Biomasse für SunFuel. Ergebnisse. Eine Forschungskooperation der Länder Niedersachsen, Brandenburg, Hessen und der Volkswagen AG

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1 Biomasse für SunFuel Ergebnisse Eine Forschungskooperation der Länder Niedersachsen, Brandenburg, Hessen und der Volkswagen AG

2 Länderkooperation Biomasse für SunFuel Projektlaufzeit: Juli 2004 Juni 2009

3 Vorwort der Initiatoren Vor 5 Jahren trafen sich die Vertreter der Bundesländer Brandenburg und Niedersachsen mit der Volkswagen Konzernforschung in Wolfsburg, um eine gemeinsame Vereinbarung über die wissenschaftlich technische Zusammenarbeit zur Entwicklung und Einführung einer Technologie zur synthetischen Herstellung von Kraftstoffen aus Biomasse zu unterzeichnen. Im Jahr 2006 schloss sich mit dem Land Hessen ein weiterer kompetenter Partner dieser Vereinbarung an. Ziel der Kooperation ist es, eine wirtschaftliche Produktion von Biomass-to-Liquid (BtL)-Kraftstoffen bzw. SunFuel sowie die dafür erforderlichen Technologien zu fördern, denn nach wie vor stellen BtL- Kraftstoffe eine vielversprechende Biokraftstoff-Option für die Zukunft dar. Auch wenn die Biokraftstoffe durch eine nachgesagte Flächenkonkurrenz von Energie- und Nahrungsmittelpflanzen in die Kritik gekommen sind, halten EU und Bundesregierung am Ausbau des Bioenergieanteils in der Mobilität fest. So wird EU-weit das Ziel eines zehnprozentigen Anteils an erneuerbaren Energien im Verkehr angestrebt, der zu einem Großteil durch Biokraftstoffe abgedeckt werden soll. Um der zumindest indirekten Flächenkonkurrenz von Energie- und Nahrungsmittelpflanzen zu begegnen, sind möglichst flächeneffiziente Biokraftstoffe mit hohem Treibhausgasminderungspotenzial gefragt. Hier nimmt Sunfuel durch die Verwendung der ganzen Pflanze und Pflanzenreststoffen gegenüber anderen Biokraftstoffen eine herausragende Rolle ein. Zudem ist Sunfuel der zurzeit einzige flüssige Biokraftstoff, der den heute zur Verfügung stehenden flüssigen Dieselkraftstoffen in beliebiger Menge problemlos beigemischt werden kann. Durch das spezielle Herstellungsverfahren über den Weg der thermochemischen Vergasung und anschließenden Synthese lassen sich die Kraftstoffeigenschaften von BtL exakt auf die jeweiligen Bedürfnisse des Motors einstellen. BtL-Kraftstoffe sind schwefel- und aromatenfrei und haben ihre Überlegenheit gegenüber herkömmlichem Diesel in zahlreichen Emissionstests bereits bewiesen. Aufgrund der herausragenden Eigenschaften synthetischer Kraftstoffe sind diese besonders für die hoch entwickelten Antriebskonzepte der heutigen Zeit geeignet. Darüber hinaus bieten sie das Potential, zukünftige Antriebskonzepte mit eigens dafür zugeschnittenen Kraftstoffen zu versorgen. Ein verstärkter Einsatz biogener Rohstoffe als Ersatz für fossile Energieträger fordert in Zukunft erhebliche Mengen an Biomasse. Der dafür benötigte Logistikaufwand lässt zum jetzigen Zeitpunkt noch viele Fragen offen. Denn ganz anders als bei fossilen Rohstoffen, die zumeist lokal und in großen Mengen zur Verfügung stehen, müssen bei BtL-Kraftstoffen große Mengen von Pflanzenmaterial verteilt über ein großflächiges Areal - gesammelt, zwischengelagert und der verarbeitenden Industrie zugeführt werden. Diese enorme Logistikaufgabe wirtschaftlich darzustellen, ist die Grundvoraussetzung für eine großtechnische Produktion biogener Kraftstoffe. Aus diesem Grund hat Volkswagen zusammen mit den Bundesländern Niedersachsen, Brandenburg und Hessen den Fokus ihrer Untersuchungen auf die Entwicklung einer Biomasseinfrastruktur unter Berücksichtigung aller notwendigen Anforderungen gesetzt. Nur wenn die Voraussetzungen für eine großtechnische Produktion von biogenem Kraftstoff geschaffen werden, kann langfristig die Produktion von SunFuel und somit die Kraftstoffversorgung mit Biokraftstoffen sichergestellt werden.

4 Die Förderung der Entwicklung einer neuen Großtechnologie - wie der Herstellung von BtL- Kraftstoffen - verlangt eine frühzeitige und enge Kooperation mit der betroffenen Wirtschaft und den verschiedenen Bundesländern. Wenn es gelingt, wirtschaftlich tragbare Lösungen für den Anbau von Biomasse und deren Logistik im eigenen Land auf die Beine zu stellen, kann dem Wunsch nach mehr Innovationskraft in Deutschland und dem Ersatz fossiler Kraftstoffe durch heimische Biokraftstoffe Rechnung getragen werden. Für die Bundesländer ist die Vereinbarung aus forschungs- und wirtschaftspolitischer Sicht bedeutsam, da daraus klimarelevante Effekte sowie Wertschöpfung und Arbeitsplatzsicherung erwartet werden. Für Volkswagen ist es für die Umsetzung der eigenen Kraftstoffstrategie von großer Bedeutung, dass solche Fragestellungen nachhaltig und intensiv untersucht werden. Die verschiedenen und sehr komplexen Aufgaben der Biomassebereitstellung für die SunFuel - Produktion wurden in den letzten vier Jahren länderübergreifend mit einem umfangreichen Arbeitsprogramm bearbeitet. Neben verschiedenen Biomassequellen wurden auch die volks- und betriebswirtschaftlichen Aspekte einer verstärkten Biomassenutzung in Modellregionen der beteiligten Bundesländer untersucht. In einem abschließenden Fachsymposium konnten auf der diesjährigen Industriemesse in Hannover bereits die umfassenden Ergebnisse des Vorhabens vorgestellt werden. Mit diesem Band möchten die Volkswagen Konzernforschung sowie die Ministerien der beteiligten Bundesländer die einzelnen Projektergebnisse nochmals kompakt zusammengefasst den interessierten Akteuren zur Verfügung stellen. Allen, die an seiner Erstellung mitgewirkt haben, sei an dieser Stelle herzlich gedankt. Unser Dank geht weiterhin an die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, die Deutsche Bundesstiftung Umwelt und BSR Interreg III B, die die Forschungskooperation zusätzlich finanziell unterstützten. Hans-Heinrich Ehlen Hans-Heinrich Sander Wilhelm Dietzel Niedersächs. Landwirtschaftsminister Niedersächs. Umweltminister Hessischer Landwirtschaftsminister Dr. Dietmar Woidke Brandenb. Landwirtschaftsminister Prof. Dr. Jürgen Leohold Forschungsleiter Volkswagen AG

5 Das Vorhaben Biomasse für SunFuel Die Bundesländer Brandenburg, Niedersachsen und Hessen befassen sich im Rahmen einer Wissenschaftskooperation mit der Volkswagen AG Wolfsburg mit Fragen zur Ermittlung des Biomassepotenzials und zur Entwicklung einer Biomasseninfrastruktur, um so die Grundlage für eine großtechnische Produktion biogenen Kraftstoffs (SunFuel ) zu schaffen. Schwerpunkt der Zusammenarbeit in Brandenburg ist die Vorbereitung einer Infrastruktur zur sicheren Versorgung der Synthesekraftstoffanlagen mit vorwiegend holzartiger Biomasse. lm Einzelnen geht es dabei um die Auswahl geeigneter Standorte im Land Brandenburg und um die Entwicklung von Erzeugungs-, Ernte- und Bereitstellungsmethoden, die eine wirtschaftliche Produktion gewährleisten, um belastbare Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen zum Biomasseanbau für landwirtschaftliche Unternehmen zu ermitteln. In Niedersachsen und Brandenburg werden in ausgewählten Modellregionen Bewertungsmodelle erstellt, aus denen regionale Strategien für die Entwicklung von Biomassemärkten abgeleitet werden können. Sie sollen den Biomasseproduzenten die Entscheidungsspielräume für ihre Produktions- und Absatzmöglichkeiten aufzeigen. Zur Datenverifizierung und Erhebung wird ein konkretes Anbauprojekt für Energiepflanzen sowie Analysen in vier Untersuchungsregionen durchgeführt. Ein dritter Themenkomplex beschäftigt sich in einem vom Niedersächsischen Ministerium für Umwelt und Klimaschutz unterstützten Projekt mit biogenen Wertstoffen als mögliche Biomassequelle. Das Thema Dezentrale Biomassebereitstellung aus Bio- und Grünabfällen ist vor allem vor dem Hintergrund zunehmender Unsicherheit über die Zukunft der Verwertung von Kompost in der Landwirtschaft von starkem Interesse. Um die unterschiedlichen Interessen von Anlagenbetreibern und Landwirten zu vereinen, werden in einem weiteren Projekt die Mindestanforderungen an die einzusetzende Biomasse aus Sicht der thermischen Zersetzung definiert. In Hessen wird an den Universitäten Gießen und Kassel an Verfahren der Zweikulturnutzung in ackerbaulichen Produktionssystemen gearbeitet und ein umfangreiches Sortenscreening zur Eignung von Weizen und Triticale für die Biomasseerzeugung für SunFuel durchgeführt. Darüber hinaus wird eine Sortenvergleichsprüfung mit Pappeln vom Kompetenzentrum HessenRohstoffe (HeRo) e.v. in Kooperation mit dem Landesbetrieb Landwirtschaft Hessen durchgeführt.

6 Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis...1 Pflanzenbauliche Untersuchungen zur regional- und standortspezifischen Energiepflanzenerzeugung EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG ERGEBNISSE Durchführung der Versuche Projektbereich A - Energiepflanzen in Fruchtfolgesystemen Projektbereich B Erweiterung des Kulturartenspektrums; spezielle Kultur- und Sortenvergleiche Versuchsstandorte VERSUCHSERGEBNISSE Projektbereich A; Fruchtfolgen Projektbereich B; spezielle Kultur und Sortenvergleiche ZUSAMMENFASSUNG LITERATUR Ökonomische Beurteilung des Anbaupotentials für Biomasse in drei ausgewählten Regionen Niedersachsens EINLEITUNG ERGEBNISSE Auswahl der Untersuchungsgebiete (Modellregionen) Anbaustruktur in den Modellregionen Erträge in den Modellregionen Tierbestände in den Modellregionen Verfügbarkeit von Stroh in den Modellregionen Bereitstellungskosten für Stroh ZUSAMMENFASSUNG LITERATUR. 20 Modellanwendung zur ökonomischen Bewertung von Biomassepfaden EINLEITUNG METHODEN ERGEBNISSE DER SZENARIOSIMULATIONEN Ölpreisszenario Szenarien mit Nahrungsmittelpreisanstieg Szenarien mit Förderung der Bioenergieproduktion Auswirkungen auf den regionalen Gewinnbeitrag

7 4. DISKUSSION LITERATUR.32 Ökologische Optimierung der Produktion und energetischen Nutzung von Biomasse Natur- und raumverträglicher Ausbau energetischer Biomassepfade (SUNREG II) ANLASS UND ZIELSETZUNG DES PROJEKTES DIE RAUMANALYSE Die Auswirkungen des Ausbaus der energetischen Biomassepfade auf Natur und Landschaft (Julia Wiehe) Analyse der Wechselwirkungen des Ausbaus der energetischen Biomassepfade und anderen Raumnutzungen (Nina Buhr) Die Akteursanalyse (Katharina Steinkraus) Bewertung von Biomassepotenzialen unter Berücksichtigung der Auswirkungen auf Natur und Landschaft (Hilde Klauss, Philipp Grundmann) DER OUTPUT DES PROJEKTES: HANDLUNGSEMPFEHLUNGEN FÜR DIE PRAXIS DANK LITERATUR. 45 Bereitstellung der Bio- und Grünabfällen für die SunFuel -Produktion EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG ERGEBNISSE Anforderungen an Rohstoffe für die SunFuel -Produktion Beschaffenheit von Bio- und Grünabfällen Befragung von Bio- und Grünabfallbehandlungsanlagen Gewinnung von Rohstoffen für die SunFuel -Produktion aus Bio- und Grünabfallen Aufwand für die Bereitstellung Kosten und Erlös.56 3 ZUSAMMENFASSUNG.59 4 LITERATUR. 60 Anforderungen an Biomasse aus der Sicht eines BtL-Anlagenbetreibers EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG ERGEBNISSSE Wirtschaftlichkeit als Funktion des Heizwertes Einfluß der Anlagenverfügbartkeit Sensitivität gegenüber der Biomasseaufbereitung Kostenverteilung im 2. Betriebsjahr ZUSAMMENFASSUNG..66

8 4. DANKSAGUNG LITERATUR.66 Rahmenbedingungen für den Anbau schnellwachsender Baumarten in Brandenburg EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG ERGEBNISSE Besonderheiten des Agrarholzanbaus Die Holzsituation in Brandenburg Standörtliche und ökonomische Voraussetzungen für den Agrarholzanbau in Brandenburg Perspektiven für den Agrarholzanbau in Brandenburg ZUSAMMENFASSUNG LITERATUR.74 Anlage einer Modellpflanzung mit Pappel-Sortenschau auf dem landwirtschaftlichen Versuchsgut Eichhof zur Sicherung der Sortenbasis und zur Sortenpflege EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG ERGEBNISSE Boden Verlauf der Arbeiten Zuwachsentwicklung Bonitur des Blattrostbefalls Erweiterung der Sortenbasis ZUSAMMENFASSUNG LITERATUR DANKSAGUNG 86 Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen und geeigneten Winterweizenarten für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG ERGEBNISSE Erfassung und Bewertung der Biomasseleistung von Winterweizen Ermittlung der Biomasseleistung Biogasleistung Systemversuch Zweikulturnutzung Einkulturnutzung...91

9 2.2.2 Zweikulturnutzung Trockensubstanzgehalt ZUSAMMENFASSUNG ANNEX...96 Vergleich von Triticale-Sorten und einzelnen Weizen-Sorten hinsichtlich Teil- und Ganzpflanzenerträgen für die Herstellung von Biogas und Ethanol bzw. zur thermischen/stofflichen Verwertung ("SunFuel ) EINLEITUNG UND ZIELSETZUNG ERGEBNISSE Ertragsbildung Ertragspotential Inhaltsstoffe Menge an Kraftstoff ZUSAMMENFASSUNG LITERATUR..106 Stichwortverzeichnis

10 Abkürzungsverzeichnis Abkürzungen Beschreibung AFL ATB Bestimmtheitsmaß BGK BMBF BS/HI Brutto-Kraftstoffmenge BGA BtL Amt für Landwirtschaft, Veterinär- und Lebensmittelüberwachung Havelland Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.v. Statistische Maßzahl: Quadrat des Korrelationskoeffizienten (r², B), das Bestimmtheitsmaß gibt an, welcher Anteil der Streunung eines Mekmals durch die Veränderung des anderen Merkmals bedingt wird. Bundesgütegemeinschaft Kompost Bundesministerium für Bildung und Forschung Region Braunschweig/Hildesheim aus dem Feldertrag der Kulturpflanze abgeleitete Kraftstoffmenge, vgl. auch Netto-Kraftstoffmenge Biogasanlage Kraftstoff: Biomass to Liquid, deutsch: Biomasse zu Flüssigkeit BVVG Bodenverwertungs- und verwaltungs GmbH. Die BVVG ist ein Immobiliendienstleister im ländlichen Raum, der im Auftrag des Bundes in den ostdeutschen Ländern Brandenburg, Mecklenburg- Vorpommern, Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen ehemals volkseigene Äcker und Wiesen, Wälder, Gebäude und Gewässer privatisiert DENDROM EC Verbundforschungsprojekt Zukunftsrohstoff Dendromasse geleitet durch die Fachhochschule Eberswalde und gefördert durch das BMBF und die Volkswagen AG Eucarpia Code, Entwicklungsstufen beim Getreide EEG Erneuerbare-Energien-Gesetz 2004 EL GAP GPS GV HVL Hu;FS IUP KTBL Emsland Gemeinsame Agrarpolitik der EU Ganzpflanzensilage Großvieheinheit Havelland Heizwert der Frischsubstanz Institut für Umweltplanung der Leibniz Universität Hannover Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft, Darmstadt 1

11 KrW-/AbfG KWel K2O LAG LF LHL LWK MgO N NawaRo Netto-Kraftstoffmenge NFE otm ots öre P2O5 RME SAS SFA TM Triticale TS UNECE VDI Weizen WG FS Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz Kilowatt elektrische Leistung Dikaliumoxid Lokale Aktionsgruppe Landwirtschaftliche genutzte Fläche Landesbetrieb Hessisches Landeslabor Landwirtschaftskammer Magnesiumoxid Stickstoff Nachwachsende Rohstoffe aus dem Feldertrag der Kulturpflanze abgeleitete Kraftstoffmenge unter Abzug bzw. unter Hinzuzählung von kulturart-, ernte- und wandlungsspezifischen Mengen an Biomasse für den Humusersatz sowie unter Abzug von Feld-, Konservierungs-, Lagerungs- und Transportverlusten N-freie Extraktstoffe, diese umfassen die Stoffgruppen Stärke, Zucker, Pentosane und einen hohen Anteil der Cellulose und Hemicellulose in der Pflanze organische Trockenmasse organische Trockensubstanz öffentliche rechtlicher Entsorgungsträger Phosphat Raps-Methyl-Ester Statistikprogrammpaket Soltau-Fallingbostel Trockenmasse Wintertriticale Trockensubstanz United Nations Economic Commission for Europe. Die Wirtschaftskommission für Europa der Vereinten Nationen ist eine der fünf regionalen Wirtschaftskommissionen der Vereinten Nationen, die die wirtschaftliche Zusammenarbeit der Mitgliedsländer fördern sollen. Neben den europäischen Staaten gehören ihr auch alle nicht-europäischen Nachfolgestaaten der Sowjetunion, die USA, Kanada, die Türkei, Zypern und Israel an. Verband Deutscher Ingenieure Winterweizen Wassergehalt der Frischsubstanz 2

12 Pflanzenbauliche Untersuchungen zur regional- und standortspezifischen Energiepflanzenerzeugung Dr. Matthias Benke, Carsten Rieckmann, Theo Lührs, Landwirtschaftskammer Niedersachsen 1. Einleitung und Zielsetzung Die Produktion von Biomasse zur Erzeugung von Strom, Wärme oder Treibstoffen hat für die niedersächsische Landwirtschaft zunehmend an Bedeutung gewonnen. Neben der bereits etablierten Non food- Rapsproduktion für die Biodieselerzeugung entwickelte sich nach der EEG-Novellierung die Biomasseproduktion für Biogasanlagen im Praxisanbau äußerst dynamisch. Erste Konzepte für BTL/SunFuel -Kraftstoffproduktionsanlagen sind bereits in anderen Bundesländern realisiert worden und werden auch für niedersächsische Standorte diskutiert. Von der regionalen Biomasseproduktion für Biogasanlagen oder BTL/SunFuel -Anlagen sind pflanzenbauliche und ökonomische Anforderungen zu erfüllen. Regionale Konkurrenzen zwischen dem Anbau von Pflanzen zur Nahrungs- und Futterproduktion und den energetischen Nutzungsalternativen werden künftig den jeweiligen Produktionsumfang beeinflussen. Für die landwirtschaftliche Biomasseproduktion gilt es, regionalspezifische Szenarien für eine optimierte Rohstoffproduktion zu entwickeln sowie Anbaukonzepte und Energiepflanzenfruchtfolgen zu prüfen und zu optimieren. Ziel dieses Projektteils war es, durch Untersuchungen zur Ertragsleistung von Energiepflanzen und Energiepflanzenfruchtfolgen unter besonderer Berücksichtigung spezieller Qualitätsanforderungen für die Erzeugung von BTL/SunFuel -Kraftstoffen und Biogas den aktuellen Kenntnisstand zu verbessern und auf Basis der erhobenen Ergebnisse Empfehlungen für die Praxis zu erarbeiten. Mit diesem Abschlussbericht werden nach dem dritten Versuchsjahr im Rahmen des SUNREG I Teilprojektes Pflanzenbau die Versuchsergebnisse zusammenfassend dargestellt. Getestet wurden Kulturen, die speziell für die SunFuel Produktion erfolgversprechend scheinen. Es wurden herkömmliche, aber auch neue Kulturarten auf Ihre Eignung hin untersucht, Biomasse zu liefern. Vor allem die maximal möglichen Trockenmasse-Erträge pro ha waren hierbei von Bedeutung. 2. Ergebnisse 2.1 Durchführung der Versuche Zu Beginn der ersten Versuchsaussaat im Herbst 2004 waren die Erfahrungen mit speziell für die Energieerzeugung ausgelegten Kulturen sowie möglichen Alternativen äußerst gering, so dass ein Test von herkömmlichen, aber auch neuen Kulturarten speziell für die Erzeugung von Bioenergie unumgänglich war. Die Energiepflanzenversuche wurden in ausgewählten typischen Produktionsregionen angelegt. Dabei erfolgte die Auswahl der zu prüfenden Energiepflanzenfruchtfolgen und der in die Prüfung einbezogenen Sorten- und Kulturartenvergleiche regionsspezifisch. Das Versuchsprogramm wurde in 2 Projektbereiche unterteilt. 3

13 Projektbereich A Energiepflanzen in Fruchtfolgesystemen Für den Anbau von Energiepflanzen wurden 8 Fruchtfolgen exemplarisch definiert, die sowohl die Einordnung einer Energiepflanzenkultur in übliche Betriebsfruchtfolgen berücksichtigten, als auch die komplette Ausrichtung der Betriebsfruchtfolgen auf die Energieproduktion beinhalteten. Eine Prüfungsreihe ist auf einem ökologisch wirtschaftenden Betrieb angelegt worden. In der Fruchtfolge A ist jeweils nur ein Fruchtfolgeglied für die Biomasseproduktion vorgesehen gewesen, welches entsprechend durch Versuche geprüft wurde. Ertragsdaten der übrigen Fruchtfolgeglieder wurden anhand parallel laufender Sortenversuche ermittelt. In der Fruchtfolge B wurden alle Fruchtfolgeglieder für die Bioenergieproduktion genutzt und durch Versuche überprüft, wobei in jedem Jahr nur das entsprechende Versuchsglied untersucht wurde Projektbereich B Erweiterung des Kulturarten- und Sortenspektrums spezielle Kultur- und Sortenvergleiche 1. Energiemais 2. Gräser/Getreide 3. Spezialkulturen Zu diesem Bereich wurden an den aufgeführten Kulturen spezielle Sorten- und Anbauverfahren untersucht. Bei den Versuchsfragen zu den Spezialkulturen wurden im Verlaufe der Versuchsperiode einige Modifizierungen vorgenommen, die der besseren Praxisausrichtung dienten und neue Erkenntnisse und notwendige Sortenwechsel mit einbanden. 2.2 Versuchsstandorte Die in der Abb. 1 dargestellten Versuchsstandorte wurden in Anlehnung zum Projektteil Ökonomie nach den Bodeneigenschaften ausgewählt. Die örtliche Nähe und damit die Ertragslage zu den Untersuchungsregionen waren ebenfalls gegeben (siehe Abb. 1). 4

14 REG III Emsland VF Werlte REG II Soltau VF Celle REG I Braunschweig VF Königslutter VF Astrup Abb. 1: SUNREG I Untersuchungsregionen und pflanzenbauliche Versuchsstandorte In der Region I charakterisiert der Standort Königslutter die schwereren Lehmböden im südöstlichen Niedersachsen. Versuche für die Region II Soltau wurden auf dem leichten Sandstandort Celle durchgeführt. In der Region III Emsland wurden auf dem humosen Sandstandort Werlte sowohl die Fruchtfolgeversuche als auch die speziellen Kultur- und Sortenvergleiche bearbeitet. Auf der Versuchsfläche in Astrup wurden Fruchtfolgen unter ökologischen Anbaubedingungen überprüft. 3. Versuchsergebnisse Die Hauptkulturen zur Biomasseproduktion sind derzeit Mais und Getreide-GPS. Hierzu wurden detailliertere Sorten- und produktionstechnische Versuche durchgeführt. Deren Ergebnisse bildeten die Datenbasis für die Ermittlung der Erträge und Deckungsbeiträge in den nachfolgend dargestellten Fruchtfolgen. Beispielhaft sind die dreijährig zusammengefassten Versuche zum Roggenanbau dargestellt. Die Einzelstandorte spiegeln dabei das Ertragsverhalten in den jeweiligen Anbauregionen wider. 5

15 TM dt/ha Vers. 740: Roggen TM-Erträge (abs./mittelwerte) VF Königslutter, Celle u. Werlte (2 Erntezeitpunkte) Askari (H) Recrut (P) Vitallo (P,G) Grannenspitzen Milchreife Grannenspitzen Milchreife Grsp. Milchr. VF Königslutter VF Celle VF Werlte H = Hybridroggen; P = Populationsroggen; P, G = Populationsroggen, Grünschnittnutzung Abb. 2: Roggenerträge an den drei Standorten Die Nutzung von Winterroggen wurde mit verschiedenen Sortentypen als Grünschnittroggen (Ernte EC 49 Grannenspitzen im Mai) und als GPS (Ernte im EC 75 Milchreife im Juni) untersucht. Die Erträge variierten zwischen den Standorten, den Prüfjahren und den Sorten zum Teil erheblich. Im Mittel wurden Erträge von ca. 70 dt TM/ha erzielt. Bei der Nutzung als Grünschnittroggen hatte die Sorte Vitallo dank schnellerer Entwicklung Ertragsvorteile. Die Erträge bei Nutzung im Stadium der Milchreife/beginnenden Teigreife der Körner lagen bei ca. 110 dt TM/ha. Für die GPS-Nutzung sollten vorrangig kornertragsbetonte Sorten angebaut werden, zumal das Lagerrisiko bei Grünroggensorten als hoch einzustufen ist. Die unterdurchschnittlichen Ergebnisse der Hybridroggensorte Askari im Jahr 2007 waren auf die außergewöhnlichen Witterungsbedingungen die ausgeprägte mehrwöchige Frühsommertrockenheit zurückzuführen. Neuere Hybridsorten versprechen deutlich verbesserte Ertragsleistungen, insbesondere für die GPS-Nutzung. Bei theoretischen Gaserträgen von 560 bis 612 l N /kg otm und Methangehalten von 51,6 bis 53,3 % wurden im Mittel der drei Jahre durchschnittliche Methanerträge von m³/ha bei Grünroggen und m³/ha bei Roggen-GPS erzielt. Spitzenmethanerträge von über m³/ha wurden in Einzelversuchen erreicht und lagen damit auf dem Niveau von Mais. Sowohl bei der Nutzung als Grünroggen als auch als Ganzpflanzensilage (GPS) ist nur bei gesicherter Wasserversorgung eine anschließende Hauptfrucht- bzw. Zweitfruchtnutzung ertraglich und ökonomisch sinnvoll Projektbereich A, Fruchtfolgen Die Durchführung der zahlreichen Versuche auf den insgesamt vier Standorten hatte zum Ziel, regionsspezifische Aussagen zu unterschiedlichen Fruchtarten in definierten Fruchtfolgen für die Biomasseerzeugung zu treffen und daraus entsprechende Anbauempfehlungen ableiten zu können. In den nachfolgenden Darstellungen sind die durchschnittlichen Ertragsergebnisse mit Angabe der Bandbreite der Einzelergebnisse der einzelnen Fruchtfolgen der vier Prüfregionen dargestellt. 6

16 Tab.1: Dreigliedrige Energiefruchtfolge (Ertragsübersicht der vier Standorte) Dreigliedrige Energiefruchtfolgen Region 1 (BS/HI) Region 2 (SFA) Region 3 (EL) Ökobetrieb Standort Löß Standort Sand Standort Sand Standort Lehm Fruchtfolge VF Königslutter VF Celle VF Werlte Raum Osnabrück 2005 Silomais Silomais Silomais Mais TM dt/ha 175 ( ) 173 ( ) 181 ( ) Wi.-Roggen GPS Grünroggen/Silomais Grünroggen/Silomais Rotkleegras TM dt/ha 122 ( ) 54 (49-56)/ 158 ( ) 57 / ca Silomais Winterroggen GPS/ Zweitfruchtanbau Grünroggen/Silomais Rotkleegras TM dt/ha 195 ( ) 88 (77-95)/ 95* (56-95) * =ertragsstärkste Zweitfrucht (Sudangras) 42 / 195* ( ) * =mfr. Silomaissortiment 124 Tab. 2: Kombinierte Markt- Energiefruchtfolge (Ertragsübersicht der vier Standorte) Region 1 Region 2 Region 3 Ökobetrieb Standort Löß Standort Sand Standort Sand Standort Lehm Fruchtfolge Raum Braunschweig Raum Celle Raum Emsland Raum Osnabrück 2005 Zuckerrübe Körnermais Silomais Kartoffeln TM dt/ha 550 (FM/dt/ha) 85 (86% TS) (FM/dt/ha) 2006 Winterweizen Kartoffeln Körnermais Rotkleegras TM dt/ha 85 (86% TS) 420 (FM/dt/ha) 75 (86% TS) Winterroggen GPS Winterroggen GPS Winterroggen Rotkleegras TM dt/ha 125 ( ) 108 ( ) 45 (86% TS) 124 Fruchtart = Marktfrucht Fruchtart = Energiepflanze Kombinierte dreigliedrige Marktfrucht - Energiefruchtfolgen Deckungsbeitragsvergleich Die ökonomische Betrachtung der einzelnen Fruchtfolgeglieder, sowohl in der Marktfrucht-Energie- Fruchtfolge als auch in der reinen Energie-Fruchtfolge ist nachfolgend dargestellt. Die Berechnung basiert auf den Richtwertdeckungsbeiträgen der LWK Niedersachsen aus den jeweiligen Prüfjahren. Generell wird beim Vergleich der Einzeljahre erkennbar, dass sich die Deckungsbeiträge im Jahr 2007 auf Grund veränderter Marktpreise drastisch verbessert haben. Dieses hatte nicht nur Auswirkungen auf die Marktfrüchte sondern in gleicher Weise auch auf die Anbaukulturen, die für die energetische Nutzung eingesetzt wurden. In den dreigliedrigen Energiefruchtfolgen erzielte der Silomais im Hauptfruchtanbau dank der deutlich höheren Ertragsleistungen die höchsten Deckungsbeiträge. Ein Zweitfruchtanbau, sei es GPS-Anbau und Nachnutzung der Fläche durch beispielsweise Sudangras oder auch Vornutzung von Grünroggen mit anschließendem Hauptfruchtanbau Silomais, konnte auf den leichteren Standorten in Einzeljahren vielleicht etwas höhere Gesamterträge bilden, ökonomische Vorteile ergaben sich wegen der erhöhten Kosten durch einen zweiten Anbau jedoch nicht. Ein Vergleich zwischen dem 7

17 Hauptfruchtanbau Mais und dem Zweitfruchtanbau ist auf dem Standort Werlte vorgenommen worden. Tab. 3: Dreigliedrige Energiefruchtfolge (Deckungsbeiträge) TM-Ertrag dt/ha und Deckungsbeitrag /ha Gesamtertrag Wi.-zwi.fr. Zweitfrucht Summe Wi.-zwi.fr. Zweitfrucht Summe Summe Standort Hauptfrucht 2006 Hauptfrucht Fruchtart Silomais Roggen-GPS Silomais Königslutter Ertrag Deckungsbeitrag Fruchtart Silomais Grünroggen Silomais GPS-Roggen Sudangr. Celle Ertrag Deckungsbeitrag Fruchtart Silomais Grünroggen Silomais Grünroggen Silomais Ertrag ca Werlte Astrup (Öko) Deckungsbeitrag Fruchtart Silomais Silomais Silomais Ertrag Deckungsbeitrag Fruchtart Silomais Rotkleegras Rotkleegras Ertrag Deckungsbeitrag Ein ökonomischer Vergleich zwischen den Standorten ist schwierig, da unterschiedliche Fruchtfolgen geprüft wurden. So ist beispielsweise auf dem Lehmstandort Königslutter nicht unbedingt das Ertragsmaximum ausgeschöpft worden, da durch den bewussten Fruchtartenwechsel von Mais und GPS-Roggen die ökologischen Belange mit berücksichtigt wurden. Im ökologischen Landbau führte der geschickte Einbau von Leguminosen in eine ausschließlich zur Biomasseproduktion ausgerichtete Fruchtfolge auch zu ökonomisch ansprechenden Erträgen und Deckungsbeiträgen. Durch die Einbindung von Kulturen, die zur Biomasseproduktion in Marktfrucht-Fruchtfolgen integriert wurden, konnte der Deckungsbeitrag der Fruchtfolgen zum Teil gesteigert werden, wenn die Energiefrüchte andere ökonomisch schwache Fruchtfolgeglieder ersetzten. Spezielle Kulturen, wie beispielsweise die Kartoffeln, wurden durch den Einsatz von Energiefruchtfolgegliedern in ihrer ökonomischen Vorzüglichkeit nicht beeinträchtigt. Vielmehr ist festzuhalten, dass aus ökonomischen Gründen die Kartoffel sowohl im konventionellen Anbau (s. Versuchsstandort Celle) als auch besonders im ökologischen Anbau (s. Versuchsstandort Astrup) in der Fruchtfolge berücksichtigt bleiben sollte (s. Tabelle 4). 8

18 Tab.4: Kombinierte Markt- Energiefruchtfolge (Deckungsbeiträge) Ertrag dt/ha und Deckungsbeitrag /ha Deckungsbeitrag Standort Königslutter Celle Werlte Astrup (Öko) Summe der 3 Jahre Furchtart Zuckerrüben Winterweizen Roggen-GPS Ertrag dt FM/ha dt TM/ha (86 %) dt TM/ha Deckungsbeitrag Furchtart Körnermais Kartoffeln Roggen-GPS Ertrag dt TM/ha (86 %) dt FM/ha dt TM/ha Deckungsbeitrag Furchtart Silomais Körnermais Winterroggen Ertrag dt TM/ha dt TM/ha (86 %) dt TM/ha (86 %) Deckungsbeitrag Furchtart Kartoffeln Rotkleegras Rotkleegras Ertrag dt TM/ha dt TM/ha dt TM/ha Deckungsbeitrag Fruchtart = Marktfrucht Fruchtart = Energiepflanze 3.2 Projektbereich B (spezielle Kultur- und Sortenvergleiche) Mit dem rasanten Anstieg der Zahl der Biogasanlagen in Niedersachsen und dem damit verbundenen lokal deutlich gestiegenen Maisanteil in der Fruchtfolge wird auch aus dem nichtlandwirtschaftlichen Umfeld die Forderung nach alternativen Fruchtarten stärker. Dieses und die Tatsache, dass generell für ausgesprochen maisbetonte Fruchtfolgen Alternativen aufgezeigt werden sollten, sind wichtige Gründe für die vorliegenden Versuche zu alternativen Kulturen für die Biomasseproduktion. Mit Beginn des Projektes im Herbst 2004 war man bestrebt, für das neue Betätigungsfeld der Landwirtschaft, die Energieerzeugung, ein breites Spektrum potenzieller Kulturarten zu prüfen, die möglichst grosse Mengen Biomasse pro Hektar zu wirtschaftlich sinnvollen Bedingungen erzeugen sollten. Bereits im ersten Hauptnutzungsjahr 2005 wurde deutlich, dass schon die Saatgutbeschaffung spezieller Kulturen, selbst nur zu Versuchszwecken, auf große Schwierigkeiten stieß. Demzufolge konnte beispielsweise das Switchgras nicht angebaut und geprüft werden. Weitere Gräserarten, wie z.b. das Rohrglanzgras fielen nach dem ersten Prüfjahr aufgrund mangelnder Ertragsleistungen aus dem Versuchsprogramm heraus. Zu dem Welschen Weidelgras gab es außerhalb des Projektes zahlreiche Versuchsaktivitäten, sodass auch dieses aus dem Versuchsprogramm ausschied. Der Hanf wurde 2005 angebaut, geriet jedoch sehr stark ins Lager, sodass eine Beerntung nicht mehr möglich war. Gleichzeitig wurde ersichtlich, dass die Beerntung des Hanfes mit zunehmender Abreife generell große Schwierigkeiten mit sich bringen würde, sodass auch für die Praxis ein Hanfanbau nur schwer durchführbar und vor allem verwertbar wäre. Daher wurde in den Jahren 2006 und vor allem 2007 das Versuchsprogramm dahingehend verändert, dass Kulturen intensiver untersucht wurden, die ohne größere technische Anbauprobleme für die Praxis aus ertraglicher Sicht zukünftig interessant sein könnten. Dazu zählen vor allem Hybridsorghum, Sudangras, Sonnenblume und natürlich der bekannte Mais. Da die klimatischen Ansprüche der einzelnen Kulturen unterschiedlich sind, ist es denkbar, dass insbesondere Hybridsorghum und Su- 9

19 dangras auf Grund ihrer höheren Temperaturansprüche während des Auflaufens eher als Zweitkultur nach einer früh räumenden Vorfrucht eingesetzt werden. Diesbezüglich sind 2007 auf dem Standort Dasselsbruch erste interessante Ergebnisse erzielt worden. Die Ergebnisse von Hybridsorghum, Sudangras und Sonnenblume sind in nachfolgender Abbildung im Vergleich zu den Ertragsergebnissen des Maises dargestellt (Abb.3). Ertragsvergleich von Hybridsorghum, Sudangras, Sonnenblume u. Mais, , Sandstandorte Werlte (05.06) u. Buchholz (07) 200 Hybridsorghum Rona Sonnenblume Metasol Sudangras Lussi Mais AgroMax TM-Ertrag dt/ha Mittel Arten, Jahre Abb. 3: Ertragsvergleich Alternativkulturen auf leichten Standorten Unter den günstigen Wachstumsbedingungen des Jahres 2005 überraschte die Sudangrassorte Lussi mit einem sehr guten Ergebnis und konnte sogar die Maissorte Agromax überflügeln. Aufgrund von Wildschäden (Hasenfraß) konnten 2005 keine Ertragsdaten bei den Sonnenblumen ermittelt werden. Im Jahr 2006 mit der ab Juni einsetzenden Trockenheit und sehr hohen Temperaturen sank das Ertragsniveau insgesamt. Die tendenziell höhere Trocken- und Hitzetoleranz wurde beim Sudangras und Hybridsorghum im Vergleich zum Mais optisch erkennbar, dieses wirkte sich jedoch ertraglich nicht aus. Die anschließend einsetzenden Niederschläge konnte der Mais noch effizient für die Kolbenentwicklung und damit insgesamt für die Ertragsbildung ausnutzen. Recht enttäuschend war das Ergebnis der Sonnenblumen. Das Jahr 2007 bot dem Mais die günstigsten Wachstumsbedingungen, sodass der Ertragsvorteil sehr deutlich ausfiel. Die recht unterschiedlichen Witterungsbedingungen der drei Prüfjahre zeigen, dass der Mais derzeit die konstantesten Erträge lieferte, während insbesondere beim Hybridsorghum starke Schwankungen zu verzeichnen waren. Die Trockentoleranz der Sorghumarten wird möglicherweise insbesondere in den östlichen Landesteilen Niedersachsens in den nächsten Jahren zunehmende Bedeutung erlangen. Von daher ist die jetzige intensive Versuchs- und Forschungsarbeit eine wichtige Voraussetzung dafür, dass für die Zukunft praxisrelevante Anbaualternativen zum Mais erarbeitet werden und künftig zur Verfügung stehen. Generell wird erkennbar, dass die Züchtungsunternehmen die für unseren Klimaraum eher neuen Arten zukünftig intensiv bearbeiten werden, um hinsichtlich Anbausicherheit und Ertragsleistung und -konstanz entsprechend neue Sorten zu entwickeln. 10

20 4. Zusammenfassung Neben dem Mais und der Getreide-Ganzpflanzensilage werden vor allem Hybridsorghum, Sudangras und Sonnenblume die zur Biomasseerzeugung interessantesten Kulturen sein. Da die klimatischen Ansprüche der einzelnen Kulturarten unterschiedlich sind, ist es denkbar, dass insbesondere Hybridsorghum und Sudangras auf Grund ihrer höheren Temperaturansprüche während des Auflaufens eher als Zweitkultur nach einer früh räumenden Vorfrucht eingesetzt werden. Bereits im ersten Untersuchungsjahr wurde erkennbar, dass einzelne Kulturen, wie beispielsweise das Switchgras oder auch der Hanf in naher Zukunft keine Bedeutung für die Praxis erlangen würden. Mit dem rasanten Anstieg der Zahl der Biogasanlagen in Niedersachsen und dem damit verbundenen lokal deutlich gestiegenen Maisanteil in der Fruchtfolge wird auch aus dem nichtlandwirtschaftlichen Umfeld die Forderung nach breiter gefächerten Fruchtfolgen stärker. Hierzu liefern die Ergebnisse der im Sunreg I Projekt durchgeführten Versuche wichtige Erkenntnisse und schaffen damit die Basis für eine praxisorientierte Beratung. Durch die mittlerweile intensiven Züchtungsaktivitäten wird sich künftig das Leistungs- und Sortenspektrum deutlich vergrößern, dies gilt insbesondere für die Sorghumarten und die Sonnenblume, aber auch bei Getreide werden für die Biomasseproduktion ausgerichtete Neuzüchtungen erarbeitet. Neue Kulturarten werden zukünftig an die hiesigen klimatischen Verhältnisse angepasst, so dass in der Zukunft auch für die praktische Biomasseerzeugung ein breiteres Arten- und Sortenspektrum zur Verfügung stehen wird. 5. Literatur LWK Niedersachsen, Richtwert-Deckungsbeiträge

21 Ökonomische Beurteilung des Anbaupotenzials für Biomasse in drei ausgewählten Regionen Niedersachsens Dr. Mathias Schindler, Theo Lührs Landwirtschaftskammer Niedersachsen 1. Einleitung und Zielsetzung Die Sicherstellung einer nachhaltigen und umweltschonenden Versorgung mit Energie gewinnt zunehmend an Priorität. Dabei gerät auch die Landwirtschaft als ein potenzieller Lieferant von agrarischen Rohstoffen zur Erzeugung von Strom, Wärme und hochwertigen Treibstoffen in den politischen Fokus. Im Rahmen dieses Projektes wurden modellhaft anhand ausgewählter Regionen Niedersachsens die bisherigen Produktionsstrukturen analysiert und als Datengrundlagen für das ATB- Rechenmodell zur Simulation von Entwicklungen der Anbaustrukturen unter variierenden Produktund Betriebsmittelpreisen bereitgestellt. 2. Ergebnisse 2.1 Auswahl der Untersuchungsgebiete (Modellregionen) Als repräsentativ für Niedersachsen wurden nach einer naturräumlichen und produktionsstrukturbedingten Abgrenzung die in der Abbildung gezeigten Gebiete ausgewählt. Abbildung: Lage der Modellregionen Quelle: Eigene Darstellung (Programm ArcView) 13

22 Die Region 1 (im Folgenden: BS/HI) umfasst die Lößbörde-Böden Niedersachsens in der Hildesheimer/Braunschweiger-Börde als repräsentative Hochertragsregion, gekennzeichnet durch hohe Ackerzahlen und keine nennenswerte Viehhaltung. Die Region 2 (im Folgenden: SFA) repräsentiert die leichten Sandstandorte. Dieses Gebiet der Heide im Bereich Soltau-Fallingbostels und einige Gemeinden benachbarter Landkreise steht für tendenziell niedrige Ackerzahlen und mäßig intensive Viehhaltung, die sich relativ ausgewogen auf die Bereiche Rinder, Schweine und Geflügel verteilt. Die Region 3 (im Folgenden: EL) besteht aus dem südlichen Emsland und der Grafschaft Bentheim und ist repräsentativ für die typischen Veredlungsregionen auf den ackerbaulich schwächeren Sandund Moorstandorten. Sie zeichnet sich durch eine hohe und weiter deutlich zunehmende Viehdichte, insbesondere im Geflügelbereich, aus und weist gleichzeitig intensiven Futterbau und hohe Anteile von Stärke- und Veredelungskartoffeln in der Fruchtfolge auf den Ackerflächen auf. Tabelle 1: Größen, Bodenpunkte und Klimadaten in den Modellregionen Gesamtfläche ha LF ha Ackerfläche ha Bodenpunkte Ackerflächen Ø Lufttemp. C Ø Niederschläge mm Ø 3 Regionen ,1 Region 1 (BS/HI) ,1 (55,3-95,4) 8,8 618 Region 2 (SFA) ,4 (24,5-42,2) 8,4 811 Region 3 (EL) ,9 (22,8-36,4) 9,4 799 Quelle: Eigene Berechnungen nach GAP-Daten 2005, NLfS 2006 und Obwohl die Region 1 (BS/HI) die geringste Gesamtfläche aufweist, ist die Ackerfläche am größten, während in der Region 2 die außerlandwirtschaftlichen Nutzungsansprüche die meiste Fläche vereinnahmen. Dass die typischen Grünlandgebiete (z. B. entlang der Küste) nicht repräsentiert sind, wird bewusst in Kauf genommen, da (bislang) nur landwirtschaftliche Rohstoffe von Ackerflächen zur Energiegewinnung genutzt werden. Die Bodenpunkte als Maß für die Standortqualität sind in Region 1 (BS/HI) fast dreimal so hoch wie in Region 3 (EL). Die höchste Ø Lufttemperatur findet sich in der Region 3 (EL), während die höchsten Niederschlagsmengen (bei sehr ungleicher saisonaler Verteilung) in Region 2 (SFA) auftreten. 2.2 Anbaustruktur in den Modellregionen In der Region 1 (BS/HI) dominieren Weizen- und Zuckerrübenanbau (zusammen 73,4%). In einzelnen Gemeinden werden hier über 70% Weizen- und 29% Zuckerrübenanbau erreicht. In der Region 2 (SFA) ist die Anbaustruktur wesentlich vielseitiger, so dass die bedeutendsten Kulturen (Silomais und Gerste) jeweils nur etwa 12,5% Fruchtfolgeanteil erreichen. In der Region 3 (EL) dominiert der Mais mit 36,7% (Körner- und Silomais zusammen), vor Kartoffeln (14,4%) und Gerste (11%). 14

23 Tabelle 2: Landwirtschaftliche Flächennutzung nach Gemeinden in den Regionen Zahl Getreidzestcale mais rüben toffeln mais Wei- Ger- Triti- Körn.- Zuck.- Kar- Silo- Acker Betriebe % LF % LF % LF % LF % LF % LF % LF % LF % LF Gesamt ,1 45,5 21,2 10,1 2,8 6,3 8,4 7,5 7,1 Gebiet 1 Ø ,6 60,7 51,6 7,5 0,3 0,2 21,8 1,0 0,5 Min. 76,5 45,6 18,9 6,3 Max. 100,0 70,7 70,2 13,2 2,5 5,2 29,0 4,3 8,2 Gebiet 2 Ø ,9 35,0 4,1 12,3 5,0 0,7 2,7 5,8 12,5 Min. 35,7 16,0 0,3 5,3 0,7 0,3 1,1 3,6 Max. 91,7 54,0 14,2 21,3 9,2 3,6 7,9 19,6 20,3 Gebiet 3 Ø ,4 38,8 5,0 11,0 3,5 15,5 0,1 14,4 21,2 Min. 49,9 8,8 0,7 4,8 0,3 0,8 3,9 Max. 97,6 81,5 15,3 19,7 10,9 49,0 1,4 40,9 38,8 Quelle: Daten des GAP-Antragsverfahrens 2005 (Auszug) 2.3. Erträge in den Modellregionen In der Region 1 (BS/HI) liegen die Getreideerträge um 90 dt/ha, während in den Regionen 2 (SFA) und 3 (EL) teilweise nur 60 dt/ha erreicht werden. Dabei sind die Unterschiede des Jahres 2004 zum zehnjährigen Durchschnitt umso größer, je geringer die Bodenqualität ist. Dies ist auf die höhere Gefährdung durch Trockenheit auf den leichten Böden zurückzuführen, die in Region 2 teilweise durch Beregnung ausgeglichen wird und sich auch bei den anderen Kulturen entsprechend auswirkt. Tabelle 3: Durchschnittliche Erträge in den Regionen Winterweizen Wintergerste Triticale Raps * * * * dt/ha dt/ha dt/ha dt/ha dt/ha dt/ha dt/ha 3 Regionen 86,6 85,5 76,0 70,2 68,7 63,7 41,2 34,5 R. 1 (BS/HI) 92,5 91,8 89,5 85,6 78,6 74,4 44,2 37,5 R. 2 (SFA) 72,7 72,1 68,6 60,7 63,9 59,7 37,7 30,9 R. 3 (EL) 71,2 67,8 62,9 56,4 61,6 56,0 34,4 30,3 Zuckerrüben Körnermais Silomais Speisekartoffeln * * * * dt/ha dt/ha dt/ha dt/ha dt/ha dt/ha dt/ha dt/ha 3 Regionen 601,7 554,6 88,1 80,0 453,7 444,7 490,2 432,2 R. 1 (BS/HI) 607,7 565,2 92,4 83,7 482,8 482,9 479,9 434,5 R. 2 (SFA) 542,3 504,1 79,4 75,3 448,7 427,0 473,5 404,5 R. 3 (EL) 529,5 497,1 88,1 80,0 448,8 441,4 439,3 390,5 Quelle: Eigene Berechnungen (Schätzungen) nach Daten des NLfS Mais und Kartoffeln weisen in den Regionen 2 und 3 (SFA und EL) gemessen am Getreide relativ höhere Ertragsniveaus auf, was deren deutlich höhere Fruchtfolgeanteile begründet. 15

24 2.4. Tierbestände in den Modellregionen Um verschiedene Tierarten bei der Bestandsanalyse vergleichbar zu machen, wird zur Bewertung der GV-Schlüssel angesetzt (1 GV = 500 kg Lebendmasse Tier). Hinsichtlich der Tierbestände ist der absolute Besatz in der Region 1 (BS/HI) praktisch zu vernachlässigen, während in der Region 2 (SFA) fast 60% des GV-Besatzes aus der Rinderhaltung resultieren. In der Region 3 sind absoluter und relativer Tierbesatz mit Abstand am höchsten. Da die letzten belastbaren Daten aus 2003 stammen, sind die inzwischen aufgetretenen Verschiebungen in den Tierbeständen (weniger Rindermast und starke Ausweitung der Hähnchenmast) noch nicht ausreichend erfasst. Tabelle 4: Gesamttierbestände in den Regionen nach Tierarten 3 Regionen Region 1 (BS/HI) Region 2 (SFA) Region 3 (EL) Gesamt Pferde Rinder Schweine Geflügel Schafe Stück GV GV/ha 1,05 0,02 0,53 0,44 0,05 0,01 Stück GV GV/ha 0,08 0,02 0,02 0,03 0,00 0,01 Stück GV GV/ha 0,94 0,04 0,55 0,32 0,02 0,01 Stück GV GV/ha 2,00 0,02 0,98 0,89 0,11 0,00 Quelle: Viehzählung vom des NLfS Verfügbarkeit von Stroh in den Modellregionen Parallel zur Getreidekornerzeugung fällt als Nebenprodukt Stroh an, welches bislang in nennenswertem Umfang lediglich als Futterkomponente für Rauhfutterfresser und als Einstreu bei bestimmten Verfahren der Tierhaltung (Pferde, Geflügel (Hähnchen und Puten), Rinder und Schweine nur noch vereinzelt) Verwendung findet. Darüber hinaus wird es bei Fehlen von Wirtschaftsdüngern zur Aufrechterhaltung eines ausgeglichenen Humusgehaltes notwendig, dass außer den Ernterückständen der anderen Kulturen auch ein beträchtlicher Anteil des Strohs auf den Ackerflächen verbleibt. Da der Getreideanteil in der Region 1 (BS/HI) mit Abstand am höchsten ist, fällt hier auch mit einer geschätzten Gesamtmenge von ca t die größte Strohmenge an. Nach Abzug des Anteils für die Aufrechterhaltung der Humusbilanz ist auch noch der Strohbedarf in der Tierhaltung zu berücksichtigen. Da diese aber wiederum Wirtschaftsdünger zur Verfügung stellt, dessen Ausbringung sich ebenfalls positiv auf die Humusbilanz auswirkt, wird der Strohbedarf für die Tierhaltung zwar voll angerechnet, dafür aber eine Gutschrift von 75% der benötigten Strohmenge beim Bedarf für die Humusbilanz angerechnet, so dass nach der Saldierung ein Strohüberschuss von t verbleibt. Dieser steht prinzipiell für diverse andere Nutzungsansprüche (außerlandwirtschaftliche, aber auch den Strohverkauf in andere Regionen) zur Verfügung. Ob eine tatsächliche Mobilisierung erfolgen kann, ist von den Erlös- und Kostenstrukturen der Strohbereitstellung abhängig. In den Regionen 16

25 2 (SFA) und 3 (EL) sind die ermittelten Mengen an Strohüberschuss mit ca t bzw t im Verhältnis zum Bedarf großindustrieller Anlagenkapazitäten der Treibstoffproduktion so gering, dass sie allenfalls innerhalb eines Substratmixes relevant erscheinen, nicht jedoch als Hauptsubtrat. Tabelle 5: Erzeugung, Bedarf und Verfügbarkeit von Stroh nach Regionen verfügbare Strohmengen Erzeugung lokaler landwirtschaftlicher Bedarf * Überschuss t Humusbilanz (50%) t Tierhaltung t t Region 1 (BS/HI) Region 2 (SFA) Region 3 (EL) * die kleinere Bedarfsmenge wird nur zu 25% angerechnet Quelle: Eigene Berechnungen 2.6. Bereitstellungskosten für Stroh Die Bewertung der Bereitstellung von Stroh muss sich derzeit mangels eines funktionierenden überregionalen Marktes an den Bereitstellungskosten für Stroh orientieren. Diese ergeben sich aus folgenden Kostenpositionen: - Nährstoffwert - Bergung (frei Lager) - Lagerung - Anlieferung/Transport Der Nährstoffwert ergibt sich aus den in Stroh enthaltenen pflanzenverfügbaren Nährstoffen, die bei der Ermittlung mit den Nährstoffpreisen für mineralische Düngung bewertet werden. Dieser Ansatz folgt dem Gedanken, dass ein Strohverkauf den Entzug ansonsten auf der Fläche verbleibender Nährstoffe bedeutet, die durch anderweitige Zufuhr (hier. Mineraldüngung) wieder auszugleichen ist. Tabelle 6: Durchschnittlicher Nährstoffwert von Stroh in den Regionen Nährstoffwert von Stroh in Region 1 (BS/HI) Region 2 (SFA) Region 3 (EL) bei Ø Strohertrag: 7,5 t/ha 5,6 t/ha 5,0 t/ha Nährstoffe: Insgesamt 11,11 /t 89,42 /ha 69,24 /ha 62,46 /ha N 0,63 /kg 5,0 kg/t 23,58 /ha 17,83 /ha 15,90 /ha P 2 O 5 0,57 /kg 3,0 kg/t 12,70 /ha 9,60 /ha 8,56 /ha K 2 O 0,29 /kg 17,0 kg/t 36,48 /ha 27,59 /ha 24,59 /ha MgO 0,74 /kg 1,8 kg/t 9,98 /ha 7,55 /ha 6,73 /ha Mineraldüngerausbringung 6,67 /ha 6,67 /ha 6,67 /ha Quelle: Eigene Berechnungen z. T. nach KTBL (2006) Danach kann der Nährstoffwert von Stroh mit 11,11 /t angenommen werden, was unter Berücksichtigung eines Arbeitsganges pro Jahr für die Mineraldüngerausbringung Werte von 89,42 /ha in Region 1 (BS/HI), 69,24 /t in Region 2 (SFA) und 62,46 /ha in Region 3 (EL) ergibt. 17

26 Die Kosten für die Bergung ergeben sich aus den Kosten für das Pressen zu transportgeeigneten Ballen (hier: Quader- und HD-Quaderballen), für das Aufladen der Ballen (Zusammentragen und Stapeln auf Anhänger), für den Transport zum Zwischenlager und für das Einbringen ins Zwischenlager. Dabei entstehen für das Pressen Kosten zwischen 12,18 /t (normale Quaderballen bei Vollauslastung) und 13,59 /t (HD-Quaderballen bei 88% Auslastung). Hier entsteht ein geringfügiger Nachteil für die hoch verdichtenden Presssysteme, die sich jedoch aufgrund der höheren Raumgewichte in den nachfolgenden Arbeitsschritten als kostengünstiger erweisen werden. Für das Laden sind Kosten zwischen 3,68 /t (HD-Quader bei Vollauslastung) und 4,18 /t (Quader bei 88% Auslastung) zu veranschlagen. Tabelle 7: Kosten des Pressens und Ladens von Stroh-Quaderballen Quaderballen (konvent. System) HD-Quaderballen (System Krone ) Anschaffungskosten Presse Balleneigenschaften kg (m 3 ) 330 (2,38) 475 (2,38) Pressenauslastung Presskosten Presskosten % t/jahr /t /t t/jahr ,59 13, ,35 13, ,18 13, Quaderballen (konvent. System) HD-Quaderballen (System Krone ) Anschaffungskosten Lader Laderauslastung Presskosten Presskosten % t/jahr /t /t t/jahr ,18 3, ,12 3, ,11 3, Quelle: Gers-Grapperhaus und Schindler, Berechnungen z. T. nach KTBL 2006 Je nach Entfernung der Zwischenlager vom jeweiligen Erzeugungsort des Strohs ergeben sich Kosten für den Transport mit Schlepperzug zum Zwischenlager zwischen 1,79 /t (1 km; HD-Quaderballen) und 10,64 /t (8,19+2,45; 30 km bei Normal-Quadern). Jeder zusätzliche Transport-km über 30 km hinaus verursacht weitere Kostensteigerungen um 0,08 bis 0,18 /t. Tabelle 8: Transportkosten von Stroh mit unterschiedlicher Pressdichte und Transporttechnik Trans- Schlepperzug LKW Trans- Schlepperzug LKW portent- HD- normale HD- normale portent- HD- normale HD- normale fernung Quader Quader Quader Quader fernung Quader Quader Quader Quader km /t /t /t km/h km /t /t /t km/h 1 1,79 +0,54 2,31 +0, ,64 +1,68 5,24 1,87 2 2,17 +0,65 2,63 +0, ,60 +1,97 5,79 +2,07 5 3,16 +0,94 3,48 +1, ,19 +2,45 6,55 +2, ,51 +1,35 4,50 +1,61 zus. km 0,14 0,18 0,08 0,11 Quelle: Gers-Grapperhaus und Schindler, Berechnungen z. T. nach KTBL

27 Die Kosten für die Lagerung der Strohballen werden sowohl für eine Lagerung in Hallen als auch in einem Feldrandlager kalkuliert. Während erstere aufgrund der hohen Investitionskosten mit 15,71 bis 20,86 /t zu veranschlagen sind, ergeben sich für letztere durch die höheren Verluste bedingt Kosten zwischen 7,15 und 8,16 /t. Tabelle 9: Kosten der Strohlagerung nach Lager- und Ballenart Hallenlagerung Feldrandlager Nutzbares Lagervolumen m Investitionsbedarf EUR EUR/m 3 35,09 1,95 Quader- HD-Qua- Quader- HD-Quaballen derballen ballen derballen Mögliche Lagermenge t Spezifischer Investitionsbedarf EUR/t Jährliche Kosten EUR/t/J. 20,86 15,71 8,16 7,15 Quelle: Gers-Grapperhaus und Schindler, 2006 Die Bereitstellungskosten für Stroh ab Zwischenlager ergeben sich in Abhängigkeit von Press-, Lager- und Transportsystem sowie Transportentfernung zum Zwischenlager mit 46,45 /t unter Idealbedingungen (HD-Quader, 1 km zum Zwischenlager, Schlepperzugtransport) bzw. 72,66 /t (52,02+20,64; 35 km Transport mit Schlepperzug, Hallenlagerung). Die im Fettdruck dargestellten Werte stellen die kostenoptimale Variante dar, die anderen Werte sind als Kostenaufschlag zu verstehen und müssen zum in der jeweiligen Zeile fett gedruckten Wert addiert werden. Tabelle 10: Bereitstellungskosten Stroh (Nährstoffwert, Press-, Lade-, Transport- und Lagerkosten) HD-Quaderballen ("Krone") konventionelle Quaderballen Lagerart Feldrand Halle Feldrand Halle Transportart Schlepper LKW Schlepper LKW Schlepper LKW Schlepper LKW über... km EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t EUR/t 1 46,45 0,57 9,42 9,99 1,68 2,46 15,65 16, ,87 0,51 9,42 9,92 1,83 2,52 15,79 16, ,59 0,22 9,42 9,64 2,45 2,74 16,41 16, ,01 49,43 9,43 9,42 2,76 2,75 16,73 16, ,44 50,24 9,86 9,42 3,63 3,04 17,60 17, ,89 50,85 10,31 9,42 4,46 3,25 18,43 17, ,80 51,69 11,22 9,42 5,99 3,55 19,96 17, ,21 52,02 11,63 9,42 6,68 3,67 20,64 17,63 zusätzl. km 0,14 0,08 0,14 0,08 0,18 0,11 0,18 0,11 Quelle: Gers-Grapperhaus und Schindler, Berechnungen z. T. nach KTBL

28 3. Zusammenfassung Durch die Diskussionen über nachhaltigere und unabhängigere Energieversorgung erweitert sich der Absatzbereich für die landwirtschaftlichen Erzeugnisse. Zur Ermittlung der nachhaltig in der Landwirtschaft produzierbaren Rohstoffe für sämtliche Formen der Energieerzeugung erfolgt eine Analyse regionaler Produktionssysteme und Kapazitäten am Beispiel von 3 ausgewählten Modellregionen Niedersachsens. Die 3 Modellregionen (Braunschweig/Hildesheim, Soltau-Fallingbostel und südliches Emsland) bilden die unterschiedlichen Standortbedingungen und die daraus hervorgegangenen Agrarstrukturen und Produktionssysteme ab. Die Agrarstrukturanalyse weist in der Region 1 (BS/HI) hohe Getreide- und Zuckerrübenanteile und sehr geringen Viehbesatz auf, während in der Region 2 (SFA) die Bodenproduktion sehr vielschichtig ist und eine mittlere, raufutterfresserbetonte Viehhaltung ( ca. 1 GV/ha) stattfindet. In der Region 3 (EL) ist die Viehdichte mit 2 GV/ha (Stand: 2003) sehr hoch und der Mais als Körner- oder Silomais mit ca. 37% Anteil die dominierende Kultur der Fruchtfolge, gefolgt vom Kartoffelanbau, der hier durchschnittlich 14,4%, in einzelnen Gemeinden aber bis zu 41% Fruchtfolgeanteil aufweist. Hinsichtlich der Bereitstellung von Stroh als einem bislang in der Landwirtschaft in großen Mengen anfallendem Nebenprodukt, das in regional sehr unterschiedlichem Umfang geborgen wird, ergeben sich deutliche Unterschiede in der Verfügbarkeit. Während in der Region 1 (BS/HI) große Mengen mit hoher Erfassungsdichte verfügbar sein können, sind die Mengen in der Region 2 (SFA) sowohl deutlich niedriger als auch stärker verstreut. In der Region 3 (EL) ist aufgrund des Strohbedarfs der Tierhaltung nur mit sehr geringen verfügbaren Strohmengen bei extrem unterschiedlicher Erfassungsdichte zu rechnen. Die Bereitstellungskosten für Stroh, die begriffsgemäß ausschließlich auf einer Vollkostenkalkulation basieren und keine Marktpreise zugrunde legen, betragen unter sehr günstigen Bedingungen ca. 47 /t und steigen bei ungünstigeren Bedingungen auf bis zu 73 /t an. 4. Literatur [1] NLfS: Niedersächsisches Landesamt für Statistik, diverse Jahrgänge [2] Landwirtschaftskammer Niedersachsen, diverse Veröffentlichungen [3] DWD: Deutscher Wetterdienst, Klimadaten von Deutschland Zeitraum von und Internetrecherche 2007, [3] Land & Forst, Nr. 26/2006, S.56 [4] KTBL: Kuratorium für Technik und Bau in der Landwirtschaft, 2006, Betriebsplanung Landwirtschaft [5] LBEG: Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie, Langjährige Monatsmittel der Klimatischen Wasserbilanz für 5 DWD-Stationen, Hannover

29 Modellanwendung zur ökonomischen Bewertung von Biomassepfaden Dr. Philipp Grundmann, Dr. Hilde Klauss Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.v. Dr. Mathias Schindler Landwirtschaftskammer Niedersachsen 1. Einleitung Aus landwirtschaftlicher Biomasse produzierte Energie (Bioenergie) spielt eine bedeutsame Rolle bei der Erreichung der Ziele des Fahrplans für erneuerbare Energien ( Renewable Energy Road Map ), welcher von der Europäischen Kommission für jeden Mitgliedsstaat vorgeschlagen wurde (EURO- PEAN COMMISSION, 2007). Dieser Fahrplan beinhaltet ein verbindliches Ziel von 20 % für den Anteil erneuerbarer Energien am Energieverbrauch in der EU bis zum Jahr 2020 sowie ein verbindliches Mindestziel eines Anteils von 10 % Biokraftstoffen. Bisher gedieh der Bioenergie-Sektor mit Hilfe vielfältiger Fördermaßnahmen, die unter der Hoheit europäischer und deutscher Agrar-, Energie- und Umweltpolitik eingerichtet wurden. Ziel der Politik war es, den Anteil und die Zufuhr der Bioenergie am gesamten Energiemix zu erhöhen, und zugleich die Versorgungssicherheit, Nachhaltigkeit und Wettbewerbsfähigkeit der Bioenergie zu steigern. Im Jahr 1997 gab sich die EU als Ziel vor, dass der Anteil erneuerbarer Energien am Brutto-Energieverbrauch in der EU im Jahr 2010 insgesamt 12 % betragen soll (EUROPEAN COMMISSION, 1997). Trotz eines deutlichen Anstiegs dieses Anteils wird dieses Ziel nach Schätzungen der Kommission wohl nicht erreicht werden. Zudem stellen jüngste Entwicklungen auf den weltweiten Rohstoffmärkten und neue europäische Umwelt- und Agrarstrategien den Bioenergiesektor und insbesondere den Energiepflanzenanbau vor neue Risiken bzw. Herausforderungen. Für den Bioenergiesektor gilt es die Risiken, die bei sich verändernden Rahmenbedingungen auftreten, frühzeitig zu erkennen, richtig einzuschätzen und in angemessener Weise darauf zu reagieren. Die Entscheidungsfindung in der Bioenergie-Branche und im Energiepflanzenanbau wird maßgeblich bestimmt durch Energiekosten, Preisentwicklungen im Nahrungsmittelanbau und Fördermaßnahmen für die Produktion und energetische Nutzung der Biomasse. Eine Missachtung dieser Faktoren kann zu gravierenden Fehleinschätzungen der Chancen und Risiken, sowie zu einer Fehlallokation bei der Ressourcenzuteilung führen. Die Abschätzung der Folgen der Bioenergieförderung, des Ölpreis- und des Nahrungsmittelpreisanstiegs auf die Entwicklung des Energiepflanzenanbaus in Deutschland kann maßgeblich dazu beitragen, dies zu vermeiden. 2. Methoden Der grundlegende Ansatz stützt sich auf eine Entscheidungsorientierte Wirkungsanalyse, welche ein multikriterielles Optimierungsmodell für die Entscheidungsfindung und Folgenabschätzung nutzt. Das komparativ-statische Modell wurde entwickelt, um die Änderung der Landnutzung infolge innovativer Bioenergie- und Energiepflanzenanbautechniken sowie Bioenergie- und Umweltpolitiken auf betrieblicher und regionaler Ebene abzuschätzen. Dazu wurde ein Betriebstypenmodell gewählt, bei 21

30 dem ein repräsentativer Betriebstyp eine bestimmte Art von weitgehend homogenen Betrieben vertritt. Eine Region besteht aus Betriebstypen, die in einem einzigen Modell zusammengefasst sind. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine simultane Optimierung des Produktionsprogramms einer Region (GRUNDMANN et al., 2008). Das Modell berücksichtigen neben der Ressource Land die begrenzte Verfügbarkeit der natürlichen Ressourcen wie Wasser und Humus, aber auch Arbeitskräfteeinsatz, Betriebsmittel, etc. Durch die Integration der Ressourcen werden die Flächenkonkurrenz und weitere elementare Parameter bei der Modellierung von Konkurrenzen berücksichtigt. Es werden jedoch ausschließlich die agrarischen Ressourcennutzungen berücksichtigt. Bei der Modellierung der Ressourcennutzung in den Regionen steht die ökonomische Optimierung der Nutzungsmöglichkeiten im Hinblick auf Gewinnbeiträge der Verfahren und Betriebe, sowie Bruttowertschöpfung im Vordergrund der Analyse. Aus der gegebenen regionalen Ausstattung wird somit eine optimale Allokation der verfügbaren Ressourcen simuliert. Das Modell basiert demnach auf der Annahme einzelwirtschaftlich handelnder Akteure. Weiterhin werden die technologischen, ökologischen und gesetzlichen Rahmenbedingungen integriert, die den Nutzungsraum der Ressourcen begrenzen. Optimierung durch Lineare Programmierung, eine etablierte Methode in der angewandten Ökonomie, ist für diese Studie besonders geeignet, da a) viele Aktivitäten und Restriktionen zugleich betrachtet werden können, b) explizite und effiziente Prozeduren für die Lösungsfindung (Optimumssuche) eingesetzt werden, c) Ergebnisse aus veränderbaren Variablen nachvollziehbar berechnet werden können, und neue Technologien, politische Steuerungsinstrumente und Vorgaben durch neue Aktivitäten modelliert werden können (HAZELL und NORTON, 1986). Allerdings weist die quantitative Modellierung Beschränkungen auf und kann daher nur im Bewusstsein ihrer Grenzen zur Anwendung kommen. Sie stellt ein stark vereinfachtes Abbild eines Untersuchungsgegenstandes dar. Bei der Verwendung von Linearer Programmierung ist zu berücksichtigen, dass sprunghafte Veränderungen von Lösungen nicht ausgeschlossen werden können. Quantitative Modelle können deshalb auch Konkurrenzen nicht exakt abbilden. Zwei grundlegende Annahmen des verwendeten Modells sind: Die regionalen Modellbetriebe handeln als betriebswirtschaftliche Einheit rational und optimieren nach ökonomischen Kriterien. Das Angebot und die Nachfrage der Region haben keinen Einfluss auf die Marktpreise. Durch die ökonomischen Rahmendaten ist das Ressourcennutzungsmodell an die Nachfrageentwicklung gekoppelt, beinhaltet selbst jedoch nur die angebotsseitigen Reaktionen. Hierdurch können mögliche Entwicklungen, die im Zusammenwirken von Angebot und Nachfrage entstehen, nicht erfasst werden. Ebenso sind die ökologischen Rückkopplungswirkungen nicht integriert. Eine umfassende Beschreibung und Diskussion des verwendeten Betriebstypenmodells sowie der darin enthaltenen Verfahren und Restriktionen bietet GRUNDMANN und KIMMICH (2008). Das Modell wird in verschiedenen Verbundprojekten zur Technikfolgenabschätzung im Bereich Bioenergie sowie zur Entscheidungsunterstützung in mehreren Regionen in Deutschland weiterentwickelt. Die hier dargestellten Ergebnisse beziehen sich auf die Region Havelland im Land Brandenburg, sowie die Regionen Emsland, Soltau-Fallingbostel und Braunschweig-Hildesheim im Land Niedersachsen. Die Regionen zeichnen sich durch weitgehend homogene Betriebstypen aus (GRUNDMANN et al., 2008). Die Region Havelland ist charakterisiert durch große Mischbetriebe 22

31 mit Tierhaltung und großflächigem Ackerbau auf vorwiegend sandigen und leichten Böden. Die Region Braunschweig-Hildesheim hat sehr fruchtbare Böden, und ist infolgedessen dominiert von landwirtschaftlichen Betrieben mit intensivem Ackerbau. Die Region Soltau-Fallingbostel ähnelt der Havelland Region bezüglich der Bodengüte. Die Betriebe sind ebenfalls Mischbetriebe, deren Flächenausstattungen jedoch deutlich geringer und deren Produktionsintensitäten höher sind. In der Region Emsland sind vorwiegend Tierhaltungsbetriebe angesiedelt, insbesondere intensive Schweine-, Geflügel- und Rindermastbetriebe. Der Studie liegen Daten aus Betriebsbefragungen, früheren Studien und offiziellen (Agrar- )Statistiken auf Betriebsebene und regionaler Ebene aus den Jahren 2004 und 2007 zugrunde. Für eine statistische Analyse wurden pro Region 20 bis 30 Betriebe ausgewählt. Die Befragungen mit standardisierten Fragebögen erhoben qualitative und quantitative Informationen über alle Aspekte der Entscheidungsfindung - unter anderem soziale und ökonomische Aktivitäten, Ressourcen- Ausstattung, sowie auch Probleme und Ziele der ländlichen Bevölkerung in den Regionen. Die Daten wurden zur Modellbildung genutzt, so dass eine differenzierte Betrachtung und ein Vergleich der Auswirkungen verschiedener Szenarien für einzelne Regionen ermöglicht wird. Die Analyse betrachtet und vergleicht mögliche Entwicklungen und deren Auswirkungen auf das Einkommensniveau in der Landwirtschaft. Die Konzeption und Validierung der betrachteten Szenarien erfolgte im Rahmen von Marktbeobachtungen sowie Expertengesprächen und Workshops. Es werden drei Szenarien und Variationen der Modellparameter gewählt. In Tabelle 1 sind die Variationen der Modellparameter aufgeführt für Szenarien, welche sich auf steigende Ölpreise, steigende Nahrungsmittelpreise und zunehmende Bioenergieproduktion beziehen. Die Ermittlung der Modellparameter geschah auf der Basis von Marktbeobachtungen, Literaturstudien sowie Expertengesprächen. Beim Ölpreisanstieg-Szenario erfolgte die Validierung der Modellparameter durch Analyse der Kostenstrukturen der Produktion im Basisszenario. Dabei wurde untersucht, inwieweit die Erzeugerkosten von dem Szenariofaktor Ölpreis abhängig sind. Es wurde angenommen, dass die Lohnkosten, Pachten, Beiträge und Zinsansätze nicht von einer Ölpreiserhöhung beeinflusst werden. Alle anderen Kosten (fixe und variable Maschinenkosten, Düngemittel, Pflanzenschutzmittel und Saatgut) werden unmittelbar mit einem Anteil von bis zu 100 % durch den Ölpreis bestimmt. Der genaue Anteil wurde anhand des kumulativen Energieaufwands ermittelt, der durch Einsatz des jeweiligen Produktionsmittels auftritt (GREEN, 1987; SCHOLZ und KAULFUß, 1995; KALTSCHMIDT und REINHART, 1997; DAVIS und HAGLUND, 1999, PATYK und REINHARDT, 1997), sowie den Kosten, um diesen Energieaufwand zu erbringen. Für die Herleitung der Annahmen in den Szenarien zum Preisanstieg bei Nahrungsmitteln und zur Förderung der Bioenergie siehe SCHINDLER (2008). Für das Basisszenario wurde 2004 als Referenzjahr gewählt. In allen Szenarien wird von einer Aufhebung der Flächenstilllegung ausgegangen. 23

32 Tabelle 1: Parameterannahmen in den Szenarien Szenarien Basis- Szenario Ölpreisanstieg Preisanstieg Nahrungsmittel Förderung der Bioenergie Ölpreis US-$/barrel 60, % Referenzpreis Weizen /t 145,00 +50% Kapazität der Bioenergieproduktion +200% Dieselpreis /l 0,95 +55% + 0% + 0% Benzinpreis /l 1,15 +50% + 0% + 0% Schmierölpreis /l 2,50 +25% + 0% + 0% Strompreis /kwh 0,14 +45% + 0% +10% Lohnkosten /Akh 16,00 +15% +10% + 0% Düngerpreis N /kg 0,65 +35% +20% + 5% Düngerpreis P 2 O 5 /kg 0,50 +20% +15% + 0% Düngerpreis K 2 O + MgO /kg 0,36 +15% +20% + 5% Düngerpreis CaO /kg 0,02 + 5% + 5% + 0% Pflanzenschutzkosten % 1,00 +26% +25% + 8% Var. Maschinenkosten % 1,00 +23% +15% + 5% Feste Maschinenkosten % 1,00 +23% +15% + 5% Produkt Saat Produkt Saat Produkt Saat Produkt Saat Preise /dt /kg Weizen 14,50 +45% +50% +15% Weizen (Futterqualität) 14,00 0,37 +47% +25% +52% +39% +16% + 8% Energieweizen (Ethanol) 13,25 +49% +55% +16% Roggen 14,00 +47% +52% +16% Roggen (Futterqualität) 13,00 1,02 +50% +15% +56% +14% +17% + 3% Energieroggen (Ethanol) 13,25 +49% +55% +16% Roggen GPS 2,95 0,37 +40% +25% +41% +40% +12% + 8% Gerste (Futterqualität) 13,50 0,38 +48% +25% +54% +38% +16% + 7% Gerste 18,00 0,44 +36% +25% +40% +33% +12% + 7% Hafer 13,75 0,35 +47% +25% +53% +42% +16% + 8% Triticale 13,75 0,37 +47% +25% +53% +39% +16% + 8% Körnermais 15,50 6,38 +42% +15% +47% + 3% +14% + 0% Silomais 3,00 +35% +40% +12% 6,38 +15% + 3% Energiemais (Biogas) 2,90 +40% +43% +13% + 0% Raps (Nahrungsmittel) 27,50 +40% +52% +16% 14,63 +15% + 2% Raps (Non-food) 27,50 +40% +52% +16% + 0% Speisekartoffeln 10,00 0,31 +13% +25% +17% +14% + 5% + 2% Stärkekartoffeln 5,40 0,28 +30% +25% +23% +11% + 7% + 2% Zuckerrübe 3,00 +47% +44% +13% 29,73 +15% +15% Zuckerrübe (Ethanol) 2,75 +60% +47% +14% + 5% Sudangras 2,85 2,00 +40% +15% +45% +15% +14% +10% Hybrid-Sorghum 2,85 3,66 +40% +15% +45% +15% +14% +10% Sonnenblume 2,85 21,40 +40% +10% +45% +10% +14% +10% Ackergras 3,65 2,10 +40% +15% +33% +15% +10% + 5% Stroh 4,86 +45% +15% + 8% 3. Ergebnisse der Szenariosimulationen Für einen differenzierten Vergleich der Auswirkungen der Szenarioannahmen in den verschiedenen Regionen sind die Simulationsergebnisse für die drei betrachteten Szenarien (Tabellen 6 bis 8) und die vier Untersuchungsregionen (Tabellen 2 bis 5) gegenübergestellt. 24

33 Infolge der politisch bedingten Aufhebung der Flächenstilllegungsverpflichtung werden in allen Szenarien und Regionen die gesamten Stilllegungsflächen wieder bewirtschaftet. In der Region Havelland (Tabelle 2) zeichnet sich in allen Szenarien ein deutlicher Zuwachs der Weizenanbauflächen ab, während der Roggen- und Haferanbau verringert wird. Beim Szenario Ölpreisanstieg verkleinern sich außerdem die Raps- und Gersteanbauflächen. Im Szenario zum Nahrungsmittelpreisanstieg wird hingegen vermehrt Raps und Gerste sowie Kartoffeln und Körnermais angebaut. Beim Szenario zur Bioenergieförderung ist erwartungsgemäß eine Ausdehnung des Energiepflanzenanbaus (Raps, GPS-Silage und Energiemais) zu beobachten, aber auch Kartoffel- und Gersteanbauflächen erfahren leichte Zuwächse. Die Landnutzungsverteilung in der Region Braunschweig-Hildesheim (Tabelle 3) erweist sich als nahezu gleich in allen betrachteten Szenarien. Der Anstieg der Weizenanbauflächen wird begleitet von einem leichten bis mäßigen Rückgang der Gersteanbauflächen. Lediglich beim Raps- und Roggensilageanbau bestehen zwischen den Szenarien Unterschiede. Der düngerintensive Rapsanbau zur Nahrungs- und Biokraftstofferzeugung verringert sich beim Ölpreisanstieg, und steigert sich leicht bei Nahrungsmittelpreisanstieg. Der GPS-Silageanbau zur Biogasgewinnung erfährt im Szenario zur Bioenergieförderung einen leichten Zugewinn. Tabelle 2: Landnutzungsverteilung im Havelland (in ha) Referenz- Preisanstieg Bioenergie- Basis-Szenario Ölpreisanstieg Situation Nahrungsmittel Förderung Zuckerrübe Energierübe Speisekartoffeln Stärkekartoffeln Frühkartoffeln Stilllegung Raps GPS - Silage Silomais (Futter /Silage) Energiemais (Biogas) Körnermais Weizen Energieweizen Roggen Energieroggen Gerste Hafer Triticale Sudangras Hybrid Sorghum Sonnenblumen Ackergras

34 Tabelle 3: Landnutzungsverteilung in der Region Braunschweig-Hildesheim (in ha) Referenz- Situation Basis-Szenario Ölpreisanstieg Preisanstieg Nahrungsmittel Bioenergie- Förderung Zuckerrübe Energierübe Speisekartoffeln Stärkekartoffeln Frühkartoffeln Stilllegung Raps GPS - Silage Silomais (Futter / Silage) Energiemais (Biogas) Körnermais Weizen Energieweizen Roggen Energieroggen Gerste Hafer Triticale Sudangras Hybrid Sorghum Sonnenblumen Ackergras Tabelle 4: Landnutzungsverteilung in der Region Soltau-Fallingbostel (in ha) Referenz- Preisanstieg Bioenergie- Basis-Szenario Ölpreisanstieg Situation Nahrungsmittel Förderung Zuckerrübe Energierübe Speisekartoffeln Stärkekartoffeln Frühkartoffeln Stilllegung Raps GPS - Silage Silomais (Futter /Silage) Energiemais (Biogas) Körnermais Weizen Energieweizen Roggen Energieroggen Gerste Hafer Triticale Sudangras Hybrid Sorghum Sonnenblumen Ackergras

35 Tabelle 5: Landnutzungsverteilung in der Region Emsland (in ha) Referenz- Preisanstieg Bioenergie- Basis-Szenario Ölpreisanstieg Situation Nahrungsmittel Förderung Zuckerrübe Energierübe Speisekartoffeln Stärkekartoffeln Frühkartoffeln Stilllegung Raps GPS - Silage Silomais (Futter /Silage) Energiemais (Biogas) Körnermais Weizen Energieweizen Roggen Energieroggen Gerste Hafer Triticale Sudangras Hybrid Sorghum Sonnenblumen Ackergras Für die Region Soltau-Fallingbostel (Tabelle 4) zeigen die Ergebnisse für das Szenario Ölpreisanstieg einen Rückgang der Weizen-, Triticale-, Hafer-, Zuckerrüben- und Rapsanbauflächen bei gleichzeitiger Ausweitung des Nahrungsmittelanbaus in Form von Roggen, Körnermais und Speisekartoffeln sowie des Anbaus von Energieweizen für die energetische Nutzung. Im Szenario zum Nahrungsmittelpreisanstieg vergrößern sich die Roggen- und Speisekartoffelanbauflächen ebenfalls, aber auch Flächen mit Raps, Weizen, Zuckerrüben und Körnermais erfahren Zuwächse. Hafer und Energieweizen werden nicht mehr angebaut, Triticaleflächen schrumpfen. Im Szenario Bioenergieförderung wird der Energiepflanzenanbau in Form von Energiemais, GPS-Silage und Raps ausgeweitet. Die Nahrungsmittelproduktion verschiebt sich von Speisekartoffeln zu Roggen, Triticale und Weizen. In der Region Emsland mit Intensivtierhaltung (Tabelle 5) sind Veränderungen bei der Futteranbaufläche zu erkennen. So nimmt die Anbaufläche für Gerste in allen Szenarien ab, und der Roggenanbau wird ausgeweitet. Im Szenario zum Nahrungsmittelpreisanstieg wechselt die Anbaustruktur zudem von Weizen zu Kartoffeln und Raps, sowie von GPS-Silage zu Energiemais. Im Szenario zur Bioenergieförderung hingegen profitiert zudem der Energiepflanzenanbau (Energiemais, GPS- Silage) zulasten der Futteranbaufläche. 3.1 Ölpreisszenario Die Landnutzung, die sich infolge steigender Ölpreise in den betrachteten Regionen ergibt, ist in Tabelle 6 aufgeführt. Alle Stilllegungsflächen werden wieder bewirtschaftet, ansonsten zeigen die 27

36 Szenarienergebnisse teils unterschiedliche Entwicklungen zwischen den Regionen auf. In Bezug auf die Bioenergieproduktion ist hervorzuheben, dass, bis auf den Rapsanbau im Emsland sowie den Energieweizenanbau in der Region Soltau-Fallingbostel, der Energiepflanzenanbau in dem Szenario Ölpreisanstieg in allen Regionen keine nennenswerte Ausweitung der Anbaufläche erfährt. Dagegen sind starke Zunahmen der Anbauflächen beim Anbau von Nahrungsprodukten, insbesondere von Weizen in den Regionen Havelland und Braunschweig-Hildesheim, sowie von Roggen, Kartoffeln im Emsland und Roggen Kartoffeln und Körnermais in der Region Soltau-Fallingbostel zu beobachten. Der Futterbau zeigt hingegen in den meisten Regionen eine rückläufige Tendenz. Der Ölpreisanstieg führt in den vom Ackerbau dominierten Regionen Havelland, Braunschweig-Hildesheim und Soltau-Fallingbostel zur Verstärkung der existierenden Produktionsmuster und einer weiteren Verengung der Fruchtfolgen. Ohne eine zusätzliche Förderung von RME und Biodiesel wird die Rapsanbaufläche bei steigendem Ölpreis reduziert und stattdessen für den Getreideanbau genutzt. Dies erklärt sich durch den hohen Anteil der Energiekosten an den Verfahrenskosten beim Rapsanbau. Der Zuckerrübenanbau bleibt wettbewerbsfähig. Lediglich auf den leichten Böden in Soltau-Fallingbostel verliert Zuckerrübe an Vorzüglichkeit mit steigenden Ölpreisen, da die Kosten für Bewässerung und Transport der Rüben ansteigen. Auch Weizen weicht in dieser Region, aufgrund seiner relativ hohen Standortansprüche und seines vergleichsweise niedrigem Ertragsniveau, dem Roggenanbau. In allen Regionen bleibt der Energierübenanbau unattraktiv. Speise- und Stärkekartoffeln werden unvermindert angebaut, um existierende Anbauverträge zu erfüllen. Die Anbauflächen von Silomais, Grassilage, Roggen-GPS und Körnermais für die Biogasproduktion bleiben stabil, da ihre Produkte für bereits existierende Biogasanlagen und Tierhaltungsbetriebe benötigt werden. Tabelle 6: Relative Änderung der Landnutzungsverteilung bei Ölpreissteigerung (in Prozent der gesamten Ackerfläche) Havelland Braunschweig- Hildesheim Soltau-Fallingbostel Emsland Zuckerrübe 0 0-0,7 0 Energierübe Speisekartoffeln ,7 +2,3 Stärkekartoffeln +0, Frühkartoffeln Stilllegung -9,3-8,9-10,5-7,2 Raps -2,4-1,9-0,4 +1,3 GPS Silage +0, Silomais (Futter /Silage) Energiemais (Biogas) Körnermais 0 +0,1 +2,8 0 Weizen +21,3 +10,9-5,1-0,3 Energieweizen ,7 0 Roggen -8,0 0 +8,4 +11,3 Energieroggen Gerste -1,2-0,2 0-7,2 Hafer -0,6 0-0,5 0 Triticale 0 0-1,3 0 Sudangras +0, Hybrid Sorghum Sonnenblumen Ackergras

37 3.2 Szenarien mit Nahrungsmittelpreisanstieg Die Simulationsergebnisse für das Szenario zur Erhöhung der Nahrungsmittelpreise (Tabelle 7) zeigen, abgesehen von der allgemeinen erneuten Bewirtschaftung der Stilllegungsflächen, ebenfalls je nach Region sehr unterschiedliche Auswirkungen auf die Landnutzungsverteilung. Tabelle 7: Relative Änderung der Landnutzungsverteilung bei Steigerung der Nahrungsmittelpreise (in Prozent der gesamten Ackerfläche) Havelland Braunschweig- Hildesheim Soltau-Fallingbostel Emsland Zuckerrübe Energierübe Speisekartoffeln +0,3 0 +3,2 +1,6 Stärkekartoffeln 0, Frühkartoffeln Stilllegung -9,3-8,9-10,5-7,2 Raps +1,4 +1,1 +2,4 +2,7 GPS Silage +0, ,0 Silomais (Futter /Silage) Energiemais (Biogas) +0, ,8 Körnermais +1,1 +0,1 +5,4 0 Weizen +19,4 +9,5 +0,2-6,6 Energieweizen 0 0-2,1 0 Roggen -12,5 0 +3,1 +11,2 Energieroggen Gerste +0,6-1,8 0-1,4 Hafer -1,3 0-0,5 0 Triticale 0 0-1,1 0 Sudangras Hybrid Sorghum Sonnenblumen Ackergras Im Havelland ergibt sich eine Ausweitung der Anbauflächen der Nahrungsmittelkulturen Weizen, Körnermais, Gerste und Kartoffeln sowie der Energiepflanzen Raps, Energiemais und GPS-Silage. Die Anbauflächen von Nahrungsmitteln mit geringerer Vergütung wie Roggen und Hafer werden verkleinert. In der intensiv ackerbaulich bewirtschafteten Region Braunschweig-Hildesheim werden die bestehenden Produktionsmuster mit einer Ausweitung der Weizenanbaufläche gefestigt, der Rapsanbau erfährt einen leichten Zuwachs. In der Region Soltau-Fallingbostel vergrößern sich bei denselben Szenarioannahmen die Anbauflächen von Speisekartoffeln und Raps, welcher in der Region eine relative Vorzüglichkeit aufweist, und der ertragsstarken Kulturen Roggen und Körnermais zulasten der unattraktiveren, da ertragsschwächeren, Getreidearten Energieweizen, Hafer und Triticale. Die Region Emsland zeigt eine ähnliche Entwicklung, wobei die Anbaufläche des ertragsschwächeren Weizens zugunsten des Roggenanbaus verringert wird. In allen betrachteten Regionen gewinnt in diesem Szenario der Energiepflanzenanbau kaum an Bedeutung, mit Ausnahme des Rapsanbaus sowie des Energiemaisanbaus im Emsland. 29

38 3.3. Szenarien mit Förderung der Bioenergieproduktion Auch eine zusätzliche Förderung der Bioenergieproduktion hat je nach Region in den Simulationsrechnungen unterschiedlichen Auswirkungen (siehe Tabelle 8). In allen Regionen werden Stilllegungsflächen wieder bewirtschaftet. Im Havelland und insbesondere in Soltau-Fallingbostel, Regionen mit leichten Böden, steigt der Anbau von Raps (z.b. für Biodiesel). Der Anbau von Roggen und Hafer für Nahrungsmittel ist auf die energetische Nutzung umgeschwenkt, d.h. auf Energiemais und GPS-Silage. Im Havelland profitiert aber insbesondere der Weizenanbau, so dass der Energiepflanzenanbau sich insgesamt nur mäßig ausweitet. In Braunschweig-Hildesheim als einer Region mit sehr fruchtbaren Böden zeigt die zusätzliche Bioenergieförderung im Szenario kaum Wirkung. Für die Energieproduktion steigern sich lediglich die Flächen für Energiemais und GPS-Silage etwas. Selbst in diesem Szenario vergrößern sich vor allem die Weizenanbauflächen zur Nahrungsproduktion. Das Emsland schließlich zeigt einen deutlichen Anstieg der Anbauflächen von Energiemais und GPS-Silage für die Biogasproduktion. Der Roggenanbau wird stark gesteigert. Zugleich verkleinern sich Flächen mit Raps- und Gerstenanbau. Auch unter den Energiepflanzen genießt der Rapsanbau nicht den Vorzug. Tabelle 8: Relative Änderung der Landnutzungsverteilung bei Bioenergieförderung (in Prozent der gesamten Ackerfläche) Havelland Braunschweig- Hildesheim Soltau-Fallingbostel Emsland Zuckerrübe Energierübe Speisekartoffeln +0,3 0-3,8 +1,7 Stärkekartoffeln +0, ,1 Frühkartoffeln Stilllegung -9,3-8,9-10,5-7,2 Raps +1,4-0,1 +4,6-0,5 GPS Silage +0,6 +0,4 +3,8 +1,0 Silomais (Futter /Silage) Energiemais (Biogas) +1,4 +1,6 +12,0 +7,1 Körnermais Weizen +18,9 +8,6 +0,8 +0,5 Energieweizen 0 0-2,1 0 Roggen -12,6 0-5,0 +9,3 Energieroggen Gerste +0,1-1,7 0-11,7 Hafer -0,7 0-0,5 0 Triticale ,8 0 Sudangras Hybrid Sorghum Sonnenblumen Ackergras Auswirkungen auf den regionalen Gewinnbeitrag Die vorgestellten Änderungen in der Verteilung der Landnutzung schlagen sich, wie in Tabelle 9 gezeigt, auf die regional in der Landwirtschaft erwirtschafteten Gewinnbeiträge nieder. Im Szenario Ölpreisanstieg führen die steigenden Erlöse für Agrarprodukte zu einer Überkompensation der steigenden Produktionskosten. Dies führt in der Region Braunschweig-Hildesheim mit hoher 30

39 Bodenfruchtbarkeit und intensivem Ackerbau zu besonders hohen Gewinnbeitragsanstiegen. In den anderen Szenarios ist ebenfalls ein Anstieg der Gewinnbeiträge in den Regionen zu verzeichnen, und zwar stärkere Anstiege in intensiv bewirtschafteten Ackerbauregionen als in ertragsschwächeren Regionen mit gemischten Produktionssystemen. So weist die Region Havelland mit den flächenmäßig größten Betriebsstrukturen aber einer relativ extensiven Flächenbewirtschaftung in allen Szenarien den geringsten Gewinnbeitragsanstieg auf. Ein Anstieg der Nahrungsmittelpreise führt in allen betrachteten Regionen zu den vergleichsweise höchsten Gewinnbeitragssteigerungen in der landwirtschaftlichen Produktion. Tabelle 9: Änderung des regional erwirtschafteten Gewinnbeitrags in den Szenarien (in und in Prozent) Regionen Szenarien Basis-Szenario Ölpreisanstieg Bioenergie-Förderung Nahrungsmittelpreisanstieg Havelland (+14 %) (+19 %) (+45 %) Soltau- Fallingbostel (+54 %) (+80 %) (+133 %) Braunschweig- Hildesheim (+148 %) (+98 %) (+178 %) Emsland (+34 %) (+37 %) (+87 %) 4. Diskussion Die Ergebnisse zeigen sehr ausgeprägte Auswirkungen auf die Landnutzungsverteilung, welche sich zudem merklich zwischen Regionen mit unterschiedlichen Ressourcenausstattungen unterscheidet. In Szenarien mit steigenden Ölpreisen wird deutlich, dass unter den angenommenen Preis- Mengengerüsten ein Ölpreisanstieg nicht den Energiepflanzenanbau begünstigt. Dieser Trend ist in Regionen mit hoher Bodenfruchtbarkeit und intensiver Bewirtschaftung besonders deutlich zu erkennen. Steigende Ölpreise führen in den betrachteten Szenarien zu höheren Preisen für Nahrungsmittel und Energiepflanzen, wobei die Preise für Nahrungsmittel stärker ansteigen, als die Preise für Energiepflanzen. Dieses erhöht die Rentabilität von Nahrungsmittelkulturen gegenüber Energiepflanzen. Wenn der Ölpreis steigt, sinkt die Produktion von Non-Food-Raps aufgrund des hohen Energieeinsatzes beim Anbau in den meisten Regionen. Dadurch wird die Biodiesel-Wertschöpfungskette verändert. Bezüglich der Ethanol-Wertschöpfungskette wird die Verkleinerung der Rapsanbaufläche für Biodiesel von einer Vergrößerung der Getreideanbaufläche für Ethanol begleitet, wenn der Ölpreis steigt. Insgesamt erhöht sich in den Szenarien bei steigenden Ölpreisen das Risiko von Versorgungsengpässen für Bioenergieanlagen in Regionen mit hohen ackerbaulichen Ertragspotenzialen. Eine Ausnahme sind Bioenergieanlagen, die mit Rohstoffimporten oder Koppelprodukten aus der regionalen Ackerproduktion, wie beispielsweise Stroh oder Rübenblätter, betrieben werden. Szenarien mit steigenden Nahrungsmittelpreisen geben einer Steigerung des Energiepflanzenanbaus wenig Raum. Die Szenariosimulationen zeigen, dass sich der Bioenergiesektor nur im nennenswerten Maß weiter entwickeln kann, wenn die Förderungen und/oder Effizienzsteigerungen in der Produktion beibehalten oder gesteigert werden. Die größten Effekte solcher Verbesserungen können in Re- 31

40 gionen mit Mischbetrieben und Böden geringer bis mittlerer Qualität und mit geringer bis mittlerer Bearbeitungsintensität beobachtet werden. Als Schlussfolgerung lässt sich feststellen, dass der Anstieg von Öl- und Nahrungsmittelpreisen mögliche Entwicklungen darstellen, die unmittelbar die Rentabilität von Landwirtschaft und Energiepflanzenproduktion beeinflussen, und damit einen wesentlichen Unsicherheitsfaktor für die Bioenergiewirtschaft darstellen. In der Vergangenheit wurde der Anstieg des Ölpreises als ein gewichtiges Argument für die Förderung der Bioenergieproduktion betrachtet. Die Konkurrenz zwischen Nahrungs- und Bioenergieerzeugung um die knappen Ressourcen im ländlichen Raum hat seit kurzem Zweifel erweckt, ob mit der Produktion von Bioenergie die richtige Strategie verfolgt wird. Die Analyse zeigt, dass, wenn die Ölpreise steigen, die Produktion von Nahrungsmitteln dazu tendiert, attraktiver zu sein als die Produktion von Bioenergie. Dies wird bestärkt durch die seit neustem festzustellende Entwicklung steigender Preise von Nahrungsmitteln. Fördermaßnahmen der Bioenergieerzeugung können kaum dem Einfluss steigender Öl- und Nahrungsmittelpreise entgegenwirken. Bestehende und geplante Investitionen in Bioenergiekapazitäten sind daher einem erheblichen Risiko ausgesetzt. Die Untersuchung zeigt, dass der Einfluss der beschriebenen externen Faktoren, Ölpreis, Nahrungsmittelpreise und staatliche Fördermaßnahmen, je nach betrieblicher und regionaler Ausstattung von Ressourcen, sehr unterschiedlich sein kann. Dies hat zur Folge, dass die Chancen und Risiken neuer Entwicklungen für den Bioenergiesektor sich von Region zu Region immens unterscheiden. Künftige Untersuchungen zu den Möglichkeiten und Risiken der Bioenergieproduktion sollten daher auch unter dem Fokus regionaler Besonderheiten erstellt werden. 5. Literatur [1] EUROPEAN COMMISSION (2007): Communication from the Commission to the Council and the European Parliament Renewable energy road map Renewable energies in the 21st century: building a more sustainable future. COM (2006) 848 final. Brüssel, [2] EUROPEAN COMMISSION (1997): Communication from the Commission - Energy for the future renewable sources of energy: White Paper for a Community Strategy and Action Plan. COM (1997) 599 final. Brüssel, [3] GRUNDMANN, P., KLAUSS, H. und SCHINDLER, M. (2008): Modellanwendung zur ökonomischen Bewertung von Biomassepfaden. In: Endbericht zum Projekt SUNREG I - Biomasse für SunFuel, Volkswagen AG, Wolfsburg. [4] HAZELL, P.B.R. und NORTON, R.D. (1986): Mathematical Programming for Economic Analysis in Agriculture (Biological Resource Management). McGraw Hill Higher Education, New York, London. [5] GRUNDMANN, P. und KIMMICH, C. (2008): Ausbau der Energiepflanzennutzung und regionale Flächenkonkurrenz. Gutachten für den Deutschen Bundestag / Büro für Technikfolgen- Abschätzung beim Deutschen Bundestag (TAB). TA-Projekt Chancen und Herausforderungen neuer Energiepflanzen. [6] GREEN, M. B. (1987): Energy in pesticide manufacture, distribution and use. In: Helsel, Z. R. (Hrsg.): Energy in Plant Nutrition and Pest Control. Elsevier, Amsterdam: [7] SCHOLZ, V. und KAULFUSS, P. (1995): Energiebilanz für Biofestbrennstoffe. Forschungsbericht 1995/3. Institut für Agrartechnik Bornim e.v, Potsdam. 32

41 [8] KALTSCHMIDT, M. und. REINHART, G. A (1997): Nachwachsende Energieträger. Grundlagen, Verfahren, ökologische Bilanzierung. Vieweg, Braunschweig/Wiesbaden. [9] DAVIS, J. und HAGLUND, C. (1999): Life Cycle Inventory (LCI) of Fertiliser Production. Fertiliser Products used in Sweden and Western Europe. SIK-Report No the Swedish Institute for Food and Biotechnology [10] PATYK, A. und REINHARDT, G.A. (1997): Düngemittel - Energie und Stoffstrombilanzen. Vieweg, Braunschweig/Wiesbaden. [11] SCHINDLER, M. (2008): Ökonomische Beurteilung des Anbaupotenzials für Biomasse in drei ausgewählten Regionen Niedersachsens. In: Endbericht zum Projekt SUNREG I - Biomasse für Sun- Fuel, Volkswagen AG. Landwirtschaftskammer Niedersachsen, Hannover. 33

42 Ökologische Optimierung der Produktion und energetischen Nutzung von Biomasse Natur- und raumverträglicher Ausbau energetischer Biomassepfade (SUNREG II) Nina Buhr, Helga Kanning, Michael Rode, Katharina Steinkraus, Julia Wiehe Institut für Umweltplanung, Leibniz Universität Hannover Philipp Grundmann, Hilde Klauss Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim 1. Anlass und Zielsetzung des Projektes Die Nutzung erneuerbarer Energieträger wird aus klima- und energiepolitischen Gründen seit einigen Jahren intensiv gefördert. Mit verschiedensten Anreizinstrumenten sollen ihre Entwicklung und die Marktfähigkeit verbessert werden. Die Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) z. B. hat zu einem Boom landwirtschaftlicher Biogasanlagen und der energetischen Verwertung von Fermentationsbiomasse geführt [1]. Diese verstärkte energetische Biomassenutzung ist insbesondere bei der Produktion von Biogas und zukünftig auch bei der Produktion von BtL an eine Umstrukturierung der landwirtschaftlichen Produktion gekoppelt, die neue naturraum-, regions- und akteursspezifische Wechselwirkungen hervorruft. Die Abschätzung der ökologischen und raumwirksamen Konsequenzen dieser Entwicklung sowie damit verbundener Interessenskonflikte ist von entscheidender Bedeutung, um energetische Biomassepfade ökologisch verträglich und nachhaltig auszubauen. An diesem Forschungs- und Handlungsbedarf setzt das Projekt Ökologische Optimierung der Produktion und energetischen Nutzung von Biomasse Natur- und raumverträglicher Ausbau energetischer Biomassepfade (SUNREG II) an. Ziel des Projektes ist es, Handlungsempfehlungen zur Förderung eines natur- und raumverträglichen Ausbaus der energetischen Biomassenutzung für unterschiedliche Akteursgruppen zu entwickeln [2]. Dazu wird im Teilprojekt des Instituts für Umweltplanung (IUP) der Leibniz Universität Hannover in einer Raumanalyse der Einfluss der Produktion und energetischen Nutzung von Biomasse auf Natur und Landschaft sowie andere Raumnutzungen analysiert und bewertet. Parallel werden in einer Akteursanalyse relevante Akteure und bedeutsame Kooperationen, hemmende und fördernde Einflüsse sowie Gestaltungsbedarfe und -möglichkeiten identifiziert. Im Teilprojekt des Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.v. (ATB) werden die Bewertungen der Auswirkungen auf Natur und Landschaft des IUP in dv-gestützten Modellen mit den Ergebnissen der technischen und ökonomischen Analysen des Vorläufer-Projektes SUNREG I zusammengeführt. 35

43 Die Prozessketten der energetischen Biomassenutzung Derzeit bestehen verschiedene, unterschiedlich ausgereifte Prozessketten zur Produktion von Kraftstoff, Wärme oder Strom aus Energiepflanzen (vgl. Abb. 1). 1 Für die Untersuchungen in SUNREG II wurden die Prozessketten der Produkte BtL (Biomass-to- Liquid) und Biogas ausgewählt, bei denen auf Grund des Einsatzes neuer Pflanzenarten und -sorten sowie neuer Produktionsverfahren besonders hoher Forschungs- und Entwicklungsbedarf besteht [2]. Die Markteinführung befindet sich noch in Vorbereitung. Sie haben im Vergleich zu Biodiesel oder Ethanol eine breite Rohstoffbasis, die höchsten Kraftstofferträge und CO 2 -Einsparungspotenziale [3]. Abb. 1: Prozessketten der energetischen Biomassenutzung (verändert nach [4]) 1 Als Prozesskette oder Stoffstrom wird der physische Weg eines Stoffes von seiner Gewinnung als Rohstoff über die verschiedenen Stufen der Grund- und Weiterverarbeitung bis zur Stufe des Endprodukts, den Gebrauch bzw. Verbrauch des Produktes und ggf. seine Wiederverwendung oder Verwertung bis zu seiner Entsorgung bezeichnet [5]. 36

44 Die Vorgehensweise in SUNREG II Für die unterschiedlichen Phasen der Prozessketten von Biogas und BtL (vgl. Abb. 1) werden drei Analysen bearbeitet. In der Raumanalyse werden die Auswirkungen auf den Naturhaushalt und auf andere Raumnutzungen nach dem Prinzip der Ökologischen Risikoanalyse untersucht und bewertet. Hierbei werden zunächst die Wirkungszusammenhänge auf der Ebene der Fläche/des Schlages aufgezeigt und dann in einem weiteren Schritt auf die Landschafts- und Regionsebene übertragen ( Bottom up-ansatz ). Die Akteursanalyse dient dazu, die für den natur- und raumverträglichen Ausbau der energetischen Biomassenutzung relevanten Akteure sowie bedeutsame Kooperationen und hemmende bzw. fördernde Einflüsse zu identifizieren. Grundlagen für die Analysen in SUNREG II bilden die Forschungsergebnisse aus dem Projekt SUNREG Rohstoffe für die SunFuel -Produktion (SUNREG I), in dem regionale Bereitstellungspotenziale aus landwirtschaftlich erzeugter Biomasse (Energiepflanzen, Stroh, Reststoffe) für unterschiedliche energetische Nutzungspfade (Strom, Wärme, Kraftstoff) ermittelt werden. Die Untersuchungen erfolgen in den auch von SUNREG I ausgewählten Regionen Braunschweig/Hildesheim, Soltau und Emsland/Grafschaft Bentheim. Mit dieser Auswahl wird eine möglichst große Bandbreite landwirtschaftlich genutzter Standorte in Niedersachsen abgebildet. 2. Die Raumanalyse Bei der Herstellung von Biogas und BtL entstehen in jeder Phase der Prozessketten Wechselwirkungen mit Natur und Landschaft sowie anderen Raumnutzungen, die verglichen mit den derzeitigen Landnutzungssystemen positive oder negative Folgen haben können. Wechselwirkungen mit den Funktionen des Naturhaushaltes werden vorrangig auf der Ebene des landwirtschaftlichen Schlages sowie auf der Ebene der umgebenden Landschaft erwartet. Auf der Ebene der Region sind vor allem die Wechselwirkungen mit anderen Raumnutzungen von Bedeutung, also die Auswirkungen der möglicherweise veränderten Funktionen des Naturhaushaltes auf weitere Nutzungsmöglichkeiten bzw. Nutzungsqualitäten. Aufgrund unterschiedlicher Wirkungszusammenhänge auf diesen räumlichen Ebenen ist der Arbeitsbereich der raumbezogenen Analyse in zwei Teiluntersuchungen gegliedert: 1.) die Analyse der Auswirkungen auf Natur und Landschaft und 2.) die Analyse der Wechselwirkungen mit anderen Raumnutzungen. 2.1 Die Auswirkungen des Ausbaus der energetischen Biomassepfade auf Natur und Landschaft (Julia Wiehe) Die größten Auswirkungen des Ausbaus der energetischen Biomassepfade auf den Naturhaushalt sind in der Phase der Produktion bzw. dem Anbau von Energie-Biomasse zu erwarten, da ein hoher Flächenanteil einer veränderten Nutzung zugeführt wird. Derzeit werden allerdings in der Praxis vorrangig bekannte Ackerfrüchte wie Mais und Getreidekörner oder Getreide-Ganzpflanzensilage (GPS) für die Biogasproduktion verwendet [6]. Für die Produktion von BtL ist neben Holz das Kop- 37

45 pelprodukt Stroh in der Diskussion. Eine klare Trennung der Auswirkungen von Energiepflanzenanbau und Futter- und Nahrungsmittelproduktion auf den Naturhaushalt kann demnach nicht erfolgen. Neue Wirkungen, die als Wirkungen des Energiepflanzenanbaus bezeichnet werden können, entstehen dann, wenn im Vergleich zur bisherigen Landnutzung neue Anbauverfahren angewendet oder neue Ackerfrüchte in Nutzung genommen werden [7]. Die wichtigsten Wirkfaktoren der Landnutzung sind der Maschineneinsatz und die Bodenbearbeitung, Pflanzenschutz und Düngung, die Humusbilanz, der Wasserverbrauch und die Veränderungen in der Bestandesentwicklung der Fruchtart. Zur Bewertung der Auswirkungen des neuen Anbauverfahrens wurden eine Reihe von Indikatoren untersucht (vgl. Tab.1 und [8]). Tab. 1: Wirkfaktoren und Bewertungsindikatoren der landwirtschaftlichen Ackernutzung Wirkfaktor Maschineneinsatz Pflanzenschutz Düngung Humusbilanz Wasserverbrauch Bodenbearbeitung Bestandesentwicklung Indikator Häufigkeit des Befahrens eingesetzte Maschinentypen (Arbeitsbreiten, Projektionsdruck/ Radlasten) Art des Pflanzenschutzes Zeitpunkt der Ausbringung Wirkungsbereich Anzahl der Einsätze Häufigkeit der Düngung Zeitpunkt der Düngegaben Art und Zusammensetzung der Düngemittel Art der Ausbringung Nährstoffsalden Humusbedarf der Fruchtarten/Fruchtfolge Humusreproduktion der org. Dünger Höhe des Wasserbedarfs Zeitpunkt des Wasserbedarfs System der Bodenbearbeitung Anzahl der Bearbeitungsgänge Zeitpunkt Grundbodenbearbeitung Saatzeitpunkt Reihenabstand/Bodenbedeckung Wachstumsphasen Höhe des Bestandes Schichtung des Bestandes Zeitpunkt höchster Bodenbedeckung Erntezeitpunkt Die genauen Informationen über das jeweilige Anbauverfahren ermöglichen eine Einschätzung der entstehenden Wirkungen auf Natur und Landschaft. Die Wahrscheinlichkeit, ob und in welcher Intensität diese Auswirkungen tatsächlich auftreten, kann nur über die Verknüpfung mit Informationen über die Empfindlichkeiten des Naturhaushalts an einem konkreten Standort abgeschätzt werden. Silomais ist derzeit die bedeutendste Anbaufrucht für die Produktion von Biogas [9]. Wird der Mais in die Fruchtfolge aufgenommen, entstehen neue Auswirkungen auf den Boden- (erhöhte Erosionsgefahr bei Reihenkulturen, Gefahr der Bodenverdichtung aufgrund einer hohen Zahl von Überfahrten) und den Wasserhaushalt (Auswaschung von PSM und Düngemittel als Folge des hohen Mitteleinsatzes, erhöhter Wasserverbrauch aufgrund der hohen Biomasseproduktivität). Wird zur Produktion von BtL das Getreidestroh zukünftig genutzt und verbleibt nicht wie bisher auf der Fläche, entstehen auch 38

46 hier neue Wirkungen durch erhöhte Erosionsanfälligkeit oder eine gegenüber dem herkömmlichen Getreideanbau verschlechterte Humusbilanz. Auch die weiteren Phasen der Biogas- oder BtL- Produktion werden Auswirkungen auf den Naturhaushalt haben. Hierbei werden vorrangig die Folgen einer dezentralen Produktion in bäuerlichen Biogasanlagen mit den Auswirkungen der SunFuel- Herstellung in industriellem Maßstab verglichen (vgl. Abb. 1). Besonders große Unterschiede werden aufgrund der großen Mengenunterschiede in den transportintensiven Phasen, der Rohstoffbereitstellung sowie der Reststoffverwertung erwartet. 2.2 Analyse der Wechselwirkungen des Ausbaus der energetischen Biomassepfade und anderen Raumnutzungen (Nina Buhr) Im Rahmen der Analyse der Wechselwirkungen mit anderen Raumnutzungen werden auf regionaler Ebene die räumlichen Auswirkungen der energetischen Nutzung von Biomasse auf andere Raumnutzungen untersucht, um potenzielle Konflikte sowie Synergien zur Entwicklung gesamträumlicher Optimierungspotenziale zu identifizieren und daraus planerische Koordinierungsmöglichkeiten und - bedarfe abzuleiten. Raumrelevante Auswirkungen können insbesondere durch den Anbau nachwachsender Rohstoffe (aber auch in den weiteren Phasen der Prozesskette) entstehen, da sich hier zu großen Teilen die Raum- und Ressourcenansprüche mit denen bestehender Raumnutzungen überlagern oder Umnutzungen stattfinden. Dabei entstehen infolge begrenzt zur Verfügung stehender Flächen vor allem Flächenkonkurrenzen, gleichzeitig können aber auch durch Auswirkungen auf die natürlichen Ressourcen die Nutzungsqualitäten dieser Flächen beeinflusst werden (vgl. Tab. 2, [10]). Tab. 2: Wirkungszusammenhänge zwischen dem Biogaspfad und der Raumnutzung Trinkwassergewinnung Raumnutzung Wirkkomplexe Wirkfaktoren» Potenzielle Wirkungen Produktion (Energiepflanzenanbau) Wasserquantität Wasserqualität Bewässerung» Beeinflussung des Grundwasserspiegels Wasserbedarf/-verbrauch der Kulturart» Beeinflussung der Grundwassersickerungsrate Düngung» Eintrag von Nährstoffen in das Grundwasser Pflanzenschutz» Eintrag von Pflanzenschutzmitteln in das Grundwasser Rohstoffbereitstellung (Transport, Lagerung) Wasserqualität Substratlagerung» Eintrag von Sickersäften in das Grundwasser Umwandlung (Biogasanlage - BGA) Wasserqualität Stoffliche Emissionen» Eintrag von Gärsäften bzw. - substraten in das Grundwasser Energiebereitstellung - Keine direkten Wirkungen Nutzung (Strom, Wärme, Kraftstoff) - Keine direkten Wirkungen Reststoffverwertung Wasserqualität Gärrestausbringung» Eintrag von Stoffen in das Grundwasser 39

47 In welchem räumlichen Bereich mit diesen Wirkungen zu rechnen ist, hängt maßgeblich vom Einzugsbereich der jeweiligen Anlage ab. Als Faustzahl wird für reine NawaRo-Biogasanlagen mit einer Anbaufläche von 0,4-0,5 Hektar (ha) pro Kilowatt elektrischer Leistung (KWel) gerechnet ([11], [12]), bei Einhaltung einer dreigliedrigen Fruchtfolge mit bis zu 1,5 ha/kwel [13]. Mit der Leistung steigt demnach auch der Bedarf an Anbauflächen. Diese konzentrieren sich aus transportökonomischen Gründen in der Regel im näheren Umkreis einer Biogasanlage. Die Überlagerung der Einzugs-/Wirkbereiche der Biogasanlagen mit den Flächen der Schutzgebiete der verschiedenen Raumnutzungen bildet räumliche Konfliktbereiche ab (vgl. Abb. 2, [14]). Für die räumliche Planung erwachsen aus diesen sich überlagernden Flächen- und Nutzungsansprüchen der Raumnutzungen neue Herausforderungen. Die Abschätzung der raumwirksamen Konsequenzen ist entscheidend, um die Produktion und energetische Nutzung von Biomasse für die Nutzungspfade Biogas und BtL umwelt- und raumverträglich auszubauen und zu gestalten. Obwohl die Entwicklung der energetischen Nutzung von Biomasse weit vorangeschritten ist und sich bereits Konflikte abzeichnen, steht eine Koordinierung durch die räumliche Planung noch am Anfang bzw. ist das vorhandene Instrumentarium noch nicht auf das neue Handlungsfeld ausgerichtet. Abb. 2: Wirk- und potenzielle Konfliktbereiche zwischen der Biogasproduktion und der Trinkwassergewinnung im Landkreis Celle (Bearbeitung: Buhr 2007) Insbesondere die Instrumente der Raumplanung, der Landschaftsplanung und anderer raumwirksamer Fachplanungen sollten genutzt und zum Schutz sensibler Bereiche weiterentwickelt werden. Vor 40

48 allem auf kommunaler und regionaler Ebene bedarf es einer interdisziplinären und vorausschauenden Standortplanung, die idealerweise die benötigten Produktionsflächen einschließt. Eine besondere Bedeutung bei der Koordinierung und Abwägung konkurrierender Ansprüche kommt der überfachlichen und -gemeindlichen Regionalplanung zu. Die Möglichkeiten einer planerischen Einflussnahme im Handlungsfeld energetischer Biomassepfade werden in diesem Zusammenhang noch eingehend geprüft Die Akteursanalyse (Katharina Steinkraus) Neben der planerischen Einflussnahme setzen eine strategische Vorgehensweise und ein proaktiver Umgang mit Problemen voraus, dass bekannt ist, wer an einem Problem oder an einem Handlungsfeld beteiligt ist. Die Akteure im Handlungsfeld Biogas und BtL sind durch Stoff-, Energie-, Informations-, Wissens- und nicht zuletzt durch Geldflüsse in einer Region miteinander verbunden. Durch die Betrachtung dieser Flüsse im Rahmen der Akteursanalyse lassen sich alle an einem Handlungsfeld beteiligten Akteure systematisch ermitteln. Positive und negative Wirkungen sowie eventuelle Konflikte werden frühzeitig erkannt und die vorhandenen Bioenergiepotenziale können dauerhaft im Sinne einer nachhaltigen Energieversorgung und Regionalentwicklung erschlossen werden. In Bezug auf die beteiligten Akteure bestehen in den sich dynamisch wandelnden Energiemärkten noch Wissensdefizite, vorhandene Forschungsarbeiten stellen bisher vornehmlich Informationen über Handlungsmuster einzelner Akteure bzw. Akteursgruppen bereit. Die Akteure des Handlungsfeldes energetische Nutzung von Biomasse in einer Region werden in drei Kategorien unterteilt: A) Aktiv Agierende Akteure als treibende Kräfte des Systems: direkt an der Prozess- und Wertschöpfungskette beteiligt B) Gesellschaftliche Akteure/Akteure der Raumnutzungen: direkt und indirekt betroffen von der energetischen Nutzung von Biomasse C) Weitere regional bedeutsame Akteure mit Initiierungs-, Vermittlungs- und Koordinierungskompetenzen Über die regionale Ebene hinaus sind weitere Einflüsse und Akteure relevant, z.b. die Politik auf Landes-, Bundes- oder EU-Ebene, Fachverbände für Biogas oder Biokraftstoffe aber auch externe gewerbliche Anlagenbetreiber, die regionale Entwicklungen maßgeblich prägen. Zwischen den Bioenergiepfaden Biogas und BtL gibt es Unterschiede zu verzeichnen, die einen Einfluss auf die Akteursmodelle vor Ort haben und somit auf die regionale Wertschöpfung. Zum einen befindet sich die BtL-Technologie im Gegensatz zur Biogas-Technologie noch im Entwicklungsstadium. Zum anderen ist die Produktion von BtL im großindustriellen Maßstab geplant. Veränderungen im Vergleich zu den derzeitigen Biogasanlagen (Ø Leistung 500KW) sind vor allem im Bereich der Infrastruktur und der Logistik der Substrate und des Endproduktes zu erwarten, wenn andere Logistikstrategien bzgl. Lagerung und Lieferung gefunden werden müssen. Folgende Tabelle 3 verdeutlicht die Akteure des Biogas- Pfades, die im weiteren Text exemplarisch den Akteuren des BtL-Pfades gegenüberstellten werden. Tab. 3: Akteursmodell des Biogas-Pfades 41

49 Kategorie A Aktiv agierende Akteure Prozessphasen Akteursgruppen Biogas Produktion Rohstoffbereitstellung Umwandlung Saatgutzüchter Agrarhandel (Düngemittelanbieter, Saatgutvertrieb) Landwirt/Substratproduzent Landverpächter Lohnunternehmen und Maschinenringe im Bereich Saat, Ernte, Transport Anlagenbetreiber (Produzent und Betreiber) landwirtschaftliche BGA Anlagenbetreiber (externer Betreiber) gewerbliche BGA Berater und Planer für Biogasanlagen, Anlagenhersteller (Ingenieurbüros) Hersteller von Anlagenkomponenten und Umwandlungstechnik Dienstleitung BGA (Prozessanalyse, Elektrik, Wartung etc.) Hersteller + Installateure von Nah- und Fernwärmenetzen Hersteller + Installateure von (Mikro-) Gasnetzen Energiebereitstellung Energieversorgungsunternehmen/Stadtwerke Vertrieb Biogas Nutzung Endabnehmer für Wärme und Strom (aus Biogas), Biogas Lohnunternehmer Reststoffverwertung Reststoffverwerter (Landwirtschaft, Düngemittelproduzenten, Güllebörsen) Versicherungsunternehmen Finanzinstitute Phasenübergreifend Wirtschaftsförderung Gutachter, Berater, Juristen, Sachverständige Kategorie B Gesellschaftliche Akteure/Akteure der Raumnutzungen Akteure betroffener Raumnutzungen (+ jeweilige Verbände, Vereine, Initiativen): - Landwirtschaft (Futter- und Nahrungsmittelproduktion) - Naturschutz Phasenübergreifend - Wasserversorgung und Trinkwassergewinnung - Vorbeugender Hochwasserschutz - Siedlungsentwicklung - Naherholung und Tourismus Kategorie C Regional bedeutsame Akteure Phasenübergreifend Wissenschaft und Forschung Intermediäre Organisationen Regionalentwicklung Landwirtschaftliche Beratungsinstitutionen (Schwerpunkt bei den Anlagenbetreibern) (Produzent und Betreiber) landwirtschaftliche BGA Weiterbildungseinrichtungen Politik Verwaltung - Behörden für baurechtliche Genehmigungen - Gewerbeaufsichtsamt - zuständige Behörde für Regionalplanung - Weitere relevante Fachplanungen Medien In beiden untersuchten Pfaden ist der Landwirt als Substratproduzent ein zentraler Akteur, wobei die produzierenden Landwirte aufgrund der Menge der benötigten Substrate für die BtL-Herstellung nicht ausschließlich aus der Region, in der die Anlage steht, kommen werden. In der Kategorie B 42

50 sind dieselben gesellschaftlichen Akteure der Raumnutzungen von dem BtL-Pfad wie auch vom Biogas-Pfad betroffen, z.b. die Akteure des Naturschutzes. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Energiepfaden besteht vor allem bei den überregionalen Akteuren, die das Akteursmodell des BtL-Pfads zurzeit dominieren. Beispielsweise sind die derzeit am Markt befindlichen Betreiber von Pilotanlagen bundes- und weltweit agierende Akteure 2. In der Kategorie C liegen die Unterschiede vor allem in der Wissenschaft und Forschung. Hier ist momentan ein Großteil der derzeitigen BtL-Aktivitäten angesiedelt, um den neuen Kraftstoff zur Marktreife zu bringen. Als Akteure heben sich hierbei neben Forschungseinrichtungen die Mineralölkonzerne und die Automobilbranche hervor, die mit ihrem finanziellen Engagement die Forschung antreiben. Weitere Akteure, die sich vom Biogas-Pfad unterscheiden, sind Akteure aus der Politik, unter anderem auch auf der Bundesebene, auf der das Thema BtL zurzeit sehr stark beachtet wird. 3 Aufgrund der vielen derzeit am BtL-Pfad beteiligten externen Akteure ist es im Sinne einer nachhaltigen Regionalentwicklung und um regionale Wertschöpfung zu erzeugen zukünftig von Bedeutung, dass das Akteurspotenzial einer Region in die Prozesskette der BtL-Produktion eingebunden wird Bewertung von Biomassepotenzialen unter Berücksichtigung der Auswirkungen auf Natur und Landschaft (Hilde Klauss, Philipp Grundmann) Das Ziel, eine Abschätzung von regionalen Biomassepotenzialen unter Beachtung der Anforderungen aus dem Natur- und Umweltschutz, soll durch die Integration der Ergebnisse aus der Raumanalyse in regionale Betriebstypenmodelle erreicht werden. Hierzu werden die regionalen Betriebstypenmodelle und ökonomischen Analysen aus dem Projekt SUNREG I [15] um relevante Restriktionen aus dem Bereich Naturschutz- und Umweltverträglichkeit erweitert. Die ökologischen Entscheidungskriterien, die als Ergebnisse der Raumanalyse bezüglich der Auswirkungen auf Natur und Landschaft in das bestehende regionale Modell integriert werden, liegen größtenteils in verbal-argumentativer Form vor. Der gewählte Ansatz benutzt im ersten Schritt die Ergebnisse der Raumanalyse auf der Ebene der Wirkfaktoren, um die in jeder Untersuchungsregion angebauten Kulturen zu betrachten. Die Bewertung der Wirkintensitäten der einzelnen im Anbau auftretenden Wirkfaktoren mithilfe von Indikatoren wird dabei durch geeignete Fuzzy-Logik- Modelle bewerkstelligt. Mit einem weiteren Fuzzy-Logik-Modell werden die Eigenschaften (bzw. Empfindlichkeiten) einzelner Landschaftsfunktionen mit relevanten Wirkfaktoren verknüpft, so dass sich potenzielle Auswirkungen auf die betrachtete Landschaftsfunktion abschätzen lassen. In Form von Rankings der Anbaukulturen jeder Untersuchungsregion für die Auswirkungen auf jede Landschaftsfunktion lassen sich diese Ergebnisse auf Szenarioberechungen der regionalen Betriebstypenmodelle übertragen, wodurch wiederum kritische Bereiche offenbar werden. In einer Prozessschleife werden auf dieser Grundlage für jede Untersuchungsregion Restriktionen definiert und in neuen Sze

51 narioberechungen realisiert und bewertet. Die Schritte zur Integration der Raumanalyse sind in der Abbildung 3 dargestellt. Bewertungsindikatoren der Wirkfaktoren Eigenschaften und Aktivitäten der Ackerbaukulturen Verknüpfungsmatrix zu Beziehungen zwischen Landschaftsfunktionen (Empfindlichkeiten) und Wirkfaktoren 1. Fuzzy-Logik-Modelle berechnen Wirkintensitäten der Anbauformen 2. Für eine Empfindlichkeit relevante Wirkfaktoren werden selektiert Liste der Wirkintensitäten der Wirkfaktoren der Anbaukulturen Empfindlichkeitswerte betrachteter Landschaftsfunktionen 3. Fuzzy-Logik-Modell verknüpft den Empfindlichkeitswert mit den Wirkintensitäten Liste relevanter Wirkfaktoren Potenzielle Auswirkungen der Wirkfaktoren des Anbaus der Ackerbaukulturen 4. Aufgrund der Anzahl der hohen Wertungen wird ein Ranking erstellt. Ranking Simulationsergebnis aus einem regionalen Betriebstypenmodell 5. Das Ranking wird auf räumliche Anbauverteilung aus einem aktuellen oder simulierten Szenario übertragen Räumliche Darstellung 6. Durch Analyse der Auswirkungen im Raum werden kritische Bereiche identifiziert und passende Restriktionen werden definiert Neue Restriktionen 7. Mit den neuen Restriktionen wird ein Szenario berechnet Abb. 3: Flussdiagramm zur Integration der Raumanalyse in die Landnutzungssimulation (Bearbeitung: Klauss, Grundmann 2008) 3 Verdeutlicht wird das durch den Besuch der Bundeskanzlerin in Freiberg zur Eröffnung der Beta- Anlage von Choren. Pressemitteilung: Bundeskanzlerin und sächsischer Ministerpräsident besuchen CHOREN. von Choren Industries vom ( 44

52 3. Der Output des Projektes: Handlungsempfehlungen für die Praxis In der Abschlussphase des Projekts werden problembezogene Handlungsanleitungen entworfen, um einen natur- und raumverträglichen Ausbau der Biomassepfade auf kommunaler und regionaler Ebene zu befördern. Hierzu werden die wichtigsten Wirkkomplexe der Biogas und BtL-Produktion aus den Analyseergebnissen abgeleitet. In einem Steckbrief für jeden Wirkkomplex werden die Wirkungszusammenhänge und mögliche Konflikte zwischen den Akteuren dargestellt sowie Lösungswege bzw. Konfliktvermeidungsstrategien aufgezeigt. Die Integration der Ergebnisse der Raumanalyse in regionale Betriebstypenmodelle ermöglicht darüber hinaus eine Verknüpfung der ökonomischen mit ökologischen Anforderungen zur Optimierung einer nachhaltigen Produktion von Biomasse zur Energiegewinnung. 4. Dank Das Projekt wird im Rahmen der Forschungsverbundes Biomasse für SunFuel durch das Niedersächsische Ministerium für den ländlichen Raum, Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz und die Volkswagen AG sowie durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert. Das Projekt wird im Sommer 2009 beendet sein. Die Ergebnisse werden im Buchhandel veröffentlicht. 5. Literatur [1] REICHE, D. (2004): Rahmenbedingungen für erneuerbare Energien in Deutschland. Möglichkeiten und Grenzen einer Vorreiterpolitik. 240 S., Frankfurt am Main. [2] BUHR, N.; STEINKRAUS, K.; WIEHE, J.; KANNING, H., RODE, M. (2006): Umwelt- und raumverträglicher Ausbau der energetischen Biomassenutzung. UVP-Report 4/2006, S [3] FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe) (2006): Biokraftstoffe: eine vergleichende Analyse. 109 S., Gülzow. [4] KALTSCHMITT, M.; HARTMANN, H. (2001): Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren. Berlin [5] ENQUETE-KOMMISSION Schutz des Menschen und der Umwelt des Deutschen Bundestages (Hrsg.) (1994): Die Industriegesellschaft gestalten Perspektiven für einen nachhaltigen Umgang mit Stoff und Materialströmen. 765 S., Bonn. [6] KTBL (Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e. V.) (2007): Faustzahlen Biogas. Darmstadt. 181 S. [7] WIEHE, J.; RODE, M. (2007): Auswirkungen des Anbaus von Pflanzen zur Energiegewinnung auf den Naturhaushalt und andere Raumnutzungen, München. Rundgespräche der Kommission für Ökologie, Bd. 33 Energie aus Biomasse, [8] RUSCHKOWSKI, E. v.; WIEHE, J. (2008): Balancing Bioenergy Production and Nature Conservation in Germany: Potential Synergies and Challenges. In: Yearbook of Socioeconomics in Agriculture. Schweizerische Gesellschaft für Agrarwirtschaft und Agrarsoziologie. Zürich:

53 [9] LANDESBETRIEB FÜR STATISTIK UND KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIE NIE- DERSACHSEN (LSKN) (2007): Statistische Berichte Niedersachsen - Bodennutzung und Ernte pdf. [10] BUHR, N. & KANNING, H. (2008a): Auf dem Weg in Richtung Nachhaltigkeit - Das Forschungsprojekt SUNREG II untersucht die Auswirkungen des Energiepflanzenanbaus auf andere Raumnutzungsformen. In: Erneuerbare Energien, Ausgabe 6, Juni 2008, S [11] LWK Nds. (Landwirtschaftskammer Niedersachsen) (2007): Biogas: Fachliche Stellungnahme der Landwirtschaftskammer Niedersachsen vom Pressemitteilung vom [12] ROSKAM, A. (2006): Energetische Nutzung von Nachwachsenden Rohstoffen: Nutzungskonflikte und Zusammenarbeit in Ostfriesland praktische Beispiele (NLWKN, Bezirksstelle. Aurich). Stand [13] SCHINDLER, M. (Landwirtschaftskammer Niedersachsen) (2007): Mündliche Mitteilung vom [14] BUHR, N. & KANNING, H. (2008b): Raumverträglichkeit Erneuerbarer Energien - Räumliche Auswirkungen des Biogaspfades und planerische Perspektiven. In: PLANERIN 3/08, S [15] GRUNDMANN, P., KLAUSS, H. und SCHINDLER, M. (2008): Modellanwendung zur ökonomischen Bewertung von Biomassepfaden. In: Endbericht zum Projekt SUNREG I - Biomasse für SunFuel, Volkswagen AG, Wolfsburg. 46

54 Bereitstellung von Bio- und Grünabfällen für die SunFuel - Produktion Prof. Dr.-Ing. habil H. Doedens Stargarder Str. 50; Wedemark; doedens@isah.uni-hannover.de Dr.-Ing. Anke Grieße Niedersächsisches Ministerium für Umwelt und Klimaschutz Dipl.-Ing. Juliane Muth Volkswagen Aktiengesellschaft 1. Einleitung und Zielsetzung Anders als bei den heute am Markt befindlichen Biokraftstoffen, die nur aus der Frucht (Rapsöl für Biodiesel, Getreidestärke für Ethanol) hergestellt werden, ist es bei der SunFuel -Produktion prinzipiell möglich alle organischen Materialien einzusetzen, da bei der Produktion ein Vergasungsschritt dazwischen geschaltet ist, der den Rohstoff unabhängig von seiner Herkunft in H2 und CO zerlegt. So sind neben holzhaltigen und krautigen Energiepflanzen auch Bio- und Grünabfälle eine mögliche Biomasse-Quelle für SunFuel. Das hier dargestellte Projekt untersucht Möglichkeiten zur dezentralen Bereitstellung von Bio- und Grünabfällen in Niedersachsen. Dabei wird mit Hilfe einer Umfrage bei den Kompostieranlagen eine umfassende Potenzialerhebung durchgeführt, die sowohl technische als auch wirtschaftliche Analysen umfasst. 2. Ergebnisse 2.1. Anforderungen an Rohstoffe für die SunFuel -Produktion Der für die Produktion von SunFuel eingesetzte Rohstoff muss insbesondere hinsichtlich der Parameter Heizwert, Wassergehalt, Mineralien und Stückigkeit bestimmte Anforderungen erfüllen. In Tabelle 1 sind einige wichtige Parameter zusammengefasst. Die potentielle Eignung und gegebenenfalls notwendige Aufbereitung von Bio- und Grünabfällen für den Anwendungsfall SunFuel - Produktion wird im Folgenden näher betrachtet. 47

55 Tab. 1 Anforderungen an Biomasse zur SunFuel -Produktion [1] Parameter Anforderungen Heizwert H u;fs Hu 6000 kj/kg FS oder besser Hu 8000 kj/kg FS Mineralien, Steine, Glas, Keramik möglichst keine; für die zirkulierende Wirbelschicht können geringe Gehalte an möglichst siliziumhaltigen und feinen Mineralien akzeptiert werden Wassergehalt möglichst gering; WG FS 20 bis 30 % Störstoffe (zopfbildende, Verbunde, flächige Kunststoffe) Schwermetalle Schwefel, Chlor generell zu vermeiden; Kunststoffe gering und nur in kleiner Stückigkeit möglichst gering Schwefel (Katalysatorgift) möglichst gering Alkali, Erdalkali senken Schmelzpunkt des Wirbelbettes; in Summe 5 % der TS Stückigkeit, Sieblinie Schüttgewichte, Korndichte möglichst fein im Bereich 0 bis 10 mm, maximal 30mm Schüttgewicht möglichst hoch zur Verringerung der Lagerkosten 2.2. Beschaffenheit von Bio- und Grünabfällen Wichtig für die Nutzung von Bio- und Grünabfällen für die SunFuel -Produktion sind zunächst die Grunddaten zu Wasser- sowie Aschegehalten und zu Heizwerten. Trockenes Holz hat einen unteren Heizwert von H u, wf = bis kj/kg TS. Da der Ascheanteil im Holz mit ca. 2 % relativ gering ist, kann für den unteren Heizwert wasser- und aschefrei H u, waf angenähert der gleiche Wert angesetzt werden. Im Folgenden wird mit H u, waf = kj/kg ots gerechnet. Abbildung 1 Heizwerte in Abhängigkeit von Aschegehalt (% TS) und Wassergehalt (% FS) bei Annahme von H u, waf = kj/kg ots 48

56 Nach Abbildung 1 liegen die Heizwerte H u, roh von Grünabfall und besonders von Bioabfall, bedingt durch die höheren Wasser- und Aschegehalte, in einem deutlich geringeren Bereich als Holz. Im Kompost (aus Bioabfall) vermindert sich durch den biologischen Abbau der Organikgehalt. Da gleichzeitig auch der Wassergehalt durch die biologische Trocknung sinkt, bleibt der Heizwert im Kompost mit H u, roh = ca kj/kg FS etwa in gleicher Höhe wie bei den Kompostrohmaterialien. Diese insgesamt niedrigen Heizwerte von Bio- und Grünabfall lassen sich allerdings durch mechanische / physikalische Aufbereitung anheben mit Hilfe von Aschegehalt Trocknung (Minderung des Wassergehaltes) und Siebung, ggf. unterstützt durch mechanisches Rütteln (Abtrennung der mineralischen Feinfraktion = Aschegehalt aus Bodenanhaftungen). Die Aschegehalte roher Bioabfälle liegen im Mittel bei ca. 30 % mit abnehmender Tendenz bei den gröberen Siebfraktionen. Heizwert Qualitätskriterien: für SunFuel - Rohstoffe Hu 6000 kj/kg FS oder besser Hu 8000 kj/kg FS Ohne weitere Trocknung wird der nach KrW-/AbfG erforderliche Heizwert von kj/kg FS im gesamten Bioabfall deutlich unterschritten. Auch das obere SunFuel - Heizwertkriterium mit kj/kg FS wird nur bei der > 240 mm-fraktion erreicht. Wassergehalt (WG) Qualitätskriterium: für eine energetische Verwertung WG < 30 %; für SunFuel - Rohstoff WG < % Der Wassergehalt roher Bioabfälle lag im relativ feuchten Sommer 2004 im Durchschnitt bei 60-70% [4]. Bei der Kompostierung wird der Wassergehalt durch die exothermen Reaktionen vermindert bis auf ca %, wodurch die SunFuel - Rohstoff-Kriterien für den Wassergehalt und den Heizwert erreicht werden können. Deutlich geringer liegt der Wassergehalt im rohen Grünabfall mit 30 40% gegenüber > 60 % im Bioabfall. Zusammenfassend können folgende Empfehlungen für den Einsatz von Biomasse aus der getrennten Erfassung von Bio- und Grünabfällen als SunFuel - Rohstoff gegeben werden: Rohe Bioabfälle als SunFuel - Rohstoff sind zwar aus Sicht der Störstoffgehalte und Schwermetallgehalte theoretisch geeignet, die Asche- und Wassergehalte sowie der Heizwert liegen jedoch in einem so ungünstigen Bereich, dass ein erheblicher Aufwand für die Vorbehandlung betrieben werden müsste. Rohe Grünabfälle besitzen dagegen aufgrund der geringeren Wassergehalte und höheren Heizwerte ein attraktives Potential als SunFuel - Rohstoff. Siebreste sind ebenfalls geeignet. Ein geringer Anteil im Bioabfall (wenige Prozent) in der >240 mm-fraktion ist prinzipiell als SunFuel -Rohstoff geeignet, allerdings aufgrund der geringen Menge nicht zur gemeinsamen mechanischen Aufbereitung von Bio- und Grünabfall empfohlen. Stattdessen sollten, die getrennt angelieferten Grünabfälle mit dem als SunFuel - Rohstoff vorgesehenen Anteil getrennt aufbereitet werden. 49

57 Vor dem Einsatz im SunFuel - Prozess benötigen alle genannten Rohstoffe eine Aufbereitung, um dann die benötigten Qualitäten als SunFuel - Rohstoff einhalten zu können. 2.3 Befragung von Bio- und Grünabfallbehandlungsanlagen In Niedersachsen ist die getrennte Sammlung von Bioabfällen (in der Regel über die Biotonne) für häusliche Küchen- und Gartenabfälle nahezu flächendeckend eingeführt. Einschließlich der in öffentlichen Kompostanlagen behandelten Grünabfälle liegt Niedersachsen mit im Mittel fast 150 kg/e*a an der Spitze der erfassten Mengen aller Bundesländer. Die genehmigte Behandlungskapazität der insgesamt 92 Anlagen (ohne landwirtschaftliche Vergärungsanlagen) beträgt 1,45 Mio. Mg/a. Von den insgesamt 92 Anlagen wurden 18 Betreiber mit 47 Anlagen anhand eines Fragebogens vor Ort im Frühjahr 2005 befragt. Die befragten Anlagen repräsentieren: / = 48 % der genehmigten Behandlungskapazitäten sowie 47 von 92, also 51 % der Anlagen in Niedersachsen. Die Befragung vor Ort erfolgte zu folgenden Aspekten: Standortinformationen (Standort; Adressen; Einzugsgebiet; Baujahr; Verkehrsanbindung) Anlagen-Input (Mengen und Qualitäten der eingesetzten Abfallarten; genehmigte Kapazitäten; tatsächlicher Durchsatz verschiedener Einsatzstoffe; Auslastung / Überlast) Anlagenausstattung (Lagerflächen und kapazitäten (überdacht / nicht überdacht); Reserveflächen; Aggregate zur mech. Aufbereitung; Verfahren zur biologischen Behandlung) Kompostverwertung (Mengen und Qualitäten der bisher erzeugten Produkte; Verwertung der erzeugten Komposte) Interesse an Bereitstellung von SunFuel - Rohstoffen (generelles Interesse; Bedingungen für Bereitstellung; mögliche Mengen an bereitgestellten SunFuel - Rohstoffen). Verarbeitungsmengen / Auslastung der Anlagen Die genehmigte Verarbeitungskapazität der 92 Kompostierungs- und Vergärungsanlagen in Niedersachsen beträgt Mg/a. Bei der Befragung wurden auch die Verarbeitungsmengen im Jahre 2003 erhoben. Die Gegenüberstellung dieser Mengen bei den 47 befragten Anlagen zeigt: Summe der genehmigten Kapazitäten: Summe der tatsächlichen Verarbeitungsmengen 2003: Mg/a Mg/a. Bei den befragten Anlagen besteht demnach eine Überlastung von 9% gegenüber den Genehmigungskapazitäten. Hochgerechnet auf alle Anlagen würde sich für 2003 eine Verarbeitungsmenge von Mg/a ergeben. In der Niedersächsischen Siedlungsabfallbilanz wird für 2003 dagegen eine erfasste Menge an Bio- und Grünabfällen von nur Mg/a genannt im Vergleich zur gesamten genehmigten Kapazität von Mg/a, also eine nur 77 %ige Auslastung. Auch wenn die Siedlungsabfallstatistik auf einer Vollerhebung basiert und die hier dargestellte Befragung nur Daten bei 50 % der Anlagen erhoben hat, wird aufgrund des allgemeinen Eindrucks bei der Befragung eher von einer Vollauslastung der Anlagen zumindest im Jahre 2005 ausgegangen. Im Folgenden wird daher für Niedersachsen mit einer Verarbeitung in Höhe der Genehmigungskapazitäten von ca Mg/a gerechnet. 50

58 93 % der gesamten Verarbeitungsmenge entfallen auf Bio- und Grünabfall. Eine geringe Einsatzmenge von 2 % produktionsspezifische Abfälle und 5 % sonstige Abfälle verteilt sich auf nur 2 3 Betriebe. Ausstattung der Anlagen Die befragten Anlagen verfügen alle über eine Zerkleinerung (teilweise im mobilen Einsatz; auch über Dienstleister), zu über 90% über eine Siebung und zu etwa 15 % über sonstige Einrichtungen, wie Handsortierung, Fe-Scheider oder Windsichtung. Für eine dezentrale Aufbereitung für Sun- Fuel - Rohstoffe sind diese Anlagen überwiegend nutzbar, müssen aber an die spezifischen Anforderungen (Stückgröße, Siebschnitt) angepasst werden. Da diese Technik nicht auf kleineren Anlagen vorgehalten werden kann, bietet es sich an, die mechanische Aufbereitung der SunFuel - Rohstoffe nur auf größeren Kompost- bzw. Vergärungsanlagen durchzuführen. Die Anlagen wenden unterschiedliche biologische Verfahren für die Komposterzeugung an. Die aufwändigen Techniken der eingehausten Trapez- / Tafel- / Boxen- / Tunnel- und Container- Kompostierungen finden sich nur in älteren Anlagen, bei denen die Entsorgungskosten weniger entscheidend waren und ein hoher Umweltschutzstandard die Investitionsentscheidungen prägten. Über die Hälfte aller Anlagen - insbesondere die neueren Anlagen - sind einfachere Mietenkompostierungen, davon ca. 85 % nicht überdacht. Weniger als 10 % der Anlagen sind Vergärungsanlagen. Durch Anreize des Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) könnte sich allerdings dieser Prozentsatz bei Neuoder Ersatzinvestitionen erhöhen. Tab. 2 Angewandte biologische Behandlungsverfahren Dreiecksmieten - Kompostierung Trapez- /Tafel-/ Zeilenmiete Boxen- / Tunnel / Container Vergärung (offene) Mietennachrotte sonstige Bioverfahren gesamte Anlagen *) prozentualer Anteil an gesamten Anlagen 59% 18% 14% 10% 12% 3% befragte Anlagen prozentualer Anteil an befragten Anlagen 51% 16% 9% 7% 13% 4% *) Weil teilweise mehrerer Verfahrensschritte und Behandlungslinien auf einem Anlagenstandort vorhanden sind, ist die Summe der hier aufgeführten Verfahrenskomponenten größer als die Anlagenzahl von 92. Menge der für eine SunFuel - Produktion ggf. bereitgestellten Abfälle im Rohzustand Aus der Niedersächsischen Siedlungsabfallbilanz errechnet sich eine durchschnittliche Kompostquote von / = ca. 39 % der Inputmenge. Die befragten Anlagen führen nahezu alle ein Gütezeichen nach BGK oder LUFA für ihre erzeugten Komposte. Qualitätsgründe behindern daher den Absatz des Kompostes nicht. Trotzdem berichten etwa ¼ der befragten Anlagenbetreibern von Absatzproblemen. Alle Betreiber geben zu, dass der Kompostabsatz nur mit erheblichem Aufwand möglich ist und nur bei weitgehendem Verzicht auf Erlöse. Geringe Erlöse ab Kompostanlage decken in der Regel allenfalls die Transportkosten zur Verwertungsstelle und evtl. Bodenuntersuchungskosten. Die Menge der Sieb- und Sortierreste lag 2003 bei Mg/a bzw. ca. 4 % des Inputs. Weiter fallen auf vielen Anlagen auch Wurzelstubben an, die spezielle Zerkleinerungsaggregate erfordern und als reines Holz für die Kompostierung wenig geeignet sind. Wegen der Behandlungspflicht ab 51

59 besteht bei allen Betreibern hohes Interesse an kostengünstigeren Entsorgungsalternativen für diese Abfälle. Übereinstimmend mit den in dieser Studie gegebenen Empfehlungen sahen auch die Betreiber vorrangig Grünabfälle und Siebreste als potentiell geeignet an, Bioabfälle dagegen weniger. Als Ergebnis davon sind die in der Befragung insgesamt ermittelten Bereitstellungsmengen der befragten 47 Anlagen in Höhe von Mg/a auf alle Anlagen in Niedersachsen über das Verhältnis der genehmigten Kapazitäten zu Mg/a hochgerechnet worden. 2.4 Gewinnung von Rohstoffen für die SunFuel -Produktion aus Bio- und Grünabfällen - Verfügbarkeit der Bioabfall-Biomasse anstelle der oder ergänzend zur bisherigen Nutzung Grundsätzlich bedeutet die Nutzung von Bioabfall-Biomasse für SunFuel eine Konkurrenz zu der etablierten Form der Behandlung und Verwertung über die Kompostierung / Vergärung als Kompost. Eine noch deutlichere Konkurrenz muss in der energetischen Verwertung holzhaltiger Abfälle mit höheren Heizwerten und EEG-Förderung gesehen werden (z.b. in den Niedersächsischen Anlagen in Landesbergen, Emden, Papenburg und Emlichheim). Die Besichtigungen und Gespräche mit Betreibern von Kompostwerken zeigten, dass hierzu Versuche laufen, und auch schon konkrete Lieferungen in Richtung Biomasse-Kraftwerke bei mehreren Betreibern erfolgen. Bei einer Nutzung der gleichen Stoffe als SunFuel -Biomasse entfällt zwar die EEG-Förderung, ersatzweise wird dieser Verwertungsweg aber dadurch gefördert, dass die SunFuel - Kraftstoffe von der Kraftstoffsteuer befreit sind. Holzbestandteile im Bio- und Grünabfall sind biologisch bei Aerobverfahren nur schwer umsetzbar und bei Anaerobverfahren (Vergärung) so gut wie gar nicht umsetzbar, daher also als Ballaststoff für diese biologischen Prozesse anzusehen. Die holzhaltigen Abfälle sind allerdings bei Aerobverfahren nicht nur Ballaststoff, sondern erfüllen eine wichtige Aufgabe als Strukturmaterial zur Verbesserung der Belüftbarkeit während der Kompostierung, so dass dem Entzug dieser Abfälle für die Nutzung über EEG oder SunFuel jedenfalls bei weiter betriebener Kompostierung - Grenzen gesetzt sind. Die Befragungen und Kontakte bei niedersächsischen Betreibern im Rahmen dieses Vorhabens ergab meist eine hohe Bereitschaft für neue Entsorgungswege. Als Gründe hierfür sind zu nennen: niedrige oder fehlende Erlöse sowie jährlich wiederkehrender Aufwand für die Vermarktung des Kompostes; Unsicherheiten über die Kompostverwertung auf Böden durch schwankende politische Unterstützung für diesen Entsorgungsweg sowie durch teilweise und zeitweise ausgesprochene Verbote von Produzenten der Ernährungsindustrie. Die SunFuel - Nutzung läuft - aufgrund der noch fehlenden Anlagenkapazitäten - den Angeboten der EEG-Biomasse-Kraftwerke zeitlich hinterher. Die Gespräche bei der Befragung ergaben als Nachteile für die SunFuel - Nutzung im Vergleich zur energetischen Verwertung die erst für nach ca erkennbare Annahmebereitschaft und die noch wenig konkreten Rahmenbedingungen (z.b. Qualitätsanforderungen, Erlöse, Standort der SunFuel - Anlage). Man wird daher Biomasse aus Biound Grünabfällen nur bei entsprechenden wirtschaftlichen Anreizen für die SunFuel -Produktion übernehmen können. 52

60 Zusammenfassend wird es also dort eine größere Bereitschaft geben, Biomasse für die SunFuel - Produktion zur Verfügung zu stellen, wo die Umwandlung in Kompost, z.b. für holzhaltige Abfälle, nur mit hohem Aufwand (bei der Kompostierung) oder gar nicht (bei der Vergärung) möglich ist, die Vermarktung von Kompost schwierig ist, evtl. höhere Erlöse als für Kompost oder eine energetische Verwertung mit EEG-Förderung zu erzielen sind. Optionen für die Gewinnung; - erfassbare und aufbereitete Mengen Die Tab.3 zeigt zusammenfassend die große Bandbreite der bei den untersuchten Optionen erfassbaren und aufbereiteten Mengen an SunFuel - Rohstoffen aus Bio- und Grünabfällen in Niedersachsen. Die Optionen 1 und 2 gehen von einem weitgehenden Erhalt der Kompostproduktion aus und nutzen nur dafür nicht oder schlechter nutzbare Biomasse zur SunFuel -Produktion. Die Gespräche mit den Betreibern im Rahmen der Befragung zeigten, das die Option 2 (Grünabfälle) ggf. kombiniert mit geeigneten produktionsspezifischen Abfällen die derzeit bevorzugte Variante darstellt. Die Option 3 geht dagegen von einem Ersatz der Kompostherstellung durch die Aufbereitung zum SunFuel - Rohstoff aus. Entsprechend könnte hier das gesamte Massen- und Energiepotential genutzt werden. Tab. 3 Erfassbare und aufbereitete Mengen an SunFuel - Rohstoffen aus Bio- und Grünabfällen in Niedersachsen Option 1 Option 2 Option 3 Nutzung Siebreste und überschüssige gesamte erfasste Wurzelstub- Grünabfälle und Siebreste Bio- und Grün- ben = Ergebnis der Befragung abfälle Menge roh für SunFuel kg / E*a Menge roh für SunFuel Mg/a Einwohnerzahl Niedersachsen Verluste bei biol. Trocknung und Absiebung % 45% 45% 69% Menge aufbereitet für SunFuel Mg/a Durch eine dezentrale Aufbereitung mit biologischer Trocknung und Mineralstoffabscheidung verringert sich die Menge im Rohzustand je nach Einsatzstoff, z.b. bei den ggf. bereitgestellten Grünabfällen und Siebresten, um 45 % auf Mg/a. Anpassung der Eigenschaften der Biomasse als SunFuel - Rohstoff Bio- und Grünabfälle sind im Rohzustand nicht direkt geeignet für die SunFuel-Produktion, sondern bedürfen einer vorherigen Anpassung und Aufbereitung. Die Aufbereitung muss / kann folgende Eigenschaften beeinflussen: Wassergehalt / Heizwert durch Trocknung; Aschegehalt durch Rütteln mit Siebung, effektiv besonders nach Trocknung; Metalle durch Magnet- und NE - Scheidung; 53

61 Gehalte an Stickstoff, Schwefel und Chlor durch Trennung von Küchenabfällen, Blattabfall, Halmabfall und holzhaltiger Biomasse; Stückigkeit, Sieblinie durch Zerkleinerung und Siebung. Der Ort für diese Aufbereitung kann entweder dezentral in den bestehenden modifizierten Kompostanlagen gewählt werden oder zentral als Vorschaltanlage in Verbindung mit der SunFuel - Produktion. Attraktiv für die jetzigen Betreiber ist die dezentrale Aufbereitung, weil hierbei Arbeitsplätze in der Region erhalten bleiben und die vorhandene Ausstattung der Kompostanlagen allerdings bei geänderter Verfahrensführung - in der Lage ist, diese Aufbereitung durchzuführen: Vorhandene Anlagen zur Zerkleinerung, Siebung und Sichtung können für die mechanische Aufbereitung genutzt werden. Bei einer Modifikation der aeroben biologischen Behandlung wird bewusst auf einen biologischen Abbau der Organik weitgehend verzichtet und stattdessen nur eine biologische Trocknung auf ca. 20 % Wassergehalt mit ca. 1-2 Wochen Behandlungsdauer angestrebt. Das Rechenbeispiel in Tab. 4 für die Ergebnisse der Befragung (bereitgestellt würden Grünabfälle und Siebreste) zeigt, dass man mit der gesteuerten biologischen Trocknung ein folgendermaßen verändertes Produkt erhält: lagerungsfähig mit 20% Wassergehalt; erhöhter Heizwert (Hu= statt kj/kg FS) um ca. 45 % verminderte Feuchtmasse (positiv für die Transportaufwendungen). Dies wird erreicht bei einer Abnahme des Energieinhalts (bezogen auf die originäre Feuchtsubstanz) von ca. 5 %, der für die Wasserverdunstung bei der biologischen Trocknung benötigt wird. Wenn auch Bioabfälle als SunFuel - Rohstoff genutzt werden sollten, sind die Auswirkung einer biologischen Trocknung wegen der höheren Ausgangswassergehalte noch gravierender. Eine weitergehende Trocknung unter (15) - 20% WG FS würde wegen der Inaktivierung der Mikroorganismen bei diesen niedrigen Wassergehalten nur mit physikalischer Trocknung möglich sein. Tab. 4 Datenbeispiel zur Veränderung der Eigenschaften von Bio- und Grünabfall durch biologische und physikalische Trocknung 1)2) sowie mechanische Abtrennung von mineralischer Substanz Massenbilanz und Hu roher Bioabfall biologisch auf 20 % WG getrockneter Bioabfall physikalisch getrockneter Bio- und Grünabfall roher Grünabfall physikalisch auf 20 % WG getrockneter Grünabfall biologisch auf 20 % WG getrockneter Grünabfall Wassergehalt % FS 60% 20% 20% 45% 20% 20% Glühverlust % TS 75% 69% 75% 75% 75% 72% Feuchtmasse nach Aufbereitung kg/mg FSo Trockenmasse nach Aufbereitung kg / Mg FSo min Trockenmasse nach Aufbereitung kg / Mg FSo org. Trockenmasse nach Aufbereitung kg / Mg FSo org. Trockenmasseabbau % 0% 26% 0% 0% 0% 14% org. Trockenmasseabbau kg ots / Mg FSo Heizwert Hu in SunFuel-Rohstoff MJ/Mg FS o bzw. e Heizwertrest Hu bezogen auf Rohmasse MJ/Mg FSo Abrütteln / Sieben der min. Substanz % 20% 50% 50% 20% 50% 50% Glühverlust nach Abrütteln % TS 79% 82% 86% 79% 86% 84% Feuchtmasse nach Aufbereitung kg von 1000 kg roh Hu nach Abrütteln / Sieben von 50% der mineralischen Substanz kj/kg FS Massenverlust % 2% 65% 55% 3% 38% 46% 1) Daten unter Berücksichtigung des notwendigen Organikabbaus für den Wasseraustrag zur Trocknung: Rottetemperatur = 60 C; Rotteabluft = 50 C; O 2 -Gehalt im Abgas = 19 Vol.-%; ca Nm³ Abluft/Mg FS-Rotteinput. 2) H u,roh (kj/kg feucht) = Heizwert roh = /100 * (100-Wassergehalt in %-Aschegehalt in %)- 24,41*Wassergehalt 54

62 Die Abtrennung von feiner mineralischer Substanz durch Rütteln und Sieben bewirkt für Grünabfall bei angenommener 50%iger Abscheidung eine weitere Erhöhung des Heizwertes von auf MJ/ Mg FS. Die Eignung der verschiedenen im Einsatz befindlichen Verfahrenstechniken der Kompostierung ist in Tabelle 5 beschrieben. Danach ist die am häufigsten vertretene offene Mietenkompostierung ohne aktive Belüftung und Überdachung zwar die kostengünstigste Variante, aber die Schwächen liegen im Bereich der Prozesssteuerung und der Gewährleistung definierter Wassergehalte wegen des unkontrollierten Zutritts von Niederschlagswasser in die SunFuel - Rohstoffe. Diese Anlagen sind daher unverändert - nur bedingt für die Vorbehandlung geeignet. Durch eine Überdachung können diese Schwächen teilweise gemindert werden. Ob und in welcher Zeit der gewünschte Wassergehalt von WG FS 30 % bzw. sogar 20 % erreicht werden kann, muss durch Versuche mit verschiedenen Inputmaterialien und Witterungsbedingungen geklärt werden. Eine aktive Belüftung verbessert und beschleunigt die Trocknung wesentlich. Ohne Zweifel am besten geeignet sind die Tunnel- / Container-/ Boxen-Kompostierungen mit aktiver Belüftung. Sie sind stets redundant mit mehreren Parallelanlagen ausgerüstet und daher parallel und flexibel einsetzbar sowie weiterhin sehr gut steuerbar. Tab. 5 Eignung verschiedener Kompostierungsverfahren für die Vorbehandlung von Bio- und Grünabfällen zur Sun- Fuel -Produktion Mietenrotte nicht überdacht und nicht aktiv belüftet Mietenrotte überdacht und nicht aktiv belüftet Mietenrotte überdacht und aktiv belüftet Tunnel- / Container-/ Boxen- Kompostierung Steuerung des biologischen Trocknungsprozesses Gewährleistung eines definierten Wassergehaltes Flexibilität (z.b. Parallelbetrieb Kompostierung und Trocknung) Kosten des Verfahrens begrenzt schwierig sehr hoch sehr gering mittel mittel sehr hoch gering gut gut sehr hoch gering sehr gut sehr gut sehr hoch sehr hoch Tafel-Wandermiete eingehaust gut sehr gut nicht gegeben hoch Die eingehausten Tafel-Wandermieten sind zwar verfahrenstechnisch für die gewünschten Zwecke sehr gut einsetzbar. Der Nachteil liegt jedoch in der fehlenden Flexibilität durch die einzügige Bauweise, die einen Parallelbetrieb von Kompostierung (Behandlungszeit ca. 10 Wochen) und Trocknung (Behandlungszeit ca. 1-2 Wochen) verhindert. Obwohl diese Anlagen über eine gute Infrastruktur und Ausstattung verfügen, müssten an diesen Standorten für die SunFuel - Vorbehandlung zusätzliche Anlagentechnik / Verarbeitungskapazitäten geschaffen werden Ein für die oben geschilderten Aufgaben angepasstes Verfahrensfließbild auf Kompostanlagen würde dann wie in Abbildung 2 dargestellt aussehen: 55

63 Bioabfall Grünabfall Zerkleinerung Siebreste organisch abgereicherte Feinfraktion Störstoffauslese; Fe-Scheidung Siebung / Sichtung organisch angereicherte Grobfraktion biolog. / physikal. Trocknung Wasser Kompostierung Mineralstoff- Abscheidung Nachaufbereitung Kompost zur stofflichen Verwertung vorhandene Verfahrenskomponenten zusätzliche Verfahrenskomponenten Biomasse für SunFuel- Produktion Abbildung 2: Modifizierte Verfahrenstechnik SunFuel - Rohstoff einer Kompostierung zur Aufbereitung von Grünabfall-Teilmengen als 2.5 Aufwand für Bereitstellung Kosten und Erlöse Logistik Bisher werden Bioabfälle über ein existierendes und anderweitig über Entsorgungsgebühren bzw. -entgelte bezahltes Holsystem mit Biotonnen und Abfallsammelfahrzeugen erfasst. Die Kosten für Sammlung und Transport werden wie folgt genannt: /Mg, ggf. abzüglich /Mg ersparte Kosten für Restabfall [5] 50 /Mg [2] Grünabfälle werden im Rahmen der Sperrabfallsammlung mit etwa vergleichbaren Kosten erfasst oder als Eigenanlieferung / Direktanlieferung an die Entsorgungsanlagen auf Kosten der Abfallerzeuger angeliefert und gegen Gebühren / Entgelte angenommen. Für die zukünftige Verarbeitung von Biomasse zu SunFuel kommen angesichts des hohen technischen Aufwandes nur große Zentralanlagen in Frage, für die sich folgende logistische Grundstruktur anbietet: 1. Die Bio- und Grünabfälle werden weiter in der bisherigen Zuständigkeit und Logistik erfasst und zunächst bis zu den dezentralen 92 Anlagen in Niedersachsen transportiert. 2. Optional werden ausgewählte oder separierte für die SunFuel -Produktion geeignete Chargen von kleineren Anlagen zu einer Behandlungsanlage pro öffentlich rechtlichem Entsorgungsträger (öre) oder ggf. auch mehrere öre zwischen transportiert. 3. Die vorbehandelte Biomasse (Trocknung und Abscheidung von anhaftendem Boden) wird im Ferntransport zu einer zentralen SunFuel - Anlage transportiert. Dieser Ferntransport erfolgt per Lkw oder bei geeigneten Standorten auch per Bahn oder Schiff. 56

64 Erwartete Kosten Für die bisherige Behandlung von Bio- und Grünabfälle werden zurzeit folgende Kosten abzüglich Erlöse für den Kompost genannt: /Mg [5; S. 65]; 60 /Mg [2], allerdings ohne Erlöse, die Kehres dort mit ca. 5 /Mg Kompost abzüglich Transportkosten angibt, also gesamter Erlös ca. 0 /Mg Kompost; aus dem Internet für 6 öffentlich rechtliche Entsorgungsträger in Niedersachsen mit Stand : Annahmeentgelte für Grünabfälle von /Mg zzgl. MwSt. Für die Abgabe von SunFuel - Rohstoffen ab biologischer Anlage werden folgende Kosten geschätzt: nur grob zerkleinert, roh 0 4) / Mg Input roh 5) weitergehend mechanisch aufbereitet mechanisch aufbereitet und biologisch getrocknet 5 10 / Mg Input roh / Mg Input roh. Hierbei ist allerdings zu berücksichtigen, dass sich durch die Massenverminderung bei der Behandlung die Kosten für die abgegebene Biomasse um den Faktor 1/ (1- Massenverminderung) entsprechend erhöhen (vgl. Tab. 6 und Tab. 7). Ähnlich wären bei einer Kompostierung Behandlungskosten von 60 /Mg roh bei einer Umrechnung auf die tonne Kompost mit etwa dem Faktor 1/0,4 zu multiplizieren, also 60/0,4 = 150 / Mg Kompost. Für die Logistikkosten bis zur Anlieferung an die bestehende Kompost- bzw. Vergärungsanlage wird davon ausgegangen, dass diese weiter wie bisher über Gebühren oder vom Abfallerzeuger getragen werden, also nicht in die Kosten der Biomassebereitstellung zur SunFuel -Produktion eingerechnet werden müssen. Angesetzt werden daher nur die Transportkosten von der Sammelstelle / Kompostwerk zur SunFuel -Produktion mit ca /Mg (behandelte) Biomasse. Nach Tab. 6 errechnen sich die Gesamtkosten der Bereitstellung frei SunFuel Produktionsanlage wie folgt. 4) Ansatz 0 /Mg gewählt, weil hierbei keine Veränderung zur bisherigen Behandlung und diese Grobzerkleinerung Voraussetzung ist für jede Art der Verwertung. 5) analog der gegenwärtigen Erlössituation für die Entsorgung dieser Abfälle in die energetische Verwertung mit EEG- Subventionierung 57

65 Tab. 6 Geschätzte Bereitstellungskosten für SunFuel - Rohstoff aus überwiegend Grünabfällen frei SunFuel - Produktionsanlage (Vollkostenrechnung) für Grünabfall /Mg fertige FS Transportkosten Aufbereitungskosten Massenverminderung /Mg rohe FS % Gesamtkosten frei SunFuel - Produktion /Mg Fertigprodukt Heizwert MJ/Mg rohe Grünabfälle; nur zerkleinert 10 bis 15 0 bis 0 0% 10 bis mechanisch weitergehend aufbereitet 10 bis 15 5 bis 10 10% 16 bis wie vor + biologische Trocknung 10 bis bis 30 45% 46 bis Bei der Einschätzung der vom Betreiber der Kompostanlagen erwarteten Erlöse für die Abgabe von SunFuel - Biomasse sollte berücksichtigt werden, dass die Vermarkter von Kompost bisher gewohnt sind, ab Werk keine Erlöse für den abgegebenen Kompost zu erhalten. Erlöse für SunFuel - Biomasse in Höhe der (zusätzlichen) Aufbereitungs- und Transportkosten wären daher für die Kompostanlagenbetreiber eine neue wirtschaftliche Rahmenbedingung, um Biomasse für die SunFuel - Produktion aus Kompost- und Vergärungsanlagen zu gewinnen. Hinzu kommt, dass die Behandlungsdauer für eine biologische Trocknung geringer als für die Kompostierung zur Erreichung eines Fertigkompostes ist, und damit die Kosten für die SunFuel - Aufbereitung (vgl. Tab. 6: ca /Mg Rohabfall) geringer als für die Kompostierung (ca /Mg Rohabfall) liegen werden. Selbst bei 0-Erlösen für SunFuel - Rohstoffe würden daher bereits wirtschaftliche Vorteile für die Betreiber entstehen. 0-Erlöse wie beim Kompost würden aber die Bereitschaft für Ersatzinvestitionen und zur Bereitstellung von SunFuel - Rohstoffen im Keim ersticken. Realistisch müssten daher anreizende Erlöse für SunFuel - Rohstoffe mit mindestens 20 bis 50 % der in Tab. 6 genannten Aufbereitungskosten angeboten werden, z.b. bei 30 % der (Voll-)Kosten ab Werk (vgl. Tab.7) /Mg aufbereitetem SunFuel - Rohstoff, zuzügl. Transportkosten vom Kompostwerk zur SunFuel - Anlage In Höhe von10 15 /Mg. Tab. 7: Notwendige und anreizende Erlöse bei 30% der Bereitstellungskosten für SunFuel - Rohstoff aus überwiegend Grünabfällen frei SunFuel - Produktionsanlage für Grünabfall rohe Grünabfälle; nur zerkleinert Transportkosten 30 % Erlösanteil für Aufbereitung Massenverminderung notwendige Erlöse frei SunFuel -Produktion /Mg fertige FS /Mg rohe FS % /Mg Fertigprodukt 10 bis 15 0 bis 0 0% 10 bis 15 mechanisch weitergehend 10 bis 15 1,5 bis 3 10% 12 bis 18 aufbereitet wie Zeile vorher + biologische Trocknung 10 bis 15 6 bis 9 45% 21 bis 31 Erlösanteil 100 % 100% 30 % 30 % Diese Erlöse würden auch den sich zurzeit ausweitenden Markt der energetischen Verwertung mit EEG-Stützung berücksichtigen. Erlöse für SunFuel - Rohstoffe eröffnen zudem verglichen mit den bisherigen 0-Erlösen für Kompost - auch Möglichkeiten für eine Gebührensenkung für die Bio- und Grünabfallbehandlung. 58

66 3. Zusammenfassung Als geeignete SunFuel - Rohstoffe können vor allem Grünabfälle und Siebreste angesehen werden, Bioabfälle sind wegen der höheren Asche- und Wassergehalte, aber auch wegen der höheren Alkaliund Chlorgehalte weniger geeignet. In der Befragung von 47 Kompostanlagen in Niedersachsen zeigte sich generell eine unerwartet hohe Bereitschaft zur Bereitstellung von Abfällen für eine Sun- Fuel -Produktion bei entsprechenden wirtschaftlichen Rahmenbedingungen. Die angebotenen hochgerechneten Bereitstellungen von ca Mg/a im Rohzustand bedeuten 26 % der gesamt angelieferten Abfälle. Bei konkreteren Bedingungen (Zeitpunkt des Bedarfes und Erlöse) sind diese Mengen mit Sicherheit zu steigern, im Extrem bis hin zu einer Nutzung aller bisher zur Kompostierung eingesetzten Mengen von Mg/a. Vor einer Verarbeitung zu SunFuel sollten diese Abfälle zur Reduzierung des Wasser- und Aschegehaltes behandelt werden. Bei einer dezentralen Behandlung in den bestehenden modifizierten Kompostanlagen sind sowohl die vorhandene mechanische Aufbereitungstechnik für Zerkleinerung, Siebung und Mineralstoffabscheidung wie auch die biotechnischen Anlagenteile für eine biologische Trocknung nach einer entsprechenden Anpassung - sinnvoll nutzbar. Durch diese Vorbehandlung mindern sich die zu transportierenden Mengen an SunFuel - Rohstoffen zu einer Zentralanlage von Mg/a im Rohzustand um ca. 45 % auf ca Mg/a getrocknete Rohstoffe. Ausgehend von dem Rohstoffbedarf einer BtL-Anlage von ca. 1 Mio. t Biomasse könnten etwa 20% des Rohstoffinputs in Niedersachsen durch Grünabfälle gut gedeckt werden. Durch weiterführende Anreize könnte diese Inputmenge mit der Hinzunahme der komplexeren Bioabfälle dann sogar auf bis zu 60% des Rohstoffbedarfs einer BtL-Anlage gesteigert werden. Bei den Kosten und Erlösen ist die bisher unbefriedigende - Ausgangssituation zu berücksichtigen, dass Kompost ab Werk wegen begrenzter Nachfrage etwa zu null, also ohne Erlöse, abgegeben werden muss, obwohl ohne die Erfassung Behandlungskosten von ca /Mg Eingangsmaterial bzw. bei einem Kompostoutput von ca. 40 % /Mg Kompost entstehen. Für die dezentrale Aufbereitung von Grünabfällen zu SunFuel - Rohstoff würden (Voll-)Kosten ab Werk entstehen von ca /Mg Rohabfall bzw /Mg SunFuel - Rohstoff. Holzartige Reststoffe wie Grünabfälle und Siebreste sind zwar für die SunFuel-Produktion besonders gut geeignet, doch die energetische Verwertung (Verbrennung) ist durch deren Förderung nach dem Erneuerbare Energien Gesetz eine starke Konkurrenz. Als Anreiz für Änderungsinvestitionen und die teilweise Aufgabe der Kompostierung mit 0-Erlösen sollte deshalb ein positiver Erlös angeboten werden, z.b. bei 30 % der (Voll-)Kosten ab Werk, also für Rohstoffe aus Grünabfällen /Mg aufbereitetem SunFuel - Rohstoff, zuzüglich Transportkosten In Höhe von ca /Mg. Damit wäre der Bioabfall mit /Mg ein relativ kostengünstiger Rohstoff für die Biokraftstoffproduktion. Erlöse für SunFuel - Rohstoffe eröffnen zudem verglichen mit den bisherigen 0- Erlösen für Kompost - Möglichkeiten für eine Gebührensenkung bei der Bio- und Grünabfallbehandlung. 59

67 4. Literatur [1] CARLOWITZ. O. / VODEGEL, S. (2004): Anforderungen an Biomasse zur Kraftstoffherstellung aus der Sicht von Anlagenbetreibern: FE-Antrag des CUTEC vom an das Nieders. Umweltministerium [2] KEHRES, B. (2005): Perspektiven der Bioabfallverwertung; in: Band 8 der Münsteraner Schriften zur Abfallwirtschaft, LASU der FH Münster, S [3] NN: Siedlungsabfallbilanzen Niedersachsen [4] PRETZ, TH. et al. (2005): Brennstoffgewinnung aus Kompostrohstoffen? EdDE-Dokumentation 8, [5] SCHEFFOLD, K.-H. / DOEDENS, H. / GALLENKEMPER, B. / DORNBUSCH, H.-J. (2002): Zukunft der Entsorgungslogistik für private Haushalte Trends und Entwicklungen; EdDE- Dokumentation 4 60

68 Anforderungen an Biomasse aus der Sicht eines BtL- Anlagenbetreibers Dr.-Ing. Stefan Vodegel Clausthaler Umwelttechnik-Institut GmbH (CUTEC) 1. Einleitung und Zielsetzung Seit einigen Jahren existieren europaweit Bestrebungen, Biomasse zur stofflichen oder energetischen Verwertung einzusetzen. Als erste kommerziell in großem Maßstab verfügbar waren Anlagen zur Verbrennung besonders von Holz. Die Abgas enthaltene Energie wird über den etablierten Wasser-/ Dampf-Prozess und eine Turbine in Strom und Wärme umgesetzt. Kurz vor der Marktreife stehen dezentrale Anlagen (wieder schwerpunktmäßig für Holz), welche mittels Luftvergasung im Zündstrahlmotor EEG-geförderten elektrischen Strom sowie Wärme erzeugen. Alternative Verfahren zur Vergasung mittels Dampf als allotherme Vergasung oder Dampf + Sauerstoff als autotherme Vergasung sind soweit entwickelt, dass Demonstrationsanlagen im MW-Bereich gebaut oder in der Planung sind. Die chemische Energie der per Vergasung erzeugten Synthesegase lässt sich auch nutzen, um mittels katalytischer Prozesse Kohlenwasserstoffe herzustellen. Dies können Grundchemikalien der chemischen Industrie sein, synthetisches Methan ( SNG ) oder Dieselkraftstoff, das sog. BtL (Biomass to Liquid)-Produkt. Verschiedene Routen zum BtL sind in der Diskussion. Im EU-Vorhaben RENEW unter Federführung der Fa. Volkswagen konnten gute Entwicklungsschritte erzielt und Vergleiche gemacht werden [1]. Der vorliegende Beitrag basiert auf dem in Clausthal favorisierten ArtFuel-Verfahren (s. Abb. 1) Biomasse Hilfsmedien Vergasung Synthese Gasreinigung Aufarbeitung Kraftstoffe sonstige Stoffe von der Vergasung 1 Heißgasfiltration Teerspaltung WG- Shift (katalytisch) Quenche Wasserwäsche Biodieselwäsche 5 Gasverdichtung COS- Hydrierung Oxidative Wäsche Selexolwäsche Feinreinigung zur Synthese Mineralien, CaO, Cl, P Ammoniakreiches Abwasser S CO 2 zu bauen in 2008/09 Abb. 1 Grundfließbild ArtFuel-Verfahren der CUTEC 61

69 Idee ist es, mittels eines robusten Vergasers in Form einer autothermen zirkulierenden Wirbelschicht ein Synthesegas zu erzeugen, welches nach Aufbereitungs- und Reinigungsschritten der Fischer- Tropsch-Synthese zugeführt wird. Im Rahmen verschiedener Projekte seit dem Jahr 2004 konnte die thermischen Zersetzung einer Vielzahl an Kohlenwasserstoffen nachgewiesen werden (s. Abb. 2) Abb. 2: Auswahl an thermischen zersetzten Biomassen in der ArtFuel-Anlage seit 2004 Im Folgenden sind Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen beschrieben, welche aus Sicht eines Investors für eine BtL-Anlage angestellt wurden. Dafür wurde ein detaillierter Business-Plan über einen Zeitraum von 20 Jahren erstellt und darauf aufbauend eine dynamische Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt. Die Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsrechnungen zeigt Abb MW therm FWL Referenz-Biomasse = Weizenstroh mit H u = 14,1 MJ/kg, Wassergehalt = 10 Gew.-%, Aschegehalt = 7 Gew.-% Kommerzielle ArtFuel-Anlage Input = t FS / a Energieausbeute, gespeichert in den Kohlenwasserstoffen nach FTS = 38 %, bezogen auf Energieinhalt der Biomasse. Keine H 2 -Zugabe Dynamische Wirtschaftlichkeitsbetrachtung über einen Zeitraum von 20 Jahren Angestrebter Interner Zinsfuß = 10 % Transport und Aufbereitung als durchsatzabhängige Kostengruppen auf Seiten der BtL- Anlage Abb. 3: Grundlagen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen Zu bemerken ist, dass die Betrachtungen nicht nur die Kosten und Erlöse miteinander errechnen, sondern einen Gewinn berücksichtigen, den der Investor erzielen möchte. 62

70 2. Ergebnisse 2.1 Wirtschaftlichkeit als Funktion des Heizwertes Für den Betreiber einer BtL-Anlage ist ein wesentlicher Gesichtspunkt, wie der Biomasselieferant bezahlt wird. Die einfachste Methode wäre die Abrechnung nach Gewicht, welches durch eine Waage bei der Anlieferung erfasst wird. Diese Methode wird bei großtechnischen Anlagen der Chemieund Kraftwerkstechnik vielfach angewendet. Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen aber zeigen, dass die Rendite bei einer BtL-Anlage sehr am Energieinhalt der Biomasse hängt. Da inerte Stoffe wie Mineralien (Aschegehalt) unter den angesetzten Randbedingungen keinen Beitrag zum Synthesegas liefern, tragen sie nichts zur Wertschöpfung bei. Der Interne Zinsfuß sinkt daher, wenn der Anlieferpreis (hier 55,- /t FS ) konstant gehalten wird (s. Abb. 4). Umgekehrt wäre es für den Anlagenbetreiber sinnvoll, zur Wahrung seiner Rendite den Erlös, welcher der Lieferant erzielt, abzusenken (blaue Kurve). Unterer Heizwert [ MJ / kg ] 90 14,72 14,22 13,72 13,22 12,72 16 Erlös Energiepflanzen [ / t FS ] 80 Erlös Energiepflanze = 55 / t FS Interner Zinsfuß = 10 % Referenzpunkt Investitionsschwelle Mineraliengehalt [ Gew.-% ] Interner Zinsfuß nach einer Laufzeit von 20 Jahren [ % ] Abb. 4 Wirtschaftlichkeit als Funktion des Heizwertes und Mineraliengehalt Erläuterung: Die Variation des Mineraliengehaltes erfolgte bei konstantem Wassergehalt von 10 Gew.-%. Damit ist derfeststoffgehalt umgekehrt proportional dem Heizwert und eine gemeinsame Auftragung möglich Einfluss der Anlagenverfügbarkeit Die Investkosten einer BtL-Anlage der Größe von 500 MW therm sind nennenswert. Abschreibung und Zinsen fallen auch im Anlagenstillstand an. Zu errechnen war, wie hoch die Sensitivität des Internen Zinsfußes für die Anlagenlaufzeit auf Nennlast ist. In Abb. 5 ist dargestellt, dass die Abhängigkeit der beiden Größen hoch ist. 63

71 60 16 Erlös Energiepflanzen [ / t FS ] Interner Zinsfuß = 10 % 30 Erlös Energiepflanze = 55 / t FS Investitionsschwelle Referenzpunkt = 8000 h/a Verfügbarkeit auf Nennlast [ % ] Interner Zinsfuß nach einer Laufzeit von 20 Jahren [ % ] Abb. 5 Wirtschaftlichkeit als Funktion der Anlagenlaufzeit auf Nennlast Neben technischen Gesichtspunkten ist für die BtL-Anlage von hoher Bedeutung, dass die Biomasse ganzjährig verfügbar ist. Ausfälle für wenige Woche schlagen sich schmerzhaft im Jahreserlös nieder Sensitivität gegenüber der Biomasseaufbereitung Die zirkulierende Wirbelschicht des ArtFuel-Prozesses benötigt Biomasse, deren maximale Kantenlänge einen Wert von einigen Zentimetern nicht übersteigen darf. Auch andere BtL-Verfahren stellen Anforderungen an die Partikelgeometrie. Daher sollte der Aufwand zur Zerkleinerung in der Machbarkeitsstudie quantitativ behandelt werden. Für Abb. 6 ist Basis eine einstufige Zerkleinerung mit einem Energiebedarf von 15 kwh el pro Tonne Biomasse. Muss die Aufbereitung bis zur Pelletierung gehen, steigt der elektrische Energiebedarf auf ein Mehrfaches an. Damit sinkt die Wirtschaftlichkeit signifikant ab. Ökologisch ist der Zusammenhang durchaus begrüßenswert, da elektrische Energie thermodynamisch den höchsten Wert aller Energieformen besitzt. Ihre Erzeugung erfolgt zu einem hohen Teil aus fossilen Quellen, welcher durch die Verwendung von BtL für Mobilitätszwecke eigentlich eingespart werden soll. Praktische Bedeutung hat das Ergebnis auf die Diskussion der Verwendung von Pellets: Deren Handhabung ist einfach, der Transport erfolgt mit höherer Effektivität als bei losem Brennstoff und die Lagerfähigkeit ist gut. Aber der Aufwand für die Zerkleinerung, Trocknung und Formgebung ist so hoch, dass ihre Verwendung unter den angesetzten Grundlagen nicht attraktiv erscheint. 64

72 Erlös Energiepflanzen [ / t FS ] % Fall Zerkleinerung mit 15 kwh el / t FS Bereich Zerkleinerung, Förderung + Pelletierung Interner Zinsfuß = 10 % mit max. 150 kwh el / t FS Erlös Energiepflanze = 55 / t FS 8 Referenzpunkt Investitionsschwelle Kosten für Zerkleinerung und Formgebung [%] Interner Zinsfuß nach einer Laufzeit von 20 Jahren [ % ] Abb. 6 Einfluss der Biomasseaufbereitung auf die Wirtschaftlichkeit 2.4. Kostenverteilung im 2. Betriebsjahr Die Kostenverteilung der BtL-Anlage ändert sich im Laufe der Betriebszeit. Ursache ist der sinkende Anteil der Abschreibungen und die unterschiedliche Inflationierung der einzelnen Kosten bei der Berechnung. Bemerkenswert aber ist in jedem Fall der hohe Anteil der Biomassebereitstellung (s. Abb. 7). durchsatzabh. Kosten 16% Biomasse 41% durchsatzunabh. Kosten 3% Personal 3% RWU 7% Zinsen 9% Abschreibungen 19% Verwaltung 0-1% Gewerbesteuer 2% Abb. 7: Kostenverteilung der BtL-Referenzanlage im 2. Betriebsjahr 65

73 Dabei ist zu bemerken, dass in den Grundlagen ein Biomassepreis frei Feldrand von 55,- pro Tonne veranschlagt wurde. Hinzu kommen die Kosten für Transport und Aufbereitung. Nach der stürmischen Entwicklung der energetischen Biomassenutzung in den letzten Jahren aber ist im Jahr 2008 der Preis eher höher anzusetzen. Die Betrachtung zeigt, dass der Investor für eine BtL-Anlage sehr darauf achten sollte, langfristige Lieferverträge auszuhandeln, welche die Landwirtschaft in angemessener Weise an den Erlösen beteiligen. Nur dann ist es möglich, einen verlässlichen Bezugspreis zu bekommen und seine Anlage über mindestens 20 Jahren unter gesicherten Randbedingungen betreiben zu können. 3. Zusammenfassung In Kürze lassen sich die wesentlichen Ergebnisse der Studie aus betriebswirtschaftlicher Sicht für einen BtL-Produzenten zusammenfassen zu: 1. Eine breite Palette an Biomassen ist technisch zum Synthesegas umzusetzen. 2. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht sind Asche- und Wassergehalt zu minimieren. 3. Die Anlieferung des Brennstoffs an die BtL-Anlage muss ganzjährig gewährleistet sein. 4. Die Biomasse sollte mit geringem elektrischem Aufwand aufbereitet werden müssen. 5. Der Anlieferpreis beeinflusst wesentlich die Rendite. 4. Danksagung Die vorgestellten Ergebnisse entstammen v.a. der Studie Anforderungen an Biomasse zur Kraftstoffherstellung aus der Sicht von Anlagenbetreibern [2]. Das Projekt ist eingeordnet in die Länderkooperation Brandenburg, Hessen, Niedersachsen mit der Volkswagen AG zur Förderung von Biokraftstoffen der 2. Generation. Ferner sei einer Vielzahl von Firmen und Verbänden gedankt, welche mit Zahlen zu Invest- und Verbrauchskosten die Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen ermöglichten. 5. Literatur [1] EU-Project RENEW: Contract No SES6-CT ; Laufzeit [2] Studie: Anforderungen an Biomasse zur Kraftstoffherstellung aus der Sicht von Anlagenbetreibern, CUTEC-Institut GmbH im Auftrage der Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (Gülzow) und der Volkswagen AG (Wolfsburg), Förderkennzeichen , Dezember

74 Rahmenbedingungen für den Anbau schnellwachsender Baumarten in Brandenburg D. Murach Fachhochschule Eberswalde; Fachbereich Wald und Umwelt, Alfred-Moeller-Str. 1, Eberswalde 1. Einleitung und Zielsetzung Das Forschungsprojekt DENDROM 6 thematisierte innerhalb des vom BMBF geförderten Forschungsprogramms Forschung für die Nachhaltigkeit (FONA) im Jahr 2004 erstmalig in der Forschung das sich abzeichnende Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage von geringwertigen Holzsortimenten. Klimaschutz und der Ausbau der Bioenergie in Deutschland wurden von DENDROM als Motoren für eine deutlich steigende Nachfrage nach Holz als regenerativer Kohlenstoffressource vermutet. Inzwischen hat sich dieses Ungleichgewicht bestätigt [1]. Holzknappheit hat bereits zu Produktionsengpässen geführt und ist durch die Gefährdung von Arbeitsplätzen in der holzverarbeitenden Industrie auch ins öffentliche Bewusstsein gerückt. Die Nutzungskonkurrenz bei Holz für die energetische und stoffliche Verwendung ist bereits jetzt zu einer ernsten Herausforderung in vielen europäischen Ländern geworden[2]. Hinzu kommen neue Märkte für holzartige Biomasse (Dendromasse) durch Bioraffinerien und die Kraftstoffindustrie der zweiten Generation. Werke zur Produktion von Btl (Biomass-to-liquid)-Kraftstoffen im industriellen Maßstab in Deutschland vor allem repräsentiert durch CHOREN sind in der Planung. Ihr Bedarf an Rohstoffen wird beträchtlich sein. CHOREN kalkuliert für seine industrielle BtL-Produktion in Schwedt mit über 1 Mio. t Holz pro Jahr [3]. Abbildung 10: Verwendungsmöglichkeiten von Holz

75 Die Grenze zwischen stofflicher und energetischer Nutzung von Biomasse wird durch das Aufschlussverfahren der Pyrolyse, d.h. der thermischen Spaltung organischer Verbindungen, in Verbindung mit Syntheseverfahren wie der Fischer-Tropsch-Synthese zunehmend undeutlicher. Dendromasse wird in seiner Verwendung in Zukunft vor allem als Kohlenstoffquelle gesehen, einer Kohlenstoffressource, die im Gegensatz zum Öl oder Gas weitgehend klimaneutral ist (s. Abb. 1). Die nachhaltigen Waldholzreserven können nur einen Teil der zukünftigen Holznachfrage aus dem Bereich Bioenergie abdecken. Die UNECE (Sektion Holz) reagierte auf den europaweit gestiegenen Bedarf an holzartiger Biomasse mit Empfehlungen an die Ministerkonferenz zum Schutz der Europäischen Wälder Europas im November 2007 wobei u.a. auch der Anbau von schnellwachsenden Baumarten auf landwirtschaftlichen Flächen (Agrarholz) zur Produktion holzartiger Biomasse empfohlen wird, um die traditionellen Holzressourcen zu erweitern[2]. Agrarholz wird auch als eine Option in dem prioritären Themenkreis Holzmobilisierung in der sektorübergreifenden Deutschen Forschungsagenda der Forest-based Sector Technology Platform, German National Support Group, vertreten sein [4]. Durch die Forschungsprojekte MORES 7, BIODEM 8 und DENDROM 9 wird das Thema Agrarholzproduktion seit 2004 intensiv in Brandenburg untersucht. Mehr als zehn verschiedene Institutionen aus Brandenburg, Berlin und NRW haben sich in den Projekten zusammengeschlossen, um Konzepte und Strategien zur vermehrten Bereitstellung holzartiger Biomasse (Dendromasse) für die stoffliche und energetische Nutzung zu entwickeln und den Agrarholzanbau unter den regionalen ökonomischen und ökologischen Bedingungen zu optimieren. Sie arbeiten in einem transdisziplinären Ansatz eng mit der Industrie und der Land- und Forstwirtschaft zusammen. Ein Schwerpunktthema der Projekte ist die Bereitstellung von Dendromasse in Brandenburg für die Produktion von synthetischen Biokraftstoffen (BtL). Einige Ergebnisse dieser Projekte werden im Folgenden dargestellt. Dabei soll auf folgende Fragen näher eingegangen werden: Was hat man eigentlich unter Agrarholz zu verstehen? (Kap. 2.1) Gibt es einen Markt für das Holz vom Acker? (Kap. 0) Ist der Agrarholzanbau ökonomisch konkurrenzfähig zu den annuellen Kulturen? (Kap. 0) Wie sehen die Perspektiven für den Agrarholzanbau aus? (Kap. 0) 2. Ergebnisse 2.1. Besonderheiten des Agrarholzanbaus Die Bewirtschaftung von Wäldern in der Forstwirtschaft und von Agrarholz in der Landwirtschaft haben nicht viel miteinander gemein. Während der Förster seinen Wald in langen Produktionszeiträumen von etwa 100 bis 200 Jahren bewirtschaftet und bestrebt ist, einen möglichst hohen Wertholzanteil zu erzielen, arbeitet der Landwirt mit Rotationen von wenigen Jahren und dem Hauptziel, 7 Förderung durch Volkswagen AG 8 (Förderung durch PCK Raffinerie Schwedt GmbH, Volkswagen AG und MWFK Brandenburg) 9 (Förderung durch BMBF, Volkswagen AG und MWFK Brandenburg)) 68

76 Dendromasse, also geringwertige Holzsortimente, zu erzeugen. Er benötigt daher andere Bäume als der Förster, Bäume mit hoher Massen- statt Wertleistung, Bäume mit einem raschen Jugendwachstum da schnell geerntet werden soll, einem guten Stockausschlagvermögen da nicht nach jeder Ernte wieder neu gepflanzt werden soll, einer einfachen Vermehrbarkeit, hoher Anwuchssicherheit und geringen Anfälligkeit für Schäden. Aufgrund der geforderten Merkmale kommen in unseren Breiten vor allem die Gattungen der Pappel, Weide und Robinie in Betracht. Denkbar sind aber auch andere Baumarten wie zum Beispiel Aspe, Erle oder Birke. Grünewald et al. (2008) haben die Anbau- und Nutzungsstrategien von Agrarholz unter Brandenburger Bedingungen zusammengefasst [5]. Beim Anbau von Dendromasse auf landwirtschaftlichen Flächen stellen die Baumartenwahl und die Festlegung der Erntetechnik Schlüsselelemente der Anbauverfahren dar. Sie bilden die Vorgaben für Pflanzverbände und Umtriebszeiten. Für die Weide gibt es eine etablierte Erntetechnik am Markt, an der sich das Anbauverfahren ausrichten kann. Wie Tests zeigen [6] ist damit eine Beerntung mit 4jähriger Umtriebszeit möglich. In weiten Regionen Nordostdeutschlands spielen die Baumarten Pappel und Robinie aber ebenfalls eine wesentliche Rolle. Beide Baumarten können mit den am Markt etablierten Feldhäcksler-Schneidwerken nur mit sehr kurzer Umtriebszeit bewirtschaftet werden. Der Wurzelhalsdurchmesser bestimmt den Erntezeitpunkt, da zu dicke Stämme vom Häcksler nicht mehr verwertet werden können. Alternativ zu der Häckseltechnik ist eine Ausrichtung der Anbaustrategie auf eine Ernte mit Fäller-Bündlern möglich. Als vordringliches Ziel für die weitere Etablierung des Agrargehölzanbaus in den ländlichen Regionen Nordostdeutschland aus technischer Sicht wird daher die Entwicklung von serienreifen Erntemaschinen für die Baumarten Pappel und Robinie angesehen. Beispiele für unterschiedliche Systeme beim Anbau von schnellwachsenden Baumarten im Kurzumtrieb zeigt Tab. 1. Tabelle 1: Beispiele möglicher Agrarholz-Anbausysteme (Quelle: [5]) 2.2. Die Holzmarktsituation in Brandenburg Muchin et al. (2008) [7] haben das Angebot und die Nachfrage nach Holz in Brandenburg intensiv untersucht, Knur et al. (2008) [8] darauf aufbauend mögliche Szenarien 10 ihrer Entwicklung skizziert. 10 Das REFERENZ-Szenario schreibt den derzeitigen Status quo unter Einbezug der derzeitigen Rahmenbedingungen und bereits absehbarer Trends und Entwicklungen fort und strebt eine wirtschaftliche Optimierung der Flächennutzung an. Das ÖKOLOGIE-Szenario berücksichtigt über die derzeitigen gesetzlichen Regelungen hinausgehend verstärkt ökologische und naturschutzfachliche Forderungen der Landschaftsentwicklung (öko- 69

77 Auf der Grundlage der umfangreichen Forstdatensammlung in den neuen Bundesländern ( Datenspeicher Wald ) konnten relativ genaue Wachstumsmodelle auf Bestandesebene generiert (bottomup-ansatz) und GIS-basiert ausgewertet werden. Der Vergleich der aktuellen Verarbeitungskapazität der in Brandenburg ansässigen holzverarbeitenden Industrie mit dem langfristig nachhaltig verfügbaren Holzangebot aus Brandenburgs Wäldern zeigt, dass der Bedarf langfristig selbst bei deutlichen Abweichungen von den aktuellen waldbaulichen Rahmenrichtlinien der Forstwirtschaft im Ertrags-Szenario für das gesamte Holzangebot (Dendromasse) mit einer Optimierung der Umtriebszeit am durchschnittlichen Gesamtzuwachs und einer unterstellten Vollbestockung ohne Waldumbau, nicht befriedigt werden kann (s. Tabelle 2). Tabelle 2: Verbleibendes aktivierbares Waldholzpotenzial (Angaben in Mio. t atro pro Jahr) nach Abzug der Bestandsanlagen (stofflich und energetisch). Besonders deutlich wird die Diskrepanz zwischen Angebot und Nachfrage bei den geringwertigen Sortimenten Industrie- und Energieholz, obwohl hierbei nur die bereits bestehenden Kapazitäten berücksichtigt wurden ohne zukünftige Großabnehmer wie z.b. BtL-Werke in Ansatz gebracht zu haben. Die Lücke zwischen Angebot und Nachfrage nach Dendromasse in Brandenburg macht eine langfristig zunehmende Nachfrage nach Agrarholz wahrscheinlich. Die Frage ist nun, ob der Agrarholzanbau unter den standörtlichen Verhältnissen in Brandenburg auch ökonomisch konkurrenzfähig mit den annuellen Kulturen ist. logische Optimierung der Flächennutzung). Die wirtschaftliche Optimierung der Flächennutzung ist der ökologischen Optimierung untergeordnet. Im ENERGIE/ERTRAGS-Szenario wird bei Beachtung aktueller Rahmenbedingungen die landwirtschaftliche Flächennutzung für die energetische Biomasseproduktion optimiert. Im Wald wird die Massenertragsleistung der Bestände durch waldbauliche Maßnahmen optimiert. 70

78 2.3. Standörtliche und ökonomische Voraussetzungen für den Agrarholzanbau in Brandenburg Murach et al [9] haben standortsabhängige Ertragsfunktionen für Pappeln und Weiden aufgestellt, die von Knur et al [8] als Grundlage für Szenarien und Handlungsempfehlungen für eine nachhaltige Dendromassebereitstellung in Brandenburg benutzt wurden. Ein wichtiger Faktor für das Wachstum von Pappel und Weide ist das Wasserangebot, das für die potentielle Transpiration der Bäume zur Verfügung steht. Das Transpirationswasserangebot wird bestimmt durch den Niederschlag, die Wasserspeicherfähigkeit des Bodens und die Grundwasserverfügbarkeit. Das Grundwasser spielt insbesondere im Tiefland von Brandenburg eine wichtige Rolle und kann hier das niedrige Wasserspeichervermögen der sandigen Böden und die geringe Niederschläge in Brandenburg vollständig kompensieren. Abbildung 11: Ertragspotentiale von Weiden (linke Grafik) im Kurzumtrieb (3 Jahre) und Pappeln(rechte Grafik) im Kurzumtrieb (5 Jahre) bei verschiedenen Pflanzverbänden (8888 bis Steckhölzer pro ha) in Relation zum Transpirationswasserangebot (Quelle: [8]) Die im Projekt ermittelten Ertragsfunktionen für die Weide in Abhängigkeit vom TWA sind vergleichbar mit den Ertragsmodellen für Weide aus schwedischen Untersuchungen [10]. Maximale Erträge lassen sich nur auf grundwasserbeeinflussten Standorten erzielen. Ertragreiche Pappelklone zeigen insbesondere auf nicht grundwasserbeeinflussten Standorten selbst bei geringeren Pflanzenzahlen höhere Erträge als die Weidensorten, die bisher in die Untersuchungen eingingen. Aber auch auf grundwasserbeeinflussten Standorten können die älteren Weidensorten die geringere Wuchsleistung der Einzelpflanze nicht durch eine erhöhte Pflanzenzahl ausgleichen. Optimale Wuchsleistungen werden bei den Weiden auf ca. 16 t atro a -1 ha -1 geschätzt, für die Pappeln auf etwa 20 t atro a -1 ha -1. Die Ertragsschätzungen für Pappeln auf terrestrischen Standorten lassen auf gut wasserversorgten, aber nicht grundwasserbeeinflussten Standorten bei optimalen Bedingungen und einem Pflanzverband zwischen und Pflanzen pro ha Erträge von bis zu 15 t atro a -1 ha -1 erwarten. Als Richtwert für grundwasserferne schwachhumose, schwachlehmige Sandböden in Brandenburg mit einer Bodenzahl um 30 und durchschnittlichen Jahresniederschlägen von etwa 480 mm (das entspricht einem Transpirationswasserangebot von etwa 250 mm) kann für Pappeln bei einer Pflanzenzahl von ca Stück pro Ha und Umtriebszeiten unter 5 Jahren von etwa 10 t atro a -1 ha -1 ausgegangen werden. Der Einfluss der genetischen Variabilität auf das Wachstum und die Erträge ist deutlich. Weitergehende Untersuchungen unter Berücksichtung aktueller Sorten und Klone sind daher insbesondere für die Weiden dringend erforderlich. 71

79 Beim Agrarholz zeigen sich bedeutende Potenziale für eine nachhaltige Bereitstellung von Dendromasse im ökonomischen Vergleich mit annuellen landwirtschaftlichen Kulturen selbst unter umfassender Berücksichtigung vielfältiger gesetzlicher und naturschutzfachlicher Restriktionen. Beschränkt man das technische Agrarholzpotenzial aus Gründen einer umfassenden Nachhaltigkeit und Risikominimierung für die landwirtschaftlichen Betriebe auf grundwasserbeeinflusste Standorte, wo Agrarholz seine höchsten Erträge erzielen kann, dann ergibt sich als Minimumwert aller Szenarien für das Ökologieszenario eine Anbaufläche im Jahr 2030 von ca. 30% der aktuellen landwirtschaftlichen Fläche mit einer Gesamtagrarholzmenge von ca. 5 Mio. t atro [8]. Hierbei sind neben den verfügbaren Techniken auch konkurrierende Nutzungen (ökonomischer Vergleich mit annuellen Kulturen auf Gemeindebasis) sowie unüberwindbare strukturelle, ökologische (z.b. Abzug von Flächen innerhalb von Naturschutzgebieten, Abzug der Pufferzone von 3m um alle Oberflächengewässer nach LGB (2005) [11]; Abzug von Ökolandbauflächen usw.) und weitere nichttechnische Beschränkungen bereits berücksichtigt Perspektiven für den Agrarholzanbau in Brandenburg Das hohe Flächenpotential für einen langfristig wirtschaftlich konkurrenzfähigen und ökologische Restriktionen berücksichtigenden Agrarholzanbaus in Brandenburg ist zunächst überraschend, da die Abhängigkeit des Wachstums von Pappeln und Weiden von der Wasserversorgung belegt (s. Kap. 0) und Brandenburg mit Niederschlägen zwischen 450 und 550 mm das niederschlagärmste Bundesland in Deutschland ist. Die Erklärung liegt in dem spezifischen Geländewasserhaushalt von Brandenburg. Brandenburg lässt sich in zwei Hauptregionen mit grundsätzlich unterschiedlicher Wasserversorgung unterteilen [12], die Feuchtgebiete in den Niederungen und die grundwasserfernen Hochflächen. Ein Viertel der Fläche Brandenburgs und etwa die Hälfte der Ackerflächen sind grundwasserbeeinflusst. 4% der Landesfläche werden durch Gewässer eingenommen, die größer als 1 ha sind. Damit zählt Brandenburg zu den gewässerreichsten Bundesländern. Die Niederungen werden durch ca km künstlicher Gräben entwässert [13]. Trotz Regenarmut und geringer Wasserspeicherkapazität der Böden ist also im Tiefland genug Wasser in Brandenburg für den Anbau von Agrarholz vorhanden. Die durch den höheren Wasserverbrauch der Pappeln und Weiden bedingt Verringerung der Sickerwasserrate lässt sich schwer abschätzen, die erhöhte Verdunstung auf Landschaftsebene dürfte aber nach den Berechnungen für vergleichbare Standorte in Polen bei lediglich 5-10% liegen [12]. Dies könnte durch eine Verringerung der Entwässerung möglicherweise aufgefangen werden, da die schnellwachsenden Baumarten weniger empfindlich auf hohe Wasserstände im Frühjahr reagieren wie annuelle landwirtschaftliche Kulturen. Auf jeden Fall sind die Nadelwälder in Brandenburg, die zu 80% aus Kiefern bestehen, wasserwirtschaftlich ungünstiger zu beurteilen, da sie eine deutlich geringere Sickerwasserrate haben als das Agrarholz [14]. Gerade die Kombination der speziellen hydrologischen Verhältnisse und der relativen armen Sandböden machen Brandenburg zu einem ausgesprochen prädestinierten Anbaugebiet für Agrarholz in Deutschland. Hinzu kommen weitere standörtliche Vorteile, die in der Betriebsgröße und den relativ geringen Preisen für das Agrarland liegen. Etwa 60% der Agrarfläche in Brandenburg (etwa ha) werden durch landwirtschaftliche Betriebe mit einer Größe von mehr als 1000 ha bewirtschaftet. Trotz dieser regionalen Vorzüge des Agrarholzanbaus konnte sich dieses Landnutzungssystem auch in Brandenburg bisher noch nicht etablieren. Die Gründe liegen in den allgemeinen Restriktionen bei der Implementierung dieser speziellen Landnutzung. Diese liegen vor allem im finanziellen Bereich. 72

80 Es werden spezielle Maschinen benötigt, die hohe Investitionen nach sich ziehen und eine Mindestanbaufläche verlangen, die in der Größenordnung von etwa 1000 ha liegt. Es wird zudem eine höhere Liquidität als bei annuellen Kulturen verlangt, da die Ernteerträge nicht jedes Jahr anfallen. Hinzu kommen Unsicherheiten bei den Ertragsprognosen und ein hohes individuelles Risiko durch Unkenntnis der neuen Landnutzungsform. Diese Restriktionen machen den Agrarholzanbau für die landwirtschaftlichen Betriebe bisher weitgehend unattraktiv. Ohne Pilot- und Demonstrationsprojekte mit Unterstützung der öffentlichen Hand wird sich diese Situation in der Zukunft auch kaum ändern. Eine solche Unterstützung zeichnet sich auf Bundesebene bisher nicht ab, obwohl den Ministerien die notwendigen Informationen vorliegen, nicht zuletzt auch durch die Ergebnisse des Forschungsprojektes DENDROM, aber auch durch die zahlreich eingereichten Projektvorschläge der verschiedenen Forschergruppen, die im Agrarholzbereich in Deutschland arbeiten. Eine zunehmende Attraktivität erlangt der Agrarholzanbau dagegen bei potentiellen Investoren, die von den oben genannten Restriktionen in der Liquidität weniger betroffen sind als die einzelnen landwirtschaftlichen Betriebe. Zunehmende Sorge um Ressourcenknappheit und langfristig steigende wirtschaftliche Attraktivität des Zukunftsrohstoffs Holz als regenerative Kohlenstoffquelle für die klimaneutrale energetische und stoffliche Verwendung haben Investoren und Industrie auf dieses neue Geschäftsfeld aufmerksam gemacht. Welche Konsequenzen dies für die Landwirtschaft und den Agrarholzanbau insbesondere in den neuen Bundesländern haben wird, kann sich schon in der nahen Zukunft zeigen, wenn die Privatisierung der letzten BVVG-Flächen mit etwa ha ab 2010 beginnt und damit das notwendige Land für die Agrarholzproduktion durch neue Investoren und Industrien verfügbar werden kann. 3. Zusammenfassung Brandenburg ist prädestiniert für den Anbau von Agrarholz in Deutschland. Die speziellen Standortsverhältnisse, insb. die schwächeren aber grundwassernahen Ackerböden, machen den Agrarholzanbau auf großen Flächen wirtschaftlich konkurrenzfähig zu den annuellen Kulturen. Hinzu kommt die langfristige Perspektive des Holzmarktes in Brandenburg: Die Forstwirtschaft in Brandenburg wird keine Möglichkeiten haben, einen gesteigerten Bedarf an geringwertigen Holzsortimenten in der nahen Zukunft aus den bestehenden Wäldern des Landes zu befriedigen. Bis jetzt konnte sich allerdings der Agrarholzanbau in Brandenburg nicht durchsetzen. Die Hauptgründe hierfür liegen in sozioökonomischen und finanziellen Restriktionen. Fehlende Erfahrungen mit der neuen Landnutzungsform und hoher Investitions- und Liquiditätsbedarf machen den Agrarholzanbau für die landwirtschaftlichen Betriebe bisher unattraktiv. Ohne Pilot- und Demonstrationsprojekte mit Unterstützung der öffentlichen Hand wird sich diese Situation in der Zukunft auch kaum ändern. Eine zunehmende Attraktivität erlangt der Agrarholzanbau dagegen bei potentiellen Investoren. Welche Konsequenzen dies für die Landwirtschaft und den Agrarholzanbau insbesondere in den neuen Bundesländern haben wird, kann sich schon in der nahen Zukunft zeigen, wenn die Privatisierung der letzten BVVG-Flächen mit etwa ha ab 2010 beginnt und damit das notwendige Land für die Agrarholzproduktion durch neue Investoren und Industrien verfügbar werden kann. 73

81 4. Literatur [1] MANTAU, U. (2007): The legend of the woody biomass reserve in Europe. UNECE Workshop Mobilizing wood ressources. Geneva [2] DENGG, J. (2007): Chaiman s summary. Joint UNECE Timber Committee and FAO European Forestry Commission Policy Forum on Opportunities and Impacts of Bioenergy Policies and Targets on the Forest and Other Sectors in Geneva, 10 Oct [3] DEUTMEYER, M. (2007): Strategies for Supply of Raw Material in the Energy Industry CHOREN s BtL Technology. UNECE Workshop Mobilizing wood ressources. Geneva [4] FTP (Forest-Based Sector Technology Platform). (2007): Europäische Technologieplattform für den Forst-, Holz-, Papier- und Bioenergiesektor (FTP). Förderung einer innovativen und nachhaltigen Nutzung der forstlichen Ressourcen. [5] GRÜNEWALD, H., SCHNEIDER, B.-U., BILKE. G. & MUCHIN, A. (2008): Anbau- und Nutzungsstrategien von Dendromasse. In: Murach (2008): Vorläufiger Endbericht des Verbundforschungsvorhabens DENDROM - Zukunftsrohstoff Dendromasse. [6] SCHOLZ, V., RUIZ LORBACHER, F., SPIKERMANN, H. & KAULFUSS, P. (2008): Ergebnisse der Erprobung des Claas-Schneidwerkes HS-2 und des Anbau-Mähhackers bei der Ernte von Pappel und Weide. Messbericht im Rahmen des Verbundprojektes DENDROM Zukunftsrohstoff Dendromasse. Leibnitz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.v. unveröffentlicht- [7] MUCHIN, A., BILKE, G., BÖGE, R. & MURN, Y. (2008): Nachhaltige Potenziale von Dendromasse.. In: Murach (2008): Vorläufiger Endbericht des Verbundforschungsvorhabens DENDROM - Zukunftsrohstoff Dendromasse. [8] KNUR, L., MURN, Y., MURACH, D., ARETZ, A., FIEDLER, P., & BILKE, G. (2008): Szenarien und Handlungsempfehlungen für eine nachhaltige Dendromassebereitstellung in Brandenburg. In: Murach (2008): Vorläufiger Endbericht des Verbundforschungsvorhabens DENDROM - Zukunftsrohstoff Dendromasse. [9] MURACH, D., HARTMANN & WALOTEK, P. (2008): Ertragsmodelle für landwirtschaftliche Dendromasse. In: Murach (2008): Vorläufiger Endbericht des Verbundforschungsvorhabens DEND- ROM - Zukunftsrohstoff Dendromasse. [10] LINDROTH, A. & Båth, A. (1999): Assessment of regional willow coppice yield in Sweden on basis of water availability. Forest Ecology and Management, 121(1-2):

82 [11] LGB (Landesvermessung und Geobasisinformation Brandenburg) 2005: Digitales Basis- Landschaftsmodell 1 : , Vektordaten ATKIS - Basis-DLM, ATKIS Landesvermessung und Geobasisinformation Brandenburg 2005, davon Layer: VEG01_F, Objektart: 4101 (Ackerland) [12] EULENSTEIN, F. & K.-O. WENKEL (2002): Wasserrückhalt in Agrarlandschaften: Beitrag der Landnutzung an der Versickerung von Wasser zur Grundwasserneubildung am Beispiel Mittlerer Fläming. - In: 3. Brandenburger Beregnungstag, Güterfelde, , Kurzfassung der Vorträge: 20-34; Güterfelde (Landesamt für Verbraucherschutz und Landwirtschaft). [13] LANDESUMWELTAMT BRANDENBURG 2004: Leitfaden zur Renaturierung von Feuchtgebieten. Studien und Tagungsberichte des Landesumweltamtes, Bd [14] HALL, R. L., 2003: Short rotation coppice for energy production hydrological guidelines. Department of trade and industry. 75

83 ANLAGE EINER MODELLPFLANZUNG MIT PAPPEL-SORTENSCHAU AUF DEM LANDWIRTSCHAFTLICHEN VERSUCHSGUT EICHHOF ZUR SICHE- RUNG DER SORTENBASIS UND ZUR SORTENPFLEGE Martin Hofmann, Kompetenzzentrum HessenRohstoffe e. V 1. Einleitung und Zielsetzung Im Rahmen des Projektes Anlage einer Modellpflanzung mit Pappelsortenschau auf dem landwirtschaftlichen Versuchsgut Eichhof zur Erweiterung der Sortenbasis und zur Sortenpflege wurde im Frühjahr 2006 auf einem Auenstandort am Landwirtschaftszentrum Eichhof eine Pappelsortenprüfung mit Steckholzmaterial aus den Quartieren des ehemaligen Forschungsinstituts für schnellwachsende Baumarten in Hann. Münden angelegt. Folgende Zielsetzungen wurden verfolgt: Dauerhafte Sicherung der Mutterquartiere und Sortensammlungen des ehemaligen Forschungsinstitutes für schnellwachsende Baumarten durch Überführung auf Flächen des Landesbetriebes Landwirtschaft Hessen. Sortenpflege durch Nutzung von Netzwerkstrukturen auf europäischer Ebene. Koordination am Kompetenzzentrum HessenRohstoffe (HeRO) e. V. Kontinuierliche Sammlung neuer, leistungsstarker Sorten und deren Test auf Anbaueignung in Deutschland im Landwirtschaftszentrum Eichhof. Teilhabe am Züchtungsfortschritt auf internationaler Ebene. Zulassung neuer Sorten nach den Bestimmungen des Forstvermehrungsgutgesetzes in Kooperation mit der Landesanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg - Vorpommern. 2. Ergebnisse 2.1 Boden Die Versuchsfläche zeichnet sich durch zwei wesentliche Bodentypen aus, der Gley-Vega und der Gley-Braunerde. Parallel zur Fulda bildete sich eine Gley-Vega aus. Diese zeigt typischerweise ein aah/am/(iialc/)(ii)ag - Profil (40-80 cm) und weist im Oberboden hauptsächlich lehmigen Sand auf, im flussfernen Bereich ist sandiger Lehm zu finden. Die Profilentwicklung wird durch hohe Grundwasserstände beeinflusst. Aufgrund des geringen Grundwassereinflusses durch Drainage können diese Böden auch als Acker genutzt werden. Die Gley-Vega ist in der Regel mitteltief durchwurzelt, die Durchlüftung des Bodens ist vom Wasserstand abhängig. Einen zweiten Bodentyp stellt die Gley-Braunerde dar, die sich entlang der Westgrenze der Gley-Vega anschließt. Die typische Gley- Braunerde zeigt ein Ah/Bv/(Bv-Go,Go-Bv/)Go/Gr-Profil mit einer Tiefe von cm. Im Oberboden zeigt dieser Bodentyp deutliche Merkmale der Braunerde. Die Versuchsfläche wurde im Frühjahr 2006 bei Flächenanlage auf den Stickstoff- beziehungsweise den Nitratgehalt beprobt. In Tabelle 77

84 1 sind die Analysewerte dargestellt. Die Gehalte liegen im Durchschnitt bei 52 kg N/ha (0-30 cm), 34 kg N/ha (30-60 cm) und 16 kg N/ha (60-90 cm). Tab. 1: Nitratgehalte der Versuchsfläche Schicht NO 3 -N Block A Block B Block C 0-30 cm 1,11 mg N/100 g 47 kg N/ha cm 0,80 mg N/100 g 34 kg N/ha cm 0,49 mg N/100 g 21 kg N/ha 0-30 cm 1,35 mg N/100 g 57 kg N/ha cm 0,60 mg N/100 g 25 kg N/ha cm 0,26 mg N/100 g 11 kg N/ha 0-30 cm 1,24 mg N/100 g 52 kg N/ha cm 0,99 mg N/100 g 42 kg N/ha cm 0,36 mg N/100 g 15 kg N/ha 2.2 Verlauf der Arbeiten Anfang Mai 2006 wurde die ursprüngliche Anlage mit 66 verschiedenen Klonen angepflanzt (Abb. 1 u.2). Pflanzenschutzmaßahmen, Bonituren sowie Bodenprobenahmen wurden ab dem Frühjahr 2006 durchgeführt. Nach Auswertung der Zuwachs- und Rostbonituren des ersten Versuchsjahres wurde die Zahl der in die Endauswertung eingehenden Prüfglieder von zunächst 66 auf 55 reduziert. Der Kernversuch, bestehend aus 55 Klonen in 9x8 m großen Parzellen in 3 Wiederholungen ist in Abbildung 3 dargestellt. Zur Vermeidung von Randeffekten wurden jeweils die inneren 48 Pflanzen einer Parzelle bonitiert. Der Abstand innerhalb der Pflanzreihen beträgt 0,4 m bei einem Reihenabstand von 1,8 m, der die spätere Kulturpflege und Beerntung der Anlage gewährleistet. Abb.1: Pflanzung Abb. 2: Pflanzmaterial 78

85 ,6 67,2 58,8 50, ,6 25,2 16,8 8,4 lfm 217/75 (4) 218/75 (2) 217/75 (8) 217/75 (2) 216/75(6) 214/75 (1) 213/75 (4) 45/72 (6) 45/72 (2) 118/74 77/ /85 (49) 10/85 (27) 10/85 (21) 10/85 (11) 10/85 (9) 10/85 (8) 10/85 (7) 10/85 (5) 7/83 16/82 Delta 218/75 (8) a 23/85 (1) 20/85 (8) 20/85 (6) 20/85 (5) 20/85 (2) 18/85 (5) 13/85 (8) 13/85 (5) 11/85 (7) 11/85 (4) 10/85 (53) /86 (64) 2/86 (30) 1/86 (27) 1/86 (23) 24/85 (29) 24/85 (15) 24/85 (12) 24/85 (7) 24/85 (5) 21/85 (8) 21/85 (3) Isieres Max 4 Max 3 Max 2 Max (66) Kam.17/74 Weser 6 18/79 Trich. 2/86 (140) 2/86 (138) Weg 48 10/85 (7) 24/85 (29) Kam.17/74 2/86 (138) 13/85 (8) 7/83 213/75 (4) 217/75 (4) 24/85 (15) 10/85 (8) 11/85 (7) /85 (5) 118/74 21/85 (8) 218/75 (2) Max 3 18/85 (5) Max 4 23/85 (1) 10/85 (27) 2/86 (30) 216/75(6) b 10/85 (5) 18/79 Trich. 214/75 (1) Isieres Weser 6 10/85 (21) 77/56 24/85 (12) 1/86 (23) 10/85 (53) 20/85 (8) /75 (2) 24/85 (7) 13/85 (5) (66) 16/82 Delta 21/85 (3) 2/86 (64) 20/85 (2) 10/85 (9) 45/72 (6) Max /85 (4) 20/85 (6) 1/86 (27) 10/85 (11) 45/72 (2) 2/86 (140) 10/85 (49) Max 1 217/75 (8) 24/85 (5) 218/75 (8) Weg Kam.17/74 11/85 (4) 20/85 (5) 45/72 (6) 18/79 Trich. 10/85 (21) 21/85 (3) 10/85 (7) (66) 10/85 (53) 96, ,9 24/85 (5) 218/75 (8) 13/85 (5) 10/85 (8) 24/85 (29) 118/74 Max 2 20/85 (6) 218/75 (2) /75(6) 16/82 Delta 24/85 (7) 20/85 (2) 217/75 (4) 2/86 (140) 10/85 (11) 1/86 (23) /86 (27) 20/85 (8) 214/75 (1) Isieres 18/85 (5) Max 3 213/75 (4) c 77/56 10/85 (27) 11/85 (7) 10/85 (49) Max 4 10/85 (5) 24/85 (12) /85 (15) 217/75 (8) Max 1 21/85 (8) 217/75 (2) Weser 6 7/ /85 (1) 2/86 (138) 10/85 (9) 2/86 (64) 13/85 (8) 45/72 (2) 2/86 (30) Abb. 3: Aufbau des Versuchsfeldes 79

86 Abb. 4: Sortenversuch Ende Mai 2007 Abb. 5: Sortenversuch Ende August 2007 Abb. 6: Vergleich ein- und zweijährige Pappeln Abb. 7: Sortenversuch November Zuwachsentwicklung Nach der Pflanzung im März wurde die Austriebsbonitur durchgeführt. Dabei war eine Ausfallrate von insgesamt 16,6 % und dementsprechend eine Anwuchsrate von 83,4 % zu verzeichnen (Abbildung 8). 80

87 Anwuchs in % Anwuchs Ausfall Prüfglied Abb.8: Anwuchs und Ausfall 2007 Die zweite Bonitur des Höhenzuwachses wurde im August durchgeführt. Aufgenommen wurden dabei die Höhe des Haupttriebes, die Anzahl der Triebe und zusätzlich mögliche Mähschäden durch das Mulchen der Fläche sowie Leerstellen registriert. Die Ausfallrate lag hier bei 20,7 %, die Anwuchs- beziehungsweise Überlebensrate bei 79,3 %. Auch hier zeichneten sich die Klone Max 2-4 durch die stärksten Höhenzuwächse aus (Abbildung 9) Höhe in cm Prüfglied Abb.9: Höhenverteilung im August Bonitur des Blattrostbefalls Der Rostbefall der ein- und zweijährigen Pappeln wurde im September 2006 sowie im Oktober 2007 bonitiert. Beispiele für unterschiedlich starken Rostbefall sind in den Abbildungen 10 und 11 dargestellt. Abbildung 12 zeigt den Rostbefall für den Versuch 2006 und 2007 im Vergleich. Der stärkste Befall tritt bei den Prüfgliedern 13 (16/83 Delta) und 14 (17/73 Barn) auf. 23 Prüfglieder zeigen kei- 81

88 nen Befall. In Abbildung 12 ist der Rostbefall für das Jahr 2007 dargestellt. Dabei weisen hier ebenfalls die Prüfglieder 13 (16/82 Delta) sowie 14 (7/83 Weseraue) den stärksten Befall auf. In diesem Versuch zeigen 8 Prüfglieder keinen Rostbefall. Abb. 10: Mittlerer Rostbefall (Stufe 1) Abb.11: Starker Rostbefall (Stufe 3) Beim Vergleich der beiden Jahrgänge wird erkennbar, dass der Befall im Versuch 2007 bei 60 % der Prüfglieder niedriger ausfällt als im Versuch Bei 25 % der Klone stieg der Befall gegenüber 2, , Rostbefall 1,5 1,0 0,5 0, Prüfglied Abb. 12: Blattrostbefall 2006 und an. Acht Prüfglieder zeigen in beiden Untersuchungszeiträumen keinen Rostbefall. Offenkundig bot der trocken warme Sommer günstigere Wachstumsbedingungen für den Blattrostpilz als das kühl-feuchte Jahr 2007, das vor allem in der zweiten Jahreshälfte zu kalt und zu nass war. Für beide Jahre wurde eine Korrelationsanalyse zwischen dem Rostbefall und der Höhe durchgeführt. Bei bei- 82

89 den Jahrgängen besteht jedoch kein Zusammenhang zwischen diesen Parametern. Zu erkennen war jedoch, dass der Rostbefall in der ersten Wiederholung zumeist am höchsten ausfiel. 2.5 Erweiterung der Sortenbasis Im Rahmen der Antragstellung zur Einführung neuer Pappelklone zum Anbau nach Maßgabe der gesetzlichen Bestimmungen wurde eine Varianzanalyse der Wuchshöhen durchgeführt. Dabei wurden 14 Prüfglieder identifiziert, die in mindestens 50 % der Fälle signifikant höher als die übrigen Pflanzen waren (Tab.2). Tab.2: Ausgewählte Prüfglieder für die separate Auswertung Prüfglied-Nr. Bezeichnung/Klonname 15 10/85 (5) 16 10/85 (7) 18 10/85 (9) 20 10/85 (21) Matrix /85 (7) 28 18/85 (5) 29 20/85 (2) 31 20/85 (6) 32 20/85 (8) 34 21/85 (3) 41 1/86 (23) 44 2/86 (64) 53 Max 3 54 Max 4 In den Abbildungen 13 u. 14 sind die Höhenverteilungen sowie der Höhenzuwachs der 14 Prüfglieder dargestellt. Die Pflanzen in Wiederholung c sind signifikant höher als in den Wiederholungen 83

90 Blöcken a (durchschnittlich 21cm höher) und b (durchschnittlich 47 cm höher). Die Pflanzen in Wiederholung b weisen jeweils die geringsten Höhen auf. Ein Grund hierfür können die unterschiedlichen Bodentypen auf der Versuchsfläche sein (Gley-Braunerde und Gley-Vega). Höhen und Durchmesser 14 Prüfglieder 300 3, ,5 Höhe (cm) ,0 1,5 1,0 Durchmesser (cm) 50 0,5 0 10/85 (5) 10/85 (7) 10/85 (9) 10/85 (21) Matrix 11/85 (7) 18/85 (5) 20/85 (2) Höhe 20/85 (6) 20/85 (8) 21/85 (3) 1/86 (23) 2/86 (64) Max 3 Max 4 0,0 Basisdurchmesser Abb. 13: Höhenverteilung November 2007 Da sich die Wiederholung c im Bereich der Gley-Vega befindet, die einen höheren Sandanteil aufweist, könnten die höheren Wuchsleistungen darauf zurückzuführen sein, dass der Boden dort besser durchwurzelbar ist. Die stärksten Durchmesser wiesen 10/85 (21) Matrix und 18/85(5) auf. Höhenzuwachs 14 Prüfglieder Höhe in cm Mai August November /85 (5) 10/85 (7) 10/85 (9) 10/85 (21) Matrix 11/85 (7) 18/85 (5) 20/85 (2) 20/85 (6) 20/85 (8) 21/85 (3) 1/86 (23) 2/86 (64) Max 3 Max 4 Prüfglied Abb. 14: Höhenzuwachs im Versuch

91 Der Höhenzuwachs aller Prüfglieder seit dem Austrieb beträgt durchschnittlich 92 %. Der stärkste Zuwachs der 14 Prüfglieder ist bei den Klonen 10/85 (21) Matrix, 11/85 (7) und 18/85 (5) zu verzeichnen. Die Überlebensrate aller 55 Prüfglieder liegt bei 78 %, die der 14 Prüfglieder bei 83 % (Abbildung 15). Überlebensraten im Versuch Überlebensrate in % /85 (5) 10/85 (7) 10/85 (9) 10/85 (21) Matrix 11/85 (7) 18/85 (5) 20/85 (2) 20/85 (6) 20/85 (8) 21/85 (3) 1/86 (23) 2/86 (64) Max 3 Max 4 Prüfglied Abb. 15: Überlebensrate im Versuch 2007 Zusätzlich zum Sortenversuch 2007 wurden die Zuwachsdaten der zweijährigen Pappeln des Versuches 2006 ausgewertet. Aufgenommen wurden hier die Wuchshöhen, die Anzahl der Triebe sowie der Brusthöhendurchmesser. Die durchschnittliche Höhe der einzelnen Klone beträgt 490 cm. Die höchsten Pflanzen weisen die Klone 10/85 (27) und 20/85 (8) mit durchschnittlich 620 beziehungsweise 583 cm auf (Abbildung 16). Das Maximum der gemessenen Höhen beträgt 671 cm (10/85 (27)). Die stärksten Durchmesser traten hierbei ebenfalls bei den Klonen 10/85 (27) und 20/85 (8) auf (4,7 und 4,6 cm). Der mittlere Durchmesser aller Prüfglieder beträgt 3,9 cm , ,0 Höhe in cm ,0 3,0 2,0 Durchmesser in cm 100 1,0 0 0,0 Isieres 16/82 Delta 118/74 20/85 (8) 11/85 (3) 213/75 (4) 10/85 (7) 217/75 (2) 45/72 (6) 10/85 (27) 20/85 (6) 18/73 Donk Höhe Basisdurchmesser Abb. 16: Wuchshöhen von 12 Klonen im Versuch

92 3. Zusammenfassung Im Frühjahr 2006 wurde am Landwirtschaftszentrum Eichhof auf einem Auenstandort eine Pappelsortenprüfung mit Steckholzmaterial aus den Quartieren des ehemaligen Forschungsinstituts für schnell wachsende Baumarten in Hann. Münden angelegt. Diese Kreuzungsnachkommenschaften aus Züchtungsprogrammen des Instituts hatten bereits in früheren Versuchsanlagen ein überwiegend überdurchschnittliches Wuchspotenzial gezeigt. Für die Auswertung der Zuwachsleistungen verschiedener Pappelsorten wurden Daten aus verschiedenen Standorten (Wildeshausen und Wachtum) herangezogen und vergleichend aus-gewertet. Dabei wurden 10 Sorten ausgewählt und auf die unterschiedlichen Wuchsleistungen hin verglichen. Erkennbar war dabei, dass die angebauten Sorten am Eichhof vor allem in Bezug auf den Höhenzuwachs stets gute Wuchsleistungen aufwiesen und zum Teil über denen der Vergleichsstandorte lagen. Die am Standort Eichhof identifizierten 14 Klone, die sich durch ein außergewöhnlich starkes Wachstum auszeichneten, wiesen im ersten Jahr zum Teil Höhen von über 3 m auf. Mit Ausnahme weniger Sorten weist der Bestand eine generell hohe Rostresistenz auf. Insgesamt war festzustellen, dass die Wuchsleistungen eines Großteils der Klone überdurchschnittlich waren. Der Versuch wird künftig in Eigenregie des Landesbetriebs Landwirtschaft Hessen weitergeführt. 4. Literatur [1] Puffe, D. u. Zerr W. (1986): Grundwasserqualität bei intensiver Düngung und Nutzung von Böden mit unterschiedlichen hydrologischen Eigenschaften. Eichhof Berichte Reihe A Heft 9 [2] Laemmlein, M.(1967): Erläuterungen zur Geologischen Karte von Hessen" 1: Blatt Nr Bad Hersfeld, Wiesbaden, 2.Auflage. Hess. Landesamt für Bodenforschung (Hrsg.). [3] Boelcke, B. (2007): Zur Sortenfrage im Anbauverfahren schnellwachsende Baumarten im Kurzumtrieb unter besonderer Beachtung der Pappeln. Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei Mecklenburg-Vorpommern (Hrsg.). 5. Danksagung Mit der finanziellen Förderung des Vorhabens durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. wurde über die Sicherung wertvollen genetischen Ausgangsmaterials hinaus die Kontinuität der Kurzumtriebsforschung in Deutschland gewährleistet. Dafür gebührt der FNR unser besonderer Dank. Frau Dr. Boelcke danken wir für die gute Zusammenarbeit und den fachlichen Input. Alle, die am Eichhof tatkräftig zur Umsetzung des Projektes beigetragen haben, seien ebenfalls mit unserem Dank bedacht. Der Leiter des Landwirtschaftszentrums Eichhof, Herr Klaus Reinhard hatte das zunächst neue Tätigkeitsfeld bei sich im Hause und gegenüber der Politik zu vertreten. Er hat für hervorragende Arbeitsbedingungen gesorgt und war stets am Fortgang der Arbeiten interessiert. Es ist deshalb maßgeblich ihm zu verdanken, dass das Vorhaben zu einem Erfolg werden konnte, der über die Projektlaufzeit hinaus Bestand hat. 86

93 Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen und geeigneten Winterweizensorten für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen Jutta Ahlemeyer, Lothar Behle-Schalk und Wolfgang Friedt Lehrstuhl für Pflanzenzüchtung & Lehr- und Versuchbetrieb Rauischholzhausen Justus-Liebig-Universität Giessen 1. Einleitung und Zielsetzung Das vorliegende Projekt verfolgt zwei verschiedene und sich gegenseitig ergänzende Ziele: Einerseits geht es um die genetische Charakterisierung von Winterweizensorten, deren Bewertung für die Biomassegewinnung und die Identifizierung geeigneter Genotypen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen. Andererseits verfolgen wir die Entwicklung und den Vergleich von optimierten Anbausystemen ( Systemversuch ), da auch für umweltverträgliche Biomasseproduktion geeignete Fruchtfolgesysteme notwendig sind. 2. Ergebnisse 2.1. Erfassung und Bewertung der Biomasseleistung von Winterweizen In den Vegetationsperioden 2005/2006 sowie 2006/2007 wurden 60 aktuelle Winterweizen-Sorten und Zuchtstämme (siehe ANNEX) hinsichtlich ihres Biomasseertrags an den Standorten Rauischholzhausen (Ebsdorfergrund) und Giessen in Leistungsprüfungen getestet. Parallel dazu wurden Untersuchungen der Biogaserträge und damit assoziierter Parameter von den im Versuchsjahr 87

94 2005/2006 erstellten Silageproben durchgeführt. Mit ausgewählten, ertragreichen Sorten wurden Kreuzungen erstellt und F2-Nachkommenschaften bzw. DH-Populationen produziert. Für eine künftige markergestützte Selektion wurde das Untersuchungssortiment mit einem umfangreichen, das Genom abdeckenden Set von SSR-Markern gescreent und erste Assoziationen von SSR-Markern mit ertragsrelevanten Merkmalen gefunden Ermittlung der Biomasseleistung Die Biomasseleistung und deren Komponenten wurden in Leistungsprüfungen am Lehr- und Versuchbetrieb Rauischholzhausen und der Forschungsstation Giessen ermittelt. Die Versuche wurden als Alpha-Gitter mit drei Wiederholungen angelegt. Wesentliche Standortparameter finden sich in der folgenden Tabelle 1; weitere Details können auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden Tab. 1: Wesentliche Charakteristika der Versuchsstandorte Giessen und Rauischholzhausen Giessen (GI) Rauischholzhausen (RH) Höhenlage 158 m 225 m Niederschlag 650 mm 602 mm Temperatur 9,0 C 8,4 C Bodentyp brauner Aueboden Parabraunerde aus Löß Ackerzahl N-Düngung 100 kg/ha 190 kg/ha Entsprechend dem Versuchsdesign wurden die erhobenen Daten mit Hilfe des Softwarepakets SAS (Prozedur MIXED) verrechnet. Für jeden Genotyp wurden die standortspezifischen Randmittel von Frischmasse- und Trockenmasse-Ertrag sowie Trockensubstanz-Gehalt geschätzt. Erwartungsgemäß war die durchschnittliche Ertragsleistung an dem fruchtbareren Standort Rauischholzhausen höher als in Giessen. Die mittleren Tockenmasseerträge in Rauischholzhausen variierten in den Untersuchungsjahren zwischen 159 und 170 dt/ha (Abb. 1) und in Giessen von 134 bis 154 dt/ha. 88

95 Ernte-Termin EC-Stadium TS-Gehalt [%] Abb. 1: Mittlere Trockenmasse(TM)-Erträge der 60 Winterweizensorten an den Standorten Giessen (GI) und Rauischholzhausen (RH); Erntejahre 2006 bis 2008 Dabei ist eine ausgeprägte genotyp-spezifische Streuung festzustellen (siehe Abb. 2). Ein Vergleich der Ergebnisse für die einzelnen Genotypen zeigt, dass einige Genotypen in beiden Jahren und an beiden Standorten besonders hohe Trockenmasse-Erträge erzielten, während andere Genotypen in allen Umwelten eine relativ schwache Leistung zeigten. So gehören die Sorten Lahertis (25) und Hycory (17) in allen Umwelten zu den ertragreichsten Genotypen, während Sorten wie Milvus (53) oder Glasgow (31) relativ geringe Erträge bringen. Allerdings existieren ausgeprägte Genotyp- Umwelt-Interaktionen, die sich letztendlich auch in einer mittleren Heritabilität des Trockenmasse- Ertrags (h² = 0,34) widerspiegeln Biogasleistung Zur Ermittlung von Biogas- und Methanerträgen wurde ein Teilsortiment von 33 Genotypen aus dem gesamten Untersuchungssortiment ausgewählt. Von jedem Teilstück wurde eine Probe konserviert (Silierung in Einmachgläsern) und beim LHL am Eichhof in Batch-Fermentern vergoren. Aufgrund des aufwändigen Analyse-Verfahrens liegen zum jetzigen Zeitpunkt nur die Ergebnisse der Ernte 2006 vor (siehe Abb. 3). 89