Energiepflanzenanbau für BTL-Prozesse

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1 Ethanolanlage Zeitz RMEAnlage RudolstadtSchwarza Energiepflanzenanbau für BTLProzesse BTLAnlage CHOREN Freiberg Dr. Armin Vetter, Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft Vom Landwirt zum Endprodukt Raps Getreide Zuckerrübe Mais Sudangras GPGetreide Waldrestholz Stroh Energieholz Kraftstoffe 1. Generation Biogas Strom Strom Kraftstoffe 2. Generation Wärme P r e i s f ü r f o s s i l e E n e r g i e t r ä g e r Beimischungszwang (Steuerbefreiung) Beimischungszwang EEG EEG! Steuerbefreiung 1

2 Flächennutzung und Einzugsbereiche der Standorte Nord (Heilbronn) und Süd (Sigmaringen) für eine BTLAnlage (Leible u.a., 2005) Stroh Holz Schematische Darstellung der Bereitstellungsketten für BtLKraftstoffe ackerständige halmgutartige Energiepflanzen Stroh (>80 %TS) Schnellwachsende Baumarten Waldrestholz einjährig Ganzpflanzegetreide, Mais, Zuckerhirse mehrjährig Miscanthus,Topinambur, Luzerne, Kleegras Fällen (>50 TS) Rücken Häckseln (35 % TS) Mähen (>80 % TS) Silierung Pressen Pressen Zwischenlager Zwischenlager Lagerung Lagerung Abpressung des Silosaftes (Pelletierung?) (Pelletierung?) Hacken Hacken Saft (Pelletierung?) Biogasanlage V e r g a s u n g s a n l a g e 2

3 Anforderungen an die Biomasse am Eintragstrichter des thermischen Systems aus qualitativer Sicht FZK/FE Güssing/TU Wien CHOREN ArtFuel Zerkleinerung (mm) im Millimeterbereich 2 bis 150 max. 120 * 50 * 30 50, max. 200 Wassergehalt (Gew.%) bis bis 20, max Aschegehalt (Gew.%) 1 < 6 Acheschmelzpunkt ( C) 950 C k. A. 850 Gehalt an Cl, S, N k. A. Gehalt an Erd + Alkali k. A. Gehalt an Phosphor k. A. sonstige Einschränkungen keine Knoten in der Biomasse evtl. SiGehalt, noch offen keine faserigen Materialien wie Altpapier oder Textilien, keine Späne sonstige Möglichkeiten kohlenstoffhaltige Suspensionen und Flüssigkeiten kohlenstoffhaltige Suspensionen und Flüssigkeiten Bemerkungen Konzipiert für schwierige Biomassen wie Stroh solange der minimale Ascheschmelzpunkt in der Mischung überschritten bleibt Ca und MgOGehalt möglichst hoch Eignung des Verfahrens bisher nur für Holz nachgewiesen solange der minimale Ascheschmelzpunkt in der Mischung überschritten bleibt Ca und MgOGehalt möglichst hoch (Quelle: CUTEC 2006) Vergleich der Ascheschmelzpunkte naturbelassener biogener Festbrennstoffe (Quelle: Hering 2005; Hartmann 2000) 3

4 Selbstversorgungsgrad Getreide Deutschland in % 2000/ / /2005 Weizen Roggen Futter und Industriegetreide Stroherträge (berechnet auf Erntejahr 2004) Art t PJ bez. auf TM Getreidestroh Körnermaisstroh Rapsstroh Summe Energetische Verw. % Quelle: Situationsbericht 2005, DBV Stroh t PJ bez. auf TM Getreide + Raps zum Vergleich: Holznutzung in Deutschland ,3 % des PEV 333 PJ ca. 21 Mio. t TM Holz Quelle: AG Erneuerbare Energien, Statistik, BMU 2006 PJ CFlüsse in einem landwirtschaftlichen Betrieb mit Bereitstellung von Rohstoffen zur Kraftstoffherstellung (ergänzt nach Engels HU Berlin, 2006) Ausscheidung Kraftstoff Nahrung Klärschlammverbrennung Klärschlammausbringung TLL Jena A. VETTER,

5 Energiepflanzenanbau in der Fruchtfolge Hauptfruchtstellung Winterzwischenfrucht/Zweitfrucht (Zweikulturnutzungssystem) Mehrj. Anbau Einzelfruchtart Mischkultur Winterzwischenfrucht Zweitfrucht Arten Sorten Energiemais Ganzpfl.getr. Sudangras Zuckerhirse Getreidekorn MaisSonnenbl. Ganzpfl.getr. Ganzpfl.getr. Getreide/Leguminosen Getreide/Leindotter Winterroggen Landsb. Gemenge Winterrübsen Wintererbse Mais Sudangras Sommerraps Sonnenblume Senf Artenmischung Kleegras Luzernegras Ackergras Durchw. Silphie Topinambur Weyrichknöterich Grün Orange Rot = traditionell = erprobt = neu Ausgangsstoffe für Biogas und BtLAnlagen (Feucht und Trockengutlinie) Biomassesyntheseanlagen Biogasanlagen (1 5 MW elektr, ) (10 25 Tt atro/a) BtLAnlagen (> 150 MW) (> 250 Tt atro/a) Hauptprodukte Mais Sudangras Topinambur Durchw. Silphie Klee/Luzernegras Ganzpfl.Getreide etc. Nebenprodukte Gülle Stallmist Sickersaft Hauptprodukte Energieholz Ganzpfl.Getreide Miscanthus Presskuchen Nebenprodukte Waldrestholz Industrieholz Stroh (Altholz) A b p r e s s u n g (Vetter, Biertümpfel 2005) 5

6 Trockengutlinie Ganzpflanzenerträge am Standort Dornburg 2006 in dt TM / ha 250 GPS Erträge VS Dornburg Wi.Gerste GP Wi.Triticale GP WiRoggen GP Wi.Weizen GP ( N + 60 kg N ) Wi.Weizen GP ( N + 90 kg N ) So.Hafer GP (Köhler, 2006) t TM/ha Trockenmasseerträge (t TM/ha) von Miscanthus sin. Giganteus auf verschiedenen Standorten (Mittel der Hauptertragsjahre) 30 Thüringen Sachsen Baden Württemberg Jahr Jahr Jahr * 5 0 (Werner, Vetter, 2006) Burkersdorf Kirchengel Gro ssenste in Friemar Rohrbach Zwenkau Methau Spro edau Kalkreuth Muellhe im Forchh eim Grissh eim * mit Beregnung 6

7 Jährlicher Zuwachs (dt TM/ha*a) bei Pappel in Deutschland Maximum Minimum BadenWürtt. Bayern Sachsen Thüringen Meckl.Vorp. Grissheim Beuerberg Methau I Dornburg Gülzow Langenwetzend. Bad Salzungen Umtrieb (Jahre): (Werner, Vetter 2005) Energieholz auf Ackerland (silvoarables System) Produktion von Nahrungsmitteln und Energie (Einkommenssicherung) Biotopverbund (Landschaftsschutz) Erosionsschutz (G. Breitschuh, 2005) 7

8 Einordnung von Agroforstsystemen leichte Böden Roggen mittlere Böden Gerste gute Böden Weizen AZ < 25 AZ AZ > 50 Plantagen Plantagen oder Agroforst Agroforst Feuchtgutlinie (Silagen) dt/ha Entwicklung der Frischmasseerträge (dt/ha OS) bei Silomais in den Jahren 1990 bis 2004 in Deutschland y = 1,9536x + 406,68 y = 0,4765x ,53x + 376,98 R 2 = 0,1902 R 2 = 0, Jahr OS in dt/ha Trend linear (dt/ha) Polynomisch (OS in dt/ha) (I. Schwabe, 2005) 8

9 Standortangepasste Anbausysteme für Energiepflanzen Ö K O N O M I E (UNIGießen) [Teilprojekt III] Ö K O L O G I E (ZALF) [Teilprojekt II] ZweikulturNutzungssystem [Teilprojekt VI] (UNIKassel) Optimierung Fruchtfolgeglieder (LSV etc.) Misch Acker Misch Acker Ackeranbafutteanbafuttefutter Misch. Misch. Misch. Entwicklung standortangepasster Anbausysteme für Energiepflanzen [Teilprojekt I] MV SN TH BY BW BB NS Minimierung Optimierung Boden PS Erntezeitpunkt Bearb. Düng. Zusatzbewässerung Silierung/Biogas [Teilprojekt V] [Teilprojekt IV] (FAL) (ATB) P R A X I S V E R S U C H E (Gödeke, Vetter 2005) 9

10 Regionen und Versuchsstandorte RapsCWeizenRegion FutterbauVeredlungsregion Standorte Teilprojekt 1 RoggenKartoffelRegion Standorte Teilprojekt 6 Teilprojekte 26 EWeizenRegion KörnermaisSonnenblumenRegion AckerfutterWintergerstenRegion der Vorgebirgslagen (Vetter, Gödeke 2006) Effektiver Wurzelraum und pflanzenverfügbarer Bodenwasservorrat in Abhängigkeit von Boden und Fruchtart nach Roth,Werner,Krumbiegel u. Wendling ( 1987 ) 0 20 Getreide Kartoffel Mais Ackergras, Ackerbohne Lupine Zucker Kleegras So.Zw.Frucht Luzernegras Luzerne rübe Rotklee Grünland Gruppe 1 (D1 a,d2 a) Gruppe * * Gruppe 3 60 Bodentiefe 80 in cm Gruppe Gruppe * pflanzenverfügbarer Bodenwassergesamtvorratin mm Gruppe 6 (D6 c, Lö1...Lö6, Körnungsart UL & lu) 10

11 dt TM/ha Zweitfruchtanbau Dornburg und Kirchengel 2005 HFMais Maibi, ZFMais Constantino, Sundangras Susu Haupt bzw. Nachfrucht Mais Winterzwischenfrucht 148,8 Sudangras Mais 165,1 103,6 Sudangras 139,4 134,3 101,0 121,0 84,3 Mais 146,2 77,0 Sudangras 107,6 127, ,6 79,3 69,5 62,6 79,3 79,3 27,1 24,7 0 Dbg. Kirch. Dbg. Kirch. Dbg.Kirch. Dbg. Kirch. Dbg. Kirch. Dbg. Kirch. WZF Futterroggen WZF Landsberger Gemenge (Biertümpfel, Gröber, 2006) Trockenmasseertrag Mais und Sudangras 250 Sudangras 2005 Mais 2005 Sudangras 2006 Mais 2006 Trockenmasseertrag (dt/ha) MV NS BB SN TH BY BW Standorte (Vetter, Nehring, 2006) 11

12 Zünsler am Sudangras 12

13 Notwendige Biomassepreise zur Erreichung der Rentabilitätsschwelle (Stand 06/2006) dt OS/ha t TM/ha Ertrag 65,0 70,0 35,0 12,0 13,5 15,0 18,0 9,0 7,6 6,8 2) Preis ( /dt/t) 8,9 10,4 21, ) 200,0 Kosten( /ha) ,0 157,0 Gewinn / ha 120,0 80,0 105,0 100,0 100,0 100,0 50,0 50,0 50,0 50,0 40,0 37,0 0,0 Wintergerste Winterweizen Winterraps Silomais / n. Ertrag Silomais / m. Ertrag Silomais / h. Ertrag 1) Silomais / sh. Ertrag 1) Wintergerste GPSilage Feldgras / AWS Energieholz / mit Lagerung (Vetter, Nehring, 2006) 1) nur Sortenleistung 2) 10 % Lagerungsverluste 3) inkl. 45 Energieprämie Zusammenfassung Erst nach Ausschöpfung der Potenziale an landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen Nebenprodukten werden Energiepflanzen für die BTLProduktion angebaut Zahlreiche Pflanzenarten für die Erzeugung von BTLKraftstoffen stehen zur Verfügung Begrenzende Faktoren für den Anbauumfang sind: Versorgungssicherheit mit Nahrungsmitteln (?) Fruchtfolgeaspekte (Ökologie) Humusbilanz (Nachhaltigkeit) Einordnung in das agrotechnische Regime Begrenzende Faktoren für die Ertragshöhe sind: Bodengüte Züchtungsfortschritt Wasserversorgung Begrenzende Faktoren für die tatsächliche Erzeugung sind: Abnahmegarantie Planungssicherheit für Dauerkulturen Investitionen in Technik und Lagerung Kosten und Erlöse bei der Rohstoffbereitstellung 13