlage Betrieb

3 Untersuchungsraum und -gegenstand Zwei zentral betriebene, nicht-landwirtschaftliche Biogasanlagen in der Oberpfalz (Bayern) BGA 1: ca. 700 kw Leistung, sog. Trockenfermentation Substratzukauf von einer Fläche von ca. 350 ha BGA 2: ca. 4 MW Leistung, sog. Trockenfermentation Substratzukauf von einer Fläche von ca ha Vergleiche wichtiger Bilanzparameter in 14 zuliefernden Betrieben vor und nach Einführung der BGA s

4

5 Material Methoden Biogasanlagen: Erfassung der Substratinputs Erfassung der Substratrückführung Erfassung der Nährstoffinputs durch Verrechnung der Inputmaterialien mit Tabellenwerten Erfassung der Nährstoffoutputs durch Verrechnung der Gärrest-Outputmengen mit regelmäßig durchgeführten Gärrest-Nährstoffanalysen Betriebe: Anbauflächenverhältnis Nährstoffinputs und outputs Düngung mit mineralischer und organischer Düngung

6 Auswirkungen der Einführung zentraler NaWaRo-Biogasanlagen auf die Gesamtmenge der organischen Düngung (kg N ha -1 ) im Landkreis Schwandorf Möller et al. (2011): Nutr. Cycl. Agroecosys. 89,

7 Nährstoffinputs über Substrate (BGA II) (in Klammern: %-Angaben) TM N P 2 O 5 K 2 O (1000 t) (t) (t) (t) Silomais 17,1 (77,7) 229 (62) 96 (67) 272 (64) Grassilage 4,3 (19,5) 111 (30) 41 (29) 132 (31) Kartoffeln 0,1 (0,5) 2 (0,5) 1 (0,5) 3 (0,7) Zw-frucht 0,5 (2,2) 12 (3,1) 4 (2,5) 16 (3,7) LKS 0,1 (0,6) 2 (0,5) 1 (0,6) 1 (0,2) Summe Möller et al. (2010): Nutr. Cycl. Agroecosys 87,

8 Gärrest-Trennung Schwandorf II Gärresttrennung: bei Vergärungstemperatur freier Luftaustausch 2-4x Mietenumsetzung

9 Durchschnittliche Nährstoffgehalte Gärreste TM (%) Gesamt- N (kg/t) NH4-N (% von Nt) ph P2O5 (kg/t) K2O (kg/t) Vollgärrest 10,1 6,1 41 7,9 2,2 5,1 6,0 Flüssiger Gärrest C/N 6,6 5,1 50 7,8 1,5 4,7 4,8 Fester 21,8 6,5 41-4,5 4,4 14,4 Gärrest 1) 1) Unmittelbar nach Separierung Möller et al. (2010): Nutr. Cycl. Agroecosys 87,

10 Abschätzung der N-Flüsse und der N-Verluste nach der Fest-Flüssig-Separierung BGA 2 Total-N-Output: 382 liquid effluents: 279 Solid effluents: 103 storage: Gaseous N-losses: N 2, NH 4 -N: N 2 O-N: traces Sum: 0-1% Gaseous N-losses: N 2, NH 4 -N: N 2 O-N: Sum: ca. 37.5% Storage and turnings: Applied N amounts: 277 Gaseous N-losses: NH 4 -N: ca % Gaseous N-losses: NH 4 -N: ca. 5-10% Applied N amounts: Applied soil N amounts after 60.1 subtraction gaseous N-losses: 296 Möller et al. (2010): Nutr. Cycl. Agroecosys 87,

11 Monatliche N-Inputs über zugeführte Substrate in der Biogasanlage 1 (Mittelwerte ) Möller et al. (2010): Nutr. Cycl. Agroecosys 87,

12 Derzeitiger N-Fluss und N-Konzentration der Gärreste nach Haupt-Ausbringungszeitpunkten 7 6 N-Gehalt (% in TM) Herbst 0 Frühjahr Sommer Herbst Ausbringungsperiode Frühjahr Sommer

13 Nitratauswaschungsverluste nach Rindergülle-Düngung (% der applizierten N-Menge) auf Grünland in Abhängigkeit des Ausbringungsmonats N-Verluste (%) September Oktober November Dezember Januar Ausbringungstermin Nach Smith und Chambers, 1993

14 Optimierung Gärsubstratmanagement

15 50 Einfluss der Gär-Substratart auf N-Flüsse (kg/t FM) und N-Gehalt (% in der TM) im Gärrest kg N/t Gärrest % in der TM Getreidekorn LKS intensives Grünland Ackergras extensives Grünland Getreide-GPS Silomais Sudangras Kartoffeln Hirse ZR-Blatt Zuckerrüben 0 N-Fluss N-Gehalt Möller et al. (2010): Nutr. Cycl. Agroecosys 87,

16 Vergleich der monatlichen N-Inputs über zugeführte Substrate in BGA 1 (status quo vs. optimiertes Management) Möller et al. (2010): Nutr. Cycl. Agroecosyst. 87,

17 Optimierter N-Fluss Gärreste nach Ausbringungseitpunkten nach einer einfachen Optimierung 6 5 Herbst N-Gehalt (% in TM) Frühjahr Sommer Herbst Ausbringungsperiode Frühjahr Sommer Möller et al. (2010): Nutr. Cycl. Agroecosyst. 87,

18 Einfluss des TS-Gehaltes von Silomais auf Volumenreduktion während des Vergärungsprozesses kg water and dry matter per Mg fresh matter Substrate with 28 % dry matter Before digestion After digestion Substrate with 40 % dry matter Before digestion Volume reduction After digestion Dry matter flow Water flow Möller et al. (2010): Nutr. Cycl. Agroecosys 87,

19 Notwendige Gärrestdüngung (t) zum Ausgleich der Nährstoffentzüge (N, P, K) Vollgärrest Fugat Sep. Feststoff N P K N P K N P K Silomais 0,7 0,8 1,0 0,8 1,2 1,1 0,7 0,4 1,2 LKS 1,3 1,4 0,7 1,5 2,2 0,8 1,2 0,7 0,8 Intensives Grünland 1,4 1,4 1,9 1,7 2,1 2,1 1,3 0,7 2,3 Möller et al. (2011): Nutr. Cycl. Agroecosys 89,

20 Zusammenfassung Erhebliche Emissionen im Zusammenhang mit dem Gärrestmanagement Optimierung des Substratmanagements in der BGA ermöglicht eine Effizienzsteigerung der N-Allokation des Gärrest-N Erhebliche Ausweitung der org. Düngung Anstieg der org. Düngung im Herbst bei Einengung der Möglichkeiten einer sinnvollen Verwertung Erhebliche Intensivierung der Hoftor-Nährstoffströme steigende Gefahr von Nährstoffungleichgewichten durch verschiedenartige N:P:K-Verhältnisse in Gärsubstrat und Gärrest

21 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Leitfaden: Mit Gärresten richtig Düngen aktuelle Informationen für Berater verfügbar unter

22 Optimierter N-Fluss Gärreste nach Ausbringungszeitpunkten nach einer einfachen Optimierung derzeit Einfache Optimierung Herbst Herbst Frühjahr Frühjahr Sommer Sommer Möller et al. (2010): Nutr. Cycl. Agroecosyst. 87,

23 N-Aufnahme und Nitratauswaschungsverluste nach Jauche-Düngung (% der applizierten N-Menge) auf Grünland in Abhängigkeit des Ausbringungsmonats 80 Wiederfindungsrate des Jauche-N (%) Juli 15. August 5. September 26. September 16. Oktober 6. November N-Aufnahme Grünland (%) mineralischer Rest-N im Boden zu Vegetationsende (%) Nach Cuttle und Scholefield, 1995

24 Einfluss des TS-Gehaltes von Silomais auf die N-Frachten je m³ im Gärsubstrat und im Gärrest 14 kg N per ton fresh matter N-Aufkonzentrierung durch Volumenreduktion Dry matter content of silage maize as substrate (%) N flows in the substrate N flows in the effluents Möller et al. (2010): Nutr. Cycl. Agroecosys 87,

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