Energie aus Pflanzen zur Biogasnutzung. Innovation aus Sicht der Züchtung und Praxis. Dr. Andreas von Felde, KWS SAAT AG. Einbeck, den

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1 Energie aus Pflanzen zur Biogasnutzung Innovation aus Sicht der Züchtung und Praxis Dr. Andreas von Felde, KWS SAAT AG Einbeck, den

2 Inhalte Bioenergie und Pflanzenzucht Gründe für die Popularität des Maisanbaus im Biogasverfahren derzeit: Flächenverbrauch verschiedener Energiepflanzen Herstellungskosten verschiedener Energiepflanzen Einfluss von Aufschlussverfahren für Biomasse Anwendungsbeispiel für die Rübe Anwendungsbeispiel für Roggen in Kombination mit Blühfrüchten Fazit Anwendung alternativer Energiepflanzen für Biogas KWS A. von Felde

3 Ziele und Inhalte der Pflanzenzüchtung Inhalte der Pflanzenzüchtung jede genetische Veränderung von Pflanzen (beruhend auf bewusster Selektion durch den Menschen) ständige Weiterentwicklung von Kulturpflanzen Erhalt etablierter Sorten Berücksichtigung sich ändernder Ansprüche (Anbaueigenschaften, Weiterverarbeitung, Inhaltsstoffe) Impulse auf dem Weg zu neuen Sorten Ertragsleistung und -sicherheit Qualität der Inhaltsstoffe Widerstandskraft gegenüber Krankheiten & Schädlingen Langfristig: Erweiterung von Inhaltsstoffen (für neue Nutzungszwecke) Ziele der Pflanzenzüchtung gesunde reichliche Nahrung und saubere Energie gleichzeitiger Schutz von Klima, Umwelt und Biodiversität Pflanzenzüchtung Anpassung von Pflanzen an die Wünsche des Menschen KWS A. von Felde

4 Pflanzen sind energetisch grundsätzlich vielfältig verwertbar Mais Zuckerrübe Raps z. B. für Zucker, Stärke, Protein, Öl, Faser, Biogas, Bioäthanol und Biodiesel Roggen KWS A. von Felde Sonnenblume Sorghum

5 Die Botanische Vielfalt ist groß - weltweit Pflanzenarten sind bekannt Arten sind essbar Arten werden genutzt 150 Arten spielen eine bedeutendere Rolle mit nur 9 Kulturarten werden 75 % des Kalorienbedarfs der Weltbevölkerung erzeugt Quelle: Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung, 2008 Mais, Weizen, Reis 787 Mio. t 157 Mio. ha 689 Mio. t 224 Mio. ha 441 Mio. t 155 Mio. ha Quelle: TOEPFER INTERNATIONAL, 2009 Schätzung 2008/09 decken aber mehr als 50 % der für die menschliche Ernährung benötigten Nahrungsenergie werden auf ca. 38 % der weltweiten Ackerfläche (1,4 Mrd. ha) angebaut KWS A. von Felde

6 Übersicht der Pflanzenvielfalt bei der KWS Züchtung und Verkauf nur Verkauf Sorghum Sonnenblumen Soja Rasengräser Raps Feldsaaten/ Zwischenfrüchte Mais Getreide Kartoffeln Zuckerrüben / Heute KWS ist der Fullliner in der Pflanzenzüchtung KWS A. von Felde

7 Innovation in der KWS-Züchtung Markt Zieldefinition Prototyp Sorte / Zulassung Forschung Entwicklung Vertrieb Wichtige Zuchtziele: Entwicklung einer neuen Sorte 8 bis >12 Jahre zzgl. Forschungsvorlauf Ertrag Resistenzen Qualität Nährstoffeffizienz Anbaueigenschaften Energiepflanzen KWS A. von Felde

8 Die Entwicklung des Biogasanlagenbaus in Deutschland ( ) Aufbau der Biogasanlage Einbeck, Dezember 2008 Bild: MT Energie Biogasanlagen installierte elektrische Leistung in MW (e) MW Entworfen nach: Fachverband Biogas e.v. Seit dem 1. Januar 2009 gilt die Novelle des Erneuerbaren Energien Gesetzes, die seitdem einen beschleunigten Ausbau bewirkte KWS A. von Felde

9 KWS Energiepflanzen Portfolio aus Sicht F&E Energiepflanze KWS Ziele Status Mais Zuchtprogramm Trockenmasseertrag und Kühletoleranz Standfestigkeit Kommerzielle Sorten Hirs e Zuchtprogramm Trockenmasseertrag und Kühletoleranz Experimental / kommerz. Sorten Trockenmasseertrag und Erdanhang Zucker- Rübe Forschung und Applikation Prototypen Roggen Andere Pflanzenarten Trockenmasse- Bewertungsund Selektionsprogramm Versuchsstadium Ertrag und Trockenstress Wirtschaftlichkeit herstellen kommerzielle Sorten / Rye KWS A. von Felde

10 Gründe für die Popularität des Maisanbau im Biogasverfahren Die Maisanbautechnik ist gut entwickelt. Die Maiserträge sind in den vergangenen Jahren stark gestiegen, besonders im Vergleich zu Getreide. Die Biogasanlagentechnik wurde von Beginn an auf Mais ausgelegt. (Fermentergröße, Rührwerke etc.) Mais gilt als einfach zu handhabende Frucht mit hoher Flächeneffizienz. Aktuelle Anbaufläche (EU 27, Ernte 2008) 14,0 Mio. ha KWS A. von Felde

11 Flächenbedarf einer 500 kw-anlage mit 30 % Gülle und Rindermist (Nordwest Deutschland 2009) in Hektar, ha Sonnenblume 210 * Roggenblühmischung mit Extruderaufschluß 173 Roggenblühmischung 225 Energierübe 151 Mais ha * = praktisch derzeit unter unseren klimatischen Bedingungen kaum umsetzbar KWS A. von Felde (Quelle: KWS 2010, eigene Ergebnisse)

12 Bereitstellungskosten verschiedener Energiepflanzen unter heutigen Bedingungen (2010), je m³ Biogas im Fermenter Hirse 0,14 Sonnenblume 0,16 GPS (Blühmischung) 0,12 Energierübe, frisch 0,11 Mais 0,11 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 EUR/m 3 Biogas KWS A. von Felde (Quelle: KWS 2010, eigene Ergebnisse)

13 Innovation 2010: Methan-Mehrertrag durch Substrataufbereitung im Vergleich zu KTBL-Werten Variante 8 Extruder 28,3 Variante 7 Extruder 32,6 Variante 6 11,6 Variante 5 21,2 Variante 4 26,2 Variante 3 10 Variante 2 22 Variante 1 4, Zusätzlicher Biogas-Ertrag mit Aufbereitung in % Quelle: Moerschner, 2009 Hinweis: die einzelnen Verfahrenskosten können hier insgesamt stark schwanken KWS A. von Felde

14 Anwendungsbeispiele der Zuckerrübe für Biogas Themenschwerpunkte derzeit: Aufbereitung der Rübe Lagerung der Rübe Züchtung neuer leistungsstarker Sorten für Energie Aktuelle Anbaufläche (EU 27, Ernte 2008) Quelle: EUROSTAT 1,7 Mio. ha KWS A. von Felde

15 Einlagerung gewaschener und entsteinter Rüben, Nov Rübenwäsche und Entsteinung Mais-Siloanlage mit Rübenfüllung KWS A. von Felde

16 Bildaufnahme vom während der Entnahme KWS A. von Felde Foto Schleupen 2010

17 Aspekte der Züchtung Das Trockenertragsmaximum wird langfristig bei Zwischentypen erwartet, die nicht für die Zuckerproduktion geeignet sind. Die Energie-Ertragsleistung von Rüben kann weiter bei hohem Zuchtfortschritt gezielt gesteigert werden und das bei guten Rodeeigenschaften (Erdanhang etc.) Die Energierübe definiert sich über ihren hohen und sehr schnellen Gasertrag, der doppelt so schnell, wie in der Maisvergährung realisiert wird (=deutlich gesteigerte Fermentationseffizienz) KWS A. von Felde

18 Anwendungsbeispiele des Getreides für Biogas Themenschwerpunkte derzeit: Ermittlung des optimalen Erntezeitpunktes und geeigneter Ernteverfahren Optimierung der Artenmischung mit Blühpflanzen weitere Prozessoptimierung von angepassten Aufbereitungsverfahren Aktuelle Anbaufläche (EU 27, Ernte 2008) 60,0 Mio. ha Quelle: EUROSTAT KWS A. von Felde

19 Roggen-Wicken-Ansaat im Herbst KWS A. von Felde (Foto Landberatung Soltau-Fallingbostel)

20 Bestand im Juni 2010 zusätzlich als gute Bienenweide geeignet Andere Mischungen erscheinen zusätzlich möglich (Foto Landberatung Soltau-Fallingbostel) KWS A. von Felde

21 Fazit Der Maisanbau setzt in der Flächeneffizienz und in der Kostenstruktur bisher die Maßstäbe im Energiepflanzenanbau für Biogas. Er bekommt derzeit spürbare Ergänzung im Merkmal Ertrag dank der zügig steigenden Anwendung von Energierüben, die weiter vorangetrieben werden sollte. Es können auch Getreidemischungen zu vertretbaren Kosten angebaut werden. Hier steigt aber der Flächenverbrauch im Vergleich zu Mais deutlich an. Die Nutzung von innovativen Pflanzenaufschlussverfahren in der Prozesskette (z.b. Extrudertechnik) kann hier mit Aufschlussraten von bis zu ~ +30% sehr positiv entgegenwirken. Es sollte weiter an der Effizienzforschung im Sektor Biogas gearbeitet werden, um diese Querschnittstechnologie wettbewerbsfähiger gestalten zu können. Der Energiepflanzenanbau kann durch geeignete Maßnahmen in seiner Wirkung auf die Fruchtfolgen verbessert werden. Die Anlage von Blühstreifen kann hier zusätzlich den vorhandenen Maisanbau entzerren und bereichern KWS A. von Felde

22 Seeding the future KWS A. von Felde