Anbauversuche zur Senkung der THG-Emissionen in landwirtschaftlichen Produktionsverfahren

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1 Anbauversuche zur Senkung der THG-Emissionen in landwirtschaftlichen Produktionsverfahren Katja Schiemenz, Andreas Gurgel Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern Es gilt das gesprochene Wort

2 Überblick Aktuelle Rahmenbedingungen für Biokraftstoffe THG-Minderungsziele Projektvorstellung: Anbauversuche zur Senkung der THG- Emissionen in landwirtschaftlichen Produktionsverfahren an drei Standorten in MV THG-Bilanzierung und Aussichten auf Erreichung der THG- Minderungsziele Fazit 2

3 Aktuelle Rahmenbedingungen für Biokraftstoffe Markteinführung von Biokraftstoffen auf EU-Ebene durch die Richtlinie 2003/30/EG (Biokraftstoffrichtlinie) Umsetzung der Richtlinie in Deutschland mit BioKraftQuG (ab 2007 in Kraft) wachsender Anteil Biokraftstoff (Anteil durch Quotenregelung festgelegt; Biokraftstoffe innerhalb Quote mit Regelsteuersatz belegt) Gesetz zur Änderung der Förderung von Biokraftstoffen vom 18. Juni 2009 Anpassung der Gesamt-, Dieselund Benzinquote bis 2014 ab 2015: Umstellung von energetischer Biokraftstoffquote auf Klimaschutzquote (THG-Vermeidungsquote) Reduzierung der Treibhausgasemissionen durch Biokraftstoffe entspricht Biokraftstoffanteil von 12 % (FNR 2012) 3

4 Anteile der Biokraftstoffe Kraftstoffverbrauch in Deutschland ,8 Mio. t Biokraftstoffe, davon 66 % = 2,5 Mio. t Biodiesel Weiterhin Zielvorgabe der EU von % EE im Verkehr bis 2020 (RED, 2009/28/EG) ABER: Begrenzung des Biokraftstoffanteils der 1. Generation auf max. 6 % Nach 2020 keine weitere Förderung von Biokraftstoffen aus Anbaubiomasse 4

5 THG-Einsparung Zeitplan Erneuerbare-Energien-Richtlinie (Renewable Energy Directive RED, 2009/28/EG) EU-Ziel 2020: mind. % EE am Endenergieverbrauch im Verkehrssektor BioKraftNachV: THG-Mindestsparquote für alle Biokraftstoffe Aktuelle THG-Emissions- 50 % 60 % Einsparung mind. 35 % aus Neuanlagen (in Betrieb ab ) (im Vgl. zum fossilen Referenzkraftstoff mit 83,8 g CO 2 -Äq./MJ) BioKraftFÄndG: 3,0 % 4,5 % 7,0 % Umstellung der Biokraftstoffquotenverpflichtung von Mindest-Menge (6,25 %) auf Mindest-Einsparung der THG-Gesamt-Emission 5

6 Biodiesel Rohstoffe für Biodiesel in Deutschland 2012 BBE (2013) Raps muss nachhaltig angebaut werden (Zertifizierung!), wenn Verwendung für Biodieselherstellung bezweckt! 6

7 Zertifizierung entsprechend Biokraft-NachV Nachweis über nachhaltig erzeugte Biokraftstoffe ist Voraussetzung für Anrechnung auf die Biokraftstoffquote! Soll Biomasse zur Herstellung von nachhaltigen Biokraftstoffen verwendet werden Selbsterklärung des Anbaubetriebes über nachhaltige Produktion der Biomasse notwendig Nachweis des THG- Minderungspotenzials eines Biokraftstoffs kann gemäß der Biokraft- NachV durch eigene Berechnung Verwendung von Standardwerten Kombination von eigener Berechnung mit Standardwerten erfolgen. 7

8 Standard-THG-Emissionen für Biokraftstoffe = 52 g CO 2eq / MJ RME Hintergrunddaten zur Berechnung des Standardwertes: Ertrag (31 dt/ha), Dieselverbrauch (69,2 l/ha), N-Düngemittel (137 kg N/ha), weitere Düngemittel (P,K), Kalk, Saatgut, Pflanzenschutzmittel 8

9 Prozentuale Anteile der Standard-THG- Emissionen im Rapsanbau Standardwert: 29 g CO 2eq / MJ RME = 0 % Diesel 11,5 % N-Dünger 42,0 % N 2 O- Feldemissionen 40,8 % N2O-Feldemissionen N-Dünger Diesel P2O5 (1,9 %) K2O (1,1 %) Kalk (0,2 %) PSM (0,5 %) Strom (1,5 %) Saatgut (0,5 %) Datengrundlage für die Anteilsberechnung sind die in der EU-RED verwendeten Eingangsparamenter zur Berechnung des Standardwerts für den Rapsanbau Die aus Stickstoff resultierenden THG-Emissionen (Düngerherstellung und Feldemission) betragen mehr als 82 % der Gesamt-THG-Emission im Rapsanbauverfahren. je mehr Stickstoff eingesetzt wird, desto höher wird der Einfluss Stickstoff wichtigster Ansatzpunkt für die THG-Minderungsmaßnahmen 9

10 Einflussgrößen auf die THG-Emissionen Produktion von N-Düngemitteln düngungs- u. bearbeitungsabhängige Feldemissionen (v.a. N 2 O) Einflussfaktoren: THG-Emissionen aus Biokraftstoffproduktketten Anbau, Transport, Verarbeitung abhängig von: CO 2 Standort und Witterung N-Aufwand Fruchtart und Fruchtfolge Bodenbearbeitungsintensität Dieselkraftstoffeinsatz. Biokraft-NachV

11 Überblick zum Projekt Bestrebungen zur THG-Minimierung in Biokraftstoffproduktketten infolge gesetzlicher, ökologischer und ökonomischer Anforderungen Weizen Bioethanol Raps Biodiesel THG (CO 2, N 2 O, ) Optimierung der Bodenbearbeitung in Abhängigkeit von Standort und Fruchtfolge Kraftstoffverbrauch Körnerleguminosen N-Bindung Gesetzliche Regelungen (EU-RED, BioKraftNachV) Optimierung der mineralischen N- Düngung nach Wirtschaftlichkeit (über die Erstellung von Produktionsfunktionen) Nachhaltigkeitskriterien bzw. N-Düngung reduzieren Zertifizierung 11

12 Versuchsaufbau Feldversuche an drei Standorten mit Leguminosen als Vorfrüchte zu Winterweizen (Julius), Winterraps (Genie) Standort Bodenart AZ ph- Wert Jahresmittel- Temp. ( C) Jahres-NS- Summe (mm) Höhe ü. NN Gülzow Sl ,6 8,6 569 Tützpatz ls 42 6,7 8, Vipperow Sl 31 5,7 9,

13 Versuchsaufbau Versuchsfaktoren Vorfrucht Bodenbearbeitung N-Düngung Stufen Blaue Lupine, Erbse, zu WW: Pflugsaat, Mulchsaat WW zu Raps: kg N/ha im Frühj Versuchsdesign: je Standort 12 einfache Blockanlagen 13

14 Berechnete THG-Emissionen Feldversuch Gülzow, 2012/2013 THG-Emissionen im Rapsanbau (g CO 2 eq/mj RME) Standard Feldemission Strombedarf Trocknung Saatgut PSM P-Dünger K-Dünger Kalk N-Dünger 0 N 80-0 N N 0-0 N N 137,4 N Diesel 14

15 Zusammenhang zwischen N-Effizienz und THG-Emissionen g CO 2 eq/ MJ RME Raps nach Lupine Raps nach Erbse Raps nach WW Linear (Raps nach Lupine) Linear (Raps nach Erbse) Linear (Raps nach WW) y = -0,1545x + 39,417 R² = 0,9449 y = -0,1428x + 38,219 R² = 0,9408 y = -0,3714x + 49,402 R² = 0, N-Effizienz (%) Bei höheren Düngergaben abnehmende N-Effizienz (berechnet aus N-Aufnahme Korn in Beziehung zur N-Düngung) 15

16 Leguminosenvorfrucht verschiebt N-Optimum beim Raps bzw. 167 kg N/ha = Nopt WRa nach Leguminosen 247 kg N/ha = Nopt WRa nach WW 40 Ertrag (dt/ha) Poly. (Raps nach WW) Poly. (Raps nach Lupine) Poly. (Raps nach Erbse) Mineralische N-Düngung (kg N/ha) 16

17 Rapsertrag N-Düngung THG-Reduktion 70 Raps nach Vorfrucht Winterweizen 70 THG-Einsparung ökon. Opt. bei 247 kg N 60 Ertrag THG-Einsparung (%) ,5 dt/ha Ertrag (dt/ha) bei 247 kg N/ha: 50,5 dt/ha bei 83 kg N/ha: dt/ha Ertragsdifferenz von 12,5 dt/ha Mineralische N-Düngung (kg N/ha) Verlust von 248 /ha (N-kostenfreier Erlös) 17

18 Rapsertrag N-Düngung THG-Reduktion 70 Raps nach Vorfrucht Lupine 70 THG-Einsparung ökon. Opt. bei 167 kg N 60 Ertrag dt/ha 50 THG-Einsparung (%) Ertrag (dt/ha) bei 167 kg N/ha: 48 dt/ha bei 5 kg N/ha: 46 dt/ha Ertragsdifferenz von 2 dt/ha Mineralische N-Düngung (kg N/ha) Verlust von 39 /ha (N-kostenfreier Erlös) 18

19 Rapsertrag N-Düngung THG-Reduktion 70 Raps nach Vorfrucht Erbse 70 THG-Einsparung ökon. Opt. bei 162 kg N 60 Ertrag 50 2 dt/ha 50 THG-Einsparung (%) Ertrag (dt/ha) bei 162 kg N/ha: 50 dt/ha bei 8 kg N/ha: 48 dt/ha Ertragsdifferenz von 2 dt/ha Mineralische N-Düngung (kg N/ha) Verlust von 23 /ha (N-kostenfreier Erlös) 19

20 Rapsertrag N-Düngung THG-Reduktion Raps nach Vorfrucht: Ertrag Ertragsoptimum N-kostenfr. Erlös* N- Düngung THG- Einsparung THG- Einsparungsziel THG-Optimum N- Düngung N-kostenfr. Erlös* Ertrag Finanz. Verlust dt/ha /ha kg N/ha % % kg N/ha /ha dt/ha /ha WW 50, , , ,2 248 Lupine 48, ,9 50 5, ,1 39 Erbse 50, ,1 50 8, ,2 23 * N-kostenfreier Erlös berechnet mit 1 /kg N und 39,2 /dt Raps 20

21 Berechnete THG-Emissionen in Abhängigkeit von der N-Düngung und Vorfrucht THG-Emissionen im Rapsanbau (g CO 2 eq/mj RME) Standard Aktuelles 35 %- THG-Einsparungsziel = 54,5 g CO 2 eq/mj 50 %-THG- Einsparungsziel ab 2017 = 41,9 g CO 2 eq/mj THG-Emission Rapsanbau Transport + Verarbeitung 0 N 80-0 N N 0-0 N N 137,4 N Mit eigenen THG-Emissionsberechnungen ist das derzeitige THG-Minderungsziel von 35 % gemäß der Biokraft-NachV nicht sicher einzuhalten! Reduktion der N-Düngung für die Einhaltung des THG-Minderungsziel (gemäß Biokraft-NachV) notwendig! 21

22 Berechnete THG-Emissionen in Abhängigkeit von der N-Düngung und Vorfrucht und bei Reduktion der THG-Emissionen in Verarbeitung 60 THG-Emissionen im Rapsanbau (g CO 2 eq/mj RME) Reduktion der THG-Emissionen in Verarbeitung + Transport um 25 % (von 23 auf 17 g CO 2 eq/mj) 52 Standard 50 %-THG- Einsparungsziel ab 2017 THG-Emission Rapsanbau Transport + Verarbeitung 0 N 80-0 N N 0-0 N N 137,4 N THG-Einsparung im auch Bereich der Verarbeitung (Bsp. 25 %) würde dazu beitragen, dass die Düngungsintensität nur moderat eingeschränkt werden muss und die Verluste im Erlös nicht zu groß werden 22

23 Fazit Zentraler Ansatzpunkt für die THG-Reduzierung ist der Stickstoff N-Düngung Höhe der N-Düngung / Effiziente N-Düngung Evtl. Substitution durch Wirtschaftsdünger N 2 O-Feldemissionen In Abhängigkeit der Düngungshöhe / N-Management Bodenbearbeitung Ziel für Anbau: N-Aufwandmenge reduzieren, indem die N-Effizienz erhöht und N-Verluste verringert werden müssen Leguminosen können in begrenztem Umfang dazu beitragen, THG-Emissionen innerhalb der Fruchtfolge zu verringern effektivere Maschinenauslastung (Arbeitsbreiten, Kombination, Fahrweise) Ausnutzung trockener Erntebedingungen (keine technische Trocknung) Einsatz kraftstoff-/energiesparender Technik 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Katja Schiemenz (LFA)