Miscanthus. M.Sc. Beate Formowitz TFZ, Sachgebiet Rohstoffpflanzen und Stoffflüsse. Vortrag im Rahmen des Masterstudiengangs Nachwachsende Rohstoffe

Transkript

1 M.Sc. Beate TFZ, Sachgebiet Rohstoffpflanzen und Stoffflüsse Miscanthus Vortrag im Rahmen des Masterstudiengangs Nachwachsende Rohstoffe Folie 1

2 Gliederung Vorstellung des TFZ Miscanthus Folie 2

3 (TFZ) Widmann Thuneke Emberger 08 L Wi 107 Folie 3

4 Ziele und Aufgaben des TFZ Anwendungsorientierte Forschung Rohstoffpflanzen und Stoffflüsse Biogene Festbrennstoffe Biogene Kraft-, Schmier- und Verfahrensstoffe Vollzug der Projektförderung in Bayern (Gesamtkonzept Nachwachsende Rohstoffe) Technologie- und Wissenstransfer, Widmann Folie 4 10 P Fo 012

5 SG P: Vorstellung einiger Projekte EVA: Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die Produktion von Energiepflanzen unter verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands Verschiedene Projekte zu Hirse: Ethanol aus Zuckerhirse Sorghumhirse als Energiepflanze FNR Hirseverbundvorhaben BMBF - Hirseprojekt Gärrestversuch Bayern Prüfung der langfristigen Nachhaltigkeit der Nutzungspfade Biogas und BtL 10 P F0 011 Folie 5

6 SG P: Vorstellung einiger Projekte Miscanthus: Langzeiterhebungen an Miscanthusbeständen 10 P F0 011 Folie 6

7 Gliederung Vorstellung des TFZ Miscanthus Herkunft und Botanik von Miscanthus Flächenentwicklung in Bayern Standortwahl und Ertragsstabilität Pflanzgutgewinnung und qualität Sortenwahl Verwendung von Miscanthus - Vergleich versch. Brennstoffe - Eignung als Biogassubstrat Zusammenfassung Folie 7

8 Herkunft und Botanik von Miscanthus Herkunft Ostasiatischer Raum (China, Korea, Japan) 1935 Der Däne Aksel Olsen führt Miscanthus von Japan nach Dänemark ein 09 P Fo 002 Folie 8

9 Ein paar botanische Fakten zu Miscanthus Gattung Süßgräser (Poaceae), Unterfamilie Bartgrasgewächse (Andropogonoideae) C4-Pflanze (effektive CO2-Ausnutzung) Bildet unterirdische Rhizome Horstiger Wuchs (wächst ringförmig auseinander) Fertile Varietäten (eher im Zierpflanzenbereich) Vermehrung über Samen und Teilung Miscanthus sinensis (Foto: LWG) 09 P Fo 076 Folie 9

10 Vorstellung von Miscanthus x giganteus Hoch ertragreicher, aber steriler Klon Hybrid aus M. sacchariflorus x M. sinensis 1980er Jahre nimmt Nutzung zu als Windschutzpflanze Holzersatz in Zellstoff- und Papierindustrie Energieträger Hohe Investitionskosten (ca. 0,17 je Rhizom = 1700 ha -1 bei 1 Pfl./m 2 ) Hohes Ertragspotential (bis zu 30 t ha -1 ) Nutzungsdauer Jahre 09 P Fo 004 Folie 10

11 Flächenentwicklung Miscanthus in Bayern ( ) 900 ha Anzahl ha ha ges. Fläche (Ø 1-1,22 ha/ Betrieb) Anzahl Betriebe Anzahl Feldstücke (Ø 0,74-0,85 ha/ Schlag) Jahre 09 P Fo 071 Folie 11

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13 M. x giganteus an zwei Standorten in Güntersleben Güntersleben Volkenschlag Ackerzahl 30 8 t TM je ha*jahr Güntersleben Kläranlage Ackerzahl 65 bis 25 t TM je ha*jahr Fotos: Eppel-Hotz, LWG 09 P Fo 073 Folie 13

14 Erträge von M. x giganteus (FS und Pu 75 kg N; Gü 100 kg N) 40 Freising (75 kg N ha -1 ) Puch (75 kg N ha -1 ) Güntersleben (100 kg N ha -1 ) t ha -1 Trockenmasse e-erträge n.e n.e n.e Aufwuchsjahre 09 P Fo 009 Folie 14

15 Trockenmasseerträge (Aufwuchs ) von M. x giganteus 40 Freising Kläranlage (Güntersleben) t ha Trockenm masse-ertrag N-Düngestufen 250 kg N 09 P Fo 017 Folie 15

16 Meristemkultur, in vitro Kultur u. Setzlinge von Miscanthus Meristemkultur, kein Miscanthus Quelle Foto: In vitro Kultur von Miscanthus Quelle Foto: Miscanthus Setzlinge Quelle Foto: 10 P Fo 001 Folie 16

17 Rhizomstücke - Makrovegetativ vermehrtes Pflanzgut Pflanzgut geerntet mit Kreiselegge oder Rotortiller Foto: Hr. Hayer, MBR Trier/Wittlich e.v. Handverlesene Rhizomstücke aus einzeln ausgegrabenen Mutterrhizomen für Versuchszwecke Foto: Sötz, TFZ 09 P Fo 025 Folie 17

18 In Paletten ausgetriebene Rhizomabschnitte im Gewächshaus 09 P Fo 034 Folie 18

19 Mutterrhizome verschiedener Altersklassen 2 Jahre 4 Jahre 7 Jahre 09 P Fo 023 Folie 19

20 Ausgetriebene Rhizomabschnitte je Alter des Mutterrhizoms Anteil ausgetrieb bener Rhizomabschnitte 100 % Alter MR: 2 Jahre Alter MR: 4 Jahre Alter MR: 7 Jahre T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7 T 8 T 9 T 10 Termin 09 P Fo 031 Folie 20

21 Sprosslänge ausgetriebener Rhizomabschnitte Jahre mm Spr rosslänge Alter Mutterrhizom: 7 Jahre 2 Wochen mm Wochen 4 Wochen 7 Wochen 9 Wochen 12 Wochen nach Pflanzung jährig außen 2-jährig außen 2-/mehrjährig innen Lage im Mutterrhizom 09 P Fo 033 Folie 21

22 Trockenmasseerträge (Ø ) in Freising je Sorte Goliath 14 t ha -1 Giganteus 28 t ha -1 Gracillimus 12 t ha P Fo 013 Folie 22

23 Ernte (Fotos: LWG) Im Herbst Nährstoffverlagerung von oberirdischer Biomasse ins Rhizom Blattabwurf (Nährstoffrückführung in den Boden) und Abtrocknen über Winter Erntefenster in der Regel März bis Mai (hoher Trockensubstanzgehalt) 09 P Fo 074 Folie 23

24 Funktionen eines Miscanthus-Bestands (Fotos: LWG) Ganzjähriger Bewuchs bietet Schutz vor Bodenerosion Pflanzenschutz maximal in ersten 2 Jahren nötig, Düngung gering, Bodenruhe über 20 Jahre geringe Emissionen, Grundwasserschutz Fast ganzjähriger Schutz bzw. Rückzugsmöglichkeit für Wildtiere 10 P Fo 002 Folie 24

25 Anzahl Käfer- u. Spinnenarten in Miscanthus, Mais und Schilf 120 Miscanthus Mais Schilf 80 Arten nzahlen P Fo Folie 25 Käfer Spinnen Gesamt Käfer Spinnen Gesamt Differentialarten

26 Verwertungsmöglichkeit: Miscanthus Dachbedeckung (Japan) Quelle Foto: University of Illinois and Energy Biosciences Institute 10 P Fo 004 Folie 26

27 Verwertungsmöglichkeiten von Miscanthus (Fotos: LWG, TFZ) Pellets oder Briketts Mulchmaterial Erste Patente als Baustoff Foto: Hr. Hayer, MBR Trier Festbrennstoff Kunststoffersatz Tiereinstreu 09 P Fo 075 Folie 27

28 Heizwert und Ascheerweichung verschiedener Brennstoffe 20 MJ kg -1 TM Heiz zwert Heizwert Ascheerweichung Fichtenholz Miscanthus Weizenstroh Brennstoffe 1600 C Ascheer rweichung 10 P Fo 005 Folie 28

29 Kritische Inhaltstoffe verschiedener Brennstoffe 7 % TM 5 0,6 3,9 5,7 Fichtenholz Miscanthus Weizenstroh Ge ehalt ,72 0,13 1,01 0,7 0,1 0,5 0,02 0,22 0,15 0,01 0,08 0,19 "Asche" N K S Cl Kritische Inhaltstoffe 10 P Fo 006 Folie 29

30 Emissionen bei der Verbrennung von versch. Brennstoffen 800 mg Nm -3 CO Staub NO x Kleinfeuerungen % O 2 ) Emissionen in ( Holzpellets Buche Fichte Getreide (*) Miscanthus (#) 10 P Fo 007 Folie 30

31 Möglichkeiten bei der Verbrennung von Miscanthus 1. Anpassung des Brennstoffs an die Feuerung Verwendung von Zuschlagsstoffen (z.b. Branntkalk, Kaolin) Herstellung definierter Brennstoffmischungen (z. B. Hackschnitzel-Miscanthus-Gemisch) 2. Anpassung der Feuerung an den Brennstoff Begrenzung der Verbrennungstemperaturen im Glutbett kontinuierliches In-Bewegung-Halten von Brennstoff und Asche Reisinger Folie 31

32 Miscanthus als Biogassubstrat? - Übersicht Schnittzeitpunkte Wachstum normaler Schnittzeitpunkt Schnitt grüner Biomasse Schnittregime (Kontrolle) Anfangsschnitt ohne Datenerhebung zu Versuchsbeginn Ertragserhebung zu Beginn des Versuchs ohne Parzellenschärfe 09 P Fo 044 Folie 32

33 Versuchsfläche in Amselfing, Bayern Var. 3: Ernte Frj. 2006, 2007, 2008 Ertragssumme: 289 dt/ha Var. 1: Ernte Frj. + Aug. 06, Frj. 08 Ertragssumme: 251 dt/ha Var. 2: Ernte Frj. 06, Aug Ertragssumme: 212 dt/ha 09 P Fo 050 Folie 33

34 Zusammenfassung Qualität von Rhizomstücken als Pflanzgut hängt vom Alter der Bestände sowie der ursprünglichen Lage im Mutterrhizom ab Nutzungsdauer von mindestens 20 Jahren festgestellt, Ertragseinbruch noch nicht erkennbar Erträge bis zu 30 t TM ha -1 a -1 von Miscanthus x giganteus sind nur unter sehr guten Standortbedingungen möglich Miscanthus bietet eine Rückzugsmöglichkeit für viele Wildtiere (besonders im Winter) und ein Habitat für viele Insekten 10 P Fo 008 Folie 34

35 Zusammenfassung Die Emissionen an Stickoxiden sowie an korrosiven Abgaskomponenten (HCl, SO 2 ) werden im wesentlichen durch die Brennstoffzusammensetzung bestimmt. Kein Einsatz von Miscanthusbrennstoffen in konventionellen Hackschnitzel- oder Pelletfeuerungen! Die höheren Aschegehalte erfordern immer einen erhöhten Betreuungs- und Wartungsaufwand. Miscanthus x giganteus ist nicht als biogassubstratliefernde Kultur zu empfehlen, da eine Sommerernte der grünen Biomasse im August zu Ertragsdepressionen führt 10 P Fo 008 Folie 35

36 2009 in der TFZ Schriftenreihe erschienen 09 P Fo 077 Folie 36 Download:

37 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Noch irgendwelche Fragen? 09 P Fo 048 Folie 37

38 Verwertungsmöglichkeiten von M. x giganteus Stoffliche Verwertung Energetische Verwertung Weitere Anwendung Kunststoffersatz Baumaterial Ölbindemittel Mulchmaterial Tiereinstreu Langstroh, Kurzstroh, Ballen, Pellets, Taler Mischung Kraft-Wärme- Kopplung Groß- und Kleinfeuerungsanlagen Holzhackschnitzel Miscanthusflächen als Pufferzonen Lebensraum und Schutz für Wildtiere Jagdfläche Org. Dünger Biogas LCB-Ethanol BTL Strom Wärme Kraft, Fritz 09 P Fo 042 Folie 38

39 Schütt-/Stapeldichte und Öläquivalente versch. Brennstoffe Brennstoff Schüttdichte/ Stapeldichte Öläquivalente (kg Brennstoff l -1 OE) Öläquivalente (l Brennstoff l -1 OE) Heizöl 0,84 kg l -1 0,84 1,00 Holzpellets ÖNORM M7135 (w = 10 %) Getreide Ganzpfl. (w = 15 %) Miscanthus (w = 15 %) 664 kg m -3 2,15 3, kg m -3 2,53 16, kg m -3 2,45 22,30 10 P Fo 009 Folie 39

40 Versuchsaufbau unter kontrollierten Bedingungen Alter Mutterrhizom 2 Jahre 4 Jahre 7 Jahre Lage im Mutterrhizom Wiederholungen außen 1-jährig außen 1-jährig außen 1-jährig außen 2-jährig außen 2-jährig außen 2-jährig innen 2-jährig innen mehrjährig innen mehrjährig Je Alter im Mutterrhizom Je Lage im Mutterrhizom P Fo 024 Folie 40

41 Anzahl Augen je Alter (Jahre) von und Lage im Mutterrhizom 8 kleine Augen 5 mm große Augen > 5 mm 16 Anza ahl Augen Durchmesser 1-jährig 2-jährig 2-jährig 1-jährig 2-jährig mehrjährig 1-jährig 2-jährig mehrjährig außen außen innen außen außen innen außen außen innen 2 4 Alter (Jahre) von und Lage im Mutterrhizom 7 mm Durchmesser Rhizomabschnitt 09 P Fo 030 Folie 41

42 Anteil ausgetriebener Rhizomabschnitte bei letzter Bonitur Anteil ausgetrieben ner Rhizomabschnitte 100 % Zählung bei T10 1-jährig 2-jährig 2-jährig 1-jährig 2-jährig mehrjährig 1-jährig 2-jährig mehrjährig außen außen innen außen außen innen außen außen innen Jahre Alter von und Lage im Mutterrhizom 09 P Fo 038 Folie 42

43 Wurzelbildung der Rhizomabschnitte je Alter und Lage MR 100 % mit Wurzelbildung Rhizomabschnitte % Alter Mutterrhizom: 4 Jahre Alter Mutterrhizom: 7 Jahre 2 Wochen 3 Wochen 4 Wochen 7 Wochen 9 Wochen 12 Wochen nach Pflanzung 1-jährig außen 2-jährig außen 2-/mehrjährig innen Lage im Mutterrhizom 09 P Fo 032 Folie 43

44 Versuchsaufbau der Langzeiterhebungen Standorte Freising Puch Güntersleben Pflanzjahr Sorten Giganteus Goliath Gracillimus Giganteus Goliath Gracillimus Giganteus N-Stufen [kg ha -1 ] Einheitliche Düngung im Frühjahr mit 10 kg P 2 O 5 ha -1 und 100 kg K 2 O ha P Fo 007 Folie 44

45 Nährstoffgehalte im Erntegut von M. x giganteus in Freising Elementgehalte [% TM] Ort Düngung [kg N ha -1 ] Material N P K Mg S Ca C 0 gesamt 0,30 0,11 0,35 0,04 0,06 0, ,24 0,11 0,31 0,05 0,08 0,10 48 Freising 150 0,35 0,04 0,42 0,07 0,07 0, Blätter 0,56 0,06 0,21 0,09 0,09 0, ,61 0,05 0,28 0,09 0,09 0, ,74 0,06 0,55 0,12 0,09 0, P Fo 020 Folie 45

46 Trockenmasseertäge je Ernte sowie die Summe aller Erträge früher Erntetermin regulärer Erntetermin Schnittzeitva arianten dt ha Trockenmasse-Ertrag 09 P Fo 046 Folie 46

47 Pflanzenhöhe je Schnittregime 350 cm Var. 1 Var. 2 Var. 3 (Kontrolle) 250 Wuc chshöhe Okt Mrz Jun Jul Aug Okt Nov Jun Prüfzeitpunkte 09 P Fo 045 Folie 47