Biogas aus Silomais. LwA Augsburg/Friedberg

Transkript

1 Biogas aus Silomais

2 Biogas aus NawaRos - Sachstand Politischer Biogasboom durch EEG (NawaRo-Zuschlag!) Hoher Entscheidungsdruck für Landwirte Überprüfungstermin 2007, Auflösung Investitionsstau Wartezeiten nehmen zu (Planer, LRA: Genehmigungen) Auflagen steigen Anlagekosten steigen; Förderung sinkt (AFP -> AZP) Konkurrenz um Pachtflächen und Mais Emotionalität steigt (Energiewirt <-> Kuhwirt) Selektive Wahrnehmung je nach Standpunkt Große Unsicherheiten (Technik, Sachkunde, GAP-Reform, Politik) Appell: Exakte Rechnung (Vorsichtsprinzip) im Einzelbetrieb! Planung auf Basis eigener/vertr. Flächen

3 Biogas aus Silomais - Fakten Sep. 04

4 Biogas aus Silomais Argumente Haupteinfluss Gasertrag: Trockenmassenertrag (TM) Hoher Flächenertrag -> höchste Gasertragsleistung/ha Schneller und großer Züchtungsfortschritt Vorhandene Produktionstechnik Hohe Arbeitseffizienz, bekannte Arbeitsverfahren Gute Silierfähigkeit Höchste Wassereffizienz (C4-Pflanze) Gute Ausnutzung der Vegetationsdauer 45 Energiepfl.-Zuschlag auf Nicht-Stilllegungsflächen Als Energiepflanze aber sehr bürokratisch (Verträge Raum-, Gewichtsmessung durch fachkundige Person etc.)

5 Biogas aus Silomais Grundlagen I Heizwerte: Methan: 10 kwh/m³ Biogas: 6 kwh/m³ 10-20% Verluste Heizwert (=Bruttoenergie) BHKW* 25-40% Strom % Wärme *Bruttowärme therm. Prozessenergie = verwendbare thermische Energie therm. Wirkungsgrad: 2/3 elektr. Wirkungsgrad: 1/3 (von 80 90%) Gasqualität: Kenngrößen: Methan- und Schwefelwasserstoffgehalt Kalkulierter Methangehalt: 55 65% Gasanalyse oft deutl. niedriger Schwefelwasserstoff (H 2 S Eiweiß) Altern des Motoröls Gasausbeute: Stark schwankend (TS bzw. ots; Fett, RP, KH)

6 Biogas aus Silomais Grundlagen II Maissilage-Gasausbeute: teigreif, mittl Kö., 28% TS wachsr., mittl Kö., 33% TS wachsr., Körnerr., 35% TS 154,5 mn³/t FMmit 52,1 % Methan 185,3 mn³/t FMmit 52,2 % Methan 201,5 mn³/t FMmit 52,3 % Methan Spezifisches Methanbildungsvermögen der Maissorten umstritten Menge und Verhältnis der Nährstoffkomponenten (v.a RP, Fett) Optimale Methanausbeute pro t FM: bei ca % TS Späterer Erntezeitpunkt: + 40% Methanertrag pro Hektar?? Maissilage-Bruttoenergie: kwh/ha (5,22 kwh/t x 185,3 mn³ x 50 t) Maisilage-Stromertrag: (ohne Zündöl) Strom-kW pro ha: 319 kwh/t FM (5,22 kwh/t x 0,3 x 185,3 mn³) 15,96 MWh/ha (50 t FM) 1,99 kw (50 t FM) 2,39 kw (60 t/ha) (Laufzeit 333 Tage, 24 h = 8000 h/a)

7 Biogas aus Silomais Grundlagen III Maissilage: TM-Erträge dt/ha FM dt/ha TS % Maissilage: Gasausbeute mn³/ha (154,5 185,3 201,5 mn³/t FM) FM dt/ha TS %

8 Biogas aus Silomais Grundlagen IV Maissilage: Bruttoenergie kwh/ha (5,22 kwh/mn³) FM dt/ha TS % Maissilage: Strom-kW/ha (33% elektr. Wirkungsgrad, h) FM dt/ha TS % 28 1,33 1,66 1,97 2,32 2, ,60 1,99 2,39 2,79 3, ,74 2,17 2,60 3,

9 Mindestverkaufspreis Biogas-Silomais Minde s tve rkaufs pre is für S ilomais (Fe s tkoste n) LwA Aug s burg/frie dbe rg 200 4/0 5 Grünmas s e (33 % TS ) dt/ha Arbeitsverfahren: Saat, Ernte mit Tro c ke nma s s e d t/ha SF-Häcksler und Festfahren über S ilora umbe da rf (Ve rdichtung... kg/tm m³) m³/ha Maschinenring m³ S ila ge mit Ge wichts gä rve rlus te n von ca. % E,d t/ha /E,d t /ha /ha /ha S a a tg ut 2,00 70,56 141, Entzug be i 500 dt/ha dt,kg/ha /kg,dt /ha S ticks to ff 190 0,68 129,2 ohne Wirtschaftsdünger P hos pha t 80 0,65 52,0 (Nährstoffwert abh. Bodengehalten Ka li 225 0,36 81,0 und Ausbringkosten) Düng ung ge s amt: l,kg/ha /l,kg /ha Me s uro l fl. 0,3 44,05 13,2 Lid o S c 3,5 22,40 78,4 Pflanze ns chutz g e s amt: variable Mas chine nkos te n lt. KTBL, ohne Saat und ernte Ma s chine nring/lohnunte rne hme r Saat 48 Hage lve rs iche rung: Ve rs s iche rungs s umme ,10 / 100 VS S UMME VARIABLE KOS TEN (ohne Ernte )

10 Mindestverkaufspreis Biogas-Silomais e ntgange ne r De ckungs be itra g (o hne Prämie ) Getreide/ Raps/ Körnermais - ev. Pacht Fläche nprämie (Diffe re nz) 0 0 Lohnans pruc h (Diffe re nz Ge tr./ra ps, K.mais ) 0 0 Diffe re nz Nährs to ffe 0 0 je nach Bodengehalten! Ris iko 0 0 Pre is s te he nd ab Fe ld pro ha Ma s chine nring/lohnunte rne hme r - Ernte Sf+ Radl., Transport zum Silo über MR variable S ilo kos te n (ohne Entnahme ) ,6 / cbm Fe s tkos te n Be rge raum 25 /m³ % bei 4% Afa, 3% Zinsan., 1% U Lohnans pruc h (S ilie rung, Entnahme ) / Akh Trans po rt zur Biogas a nla ge (MR-S atz) cbm; 40 / h, 10 km -0,75 h pro Fahrt Ris iko 5 % % der Kosten Gülle rücknahme / m³ (ev. abzgl. Nährstoffwert) Ge me inko s te nante il / ha (BfG etc.) Zins ans a tz Umlaufve rmöge n Zins 5%, ca. 1 Jahr v.k; 1/ 2 Jahr Ernte Finanzie rung s ans a tz (falls Be te iligung) 0 0 Afa+Zins/ 2 aus Hektareinlage Pre is e x Silo fre i Biog as anlag e pro ha Pre is e x Silo fre i Biog as anlag e pro t 30,2 28,1 o hne Gährung s ve rlus te! Pre is e x Silo fre i Biog as anlag e pro t 33,6 31,2 mit Gährung s ve rlus te! Pre is e x S ilo fre i Biogas anlage pro m³ 24,5 23,0 o hne Gährung s ve rlus te! Pre is e x S ilo fre i Biogas anlage pro m³ 27,2 25,5 mit Gährung s ve rlus te!

11 Maximale Bereitstellungskosten frei Biogasanlage (Neubau) 1) Gas mn³/t FM Methangehalt % Stromerlös2 ) /t FM Variable Kosten /t FM Bereitstellg.k. Festkosten /t FM /t FM Maissilage 28% TS 154,5 52, ,05 9,65 29,38 Maissilage 33% TS 185,3 52,2 60,19 12,48 10,33 37,37 Maissilage 35% TS 201,5 52,3 65,57 13,24 10,70 41,63 Grassilage alle Schn. 182,3 54,1 61,37 12,70 10,44 38,23 Rindergülle 21,0 55,0 7,19 5, ,59 Schweinegülle 20,4 60,0 7,62 5,10 6,78-4,27 Weizenkörner 598,2 52,8 196,53 31,74 19,59 145,19 Zuckerrübe 147,1 50,8 46,50 10,52 9,38 26,59 1) Nur Strom! 2) inkl. Zündölanteil Anlagenbeispiel siehe Tab. 10-9; Handreichung Biogasgewinnung, BMVEL 2004

12 Biogas aus NawaRos - Probleme

13 Maisanbau im Lkr. Augsburg ha Körnermais Silomais Stadt A: ca. 220 ha Betriebe Lkr.: ca LN Lkr: ca ha; Acker: ha 20% 10% Betriebe Stadt: ca. 25 LN Stadt: ca. Acker: ha

14 Biogas aus NawaRos - Probleme Derzeit noch viele unzureichende Daten/Erfahrungen zur Prozesskinetik zum Stoffverhalten über Substrateigenschaften über Erträge und ökonomische Auswirkungen Heterogene Untersuchungsergebnisse über potenzielle Gaserträge Untersuchungsmethoden bis heute nicht validiert (Kleinfermenter) Kaum Kenntnisse über optimale Mischrationen EDV-Expertensystem soll bis Ende 2005 erstellt werden Pflanzenbau, -züchtung bisher für Nahrungserzeugung optimiert Silierung, Lagerung Fruchtfolge (CC) Düngeverordnung (Nährstoffe bleiben im Gärsubstrat)

15 Spezielle Biogas-Maissorten Argumente Sorten mit sehr hohen Masseerträge Restpflanzenbetont! Ertragszusammensetzung (Stengel, Kolben, Blätter) untergeordnet Südländische Sorten, die spät reif werden -> sehr spätes Erreichen der generativen Phase = langes vegetatives Wachstum Blühbeginn Anfang September Späte Maishybriden können bis Ende Oktober vor Beginn der Körnerreife (28 30% TS, höhere Gasausbeute) geerntet werden Ziel: TM-Zuwächse um 100% bzw. auf 300 dt TM/ha!; Zeithorizont: 8 bis 10 Jahre (Aussage KWS) nur gute Standorte! derzeit 15% - 25% bzw dt TM/ha Probleme: Voraussetzung: Frosthärte, Standfestigkeit Beste Wasserversorgung Hohe Wärmesummen, keine Spät-, Frühfröste Keine extremen Siloreifezahlen

16 Biogas aus NawaRos - Folgerungen Biogas ist/kann rentabel sein! Maisanbau wird steigen Fläche wird knappster Faktor Pachtpreise steigen (Unsicherheit GAP-Reform!) Konkurrenz zur Viehhaltung wird steigen Folgerungen: Regionale Verteilung beachten -> ev.gemeinschaftsanlagen (Wärme!) Planung auf Basis eigener/vertr. Flächen Maisanbau praxisorientiert optimieren und wirtschaftlich gestalten Verwendung bekannter Sorten (ev. etwas spätere Siloreifezahl: + 30 bis 50 als ortsüblich) Fruchtfolgen optimieren (Stillegungen, zukünftige Energiefruchtfolgen!) Pachtmarkt beachten Viehhaltung nicht vernachlässigen -> Märkte wandern ab Biogas als ein Standbein im Betrieb -> Risikominimierung

17 Biogas aus Silomais Nachfolgende Folien sind zur zusätzlichen Information gedacht! Eine Auswahl von Ergebnissen der Bayer. Landesanstalt für Landwirtschaft und verschiedener Firmen sollen sowohl den gegenwärtigen Sachstand als auch die Entwicklung der Erkenntnisse zum Biogas-Mais aufzeigen. Wichtige Grundlagen und Informationen sind in der Handreichung Biogasgewinnung und nutzung nachzulesen. - Institut für Energetik und Umwelt GmbH - Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft - Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft Herausgeber: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.v. Internet: (Link: Bioenergie/Literatur/Biogas/) Weitere Internetlinks (Ökonomik regenerativer Energien)

18 Biogas-Energiemais: Gaserträge

22 Biogas-Energiemais-Ergebnisse d t T M /h a Ertragsunterschiede durch die Orte Weser Ems und Freising 2002 Weser Ems Freising Mittelwert Starke Schwankungen Bodenunterschiede Wetterverhältnisse Vegetationsdauer Jahresunterschiede Ort Dr. Eder, LfL Bayern, 2004

23 Biogas-Energiemais-Ergebnisse dt TM/ha TM dt/ha Gavott TM-Mittelwert-Erträge verschiedener Silomaisgenotypen 2002 (Freising, Weser Ems) LSD5=7,75 Deutschland KX 2181 Vic Frankreich FAO KX 1391 KX I x D FxD KX 1568 TM-Erträge verschiedener Silomaisgenotypen Balken = Wehnen 2. Balken = Freising Italien FAO Mikado Kismet Sortenunterschiede Signifikant für FM-, TM-Ertrag und TS% Spätreife Italiener am besten: TS<30% Niedrige TS-Gehalte und hohe TM-Erträge assimilieren lange Korrelation TS und TM-Ertrag nicht vorhanden (auch früh reife Sorten erreichen mit höheren TS gute TM-Erträge) 0 Gavott KXA 3191 MS Benicia Mikado Vic KX Deutschland Italien IxD F IxMex IxMex Dr. Eder, LfL Bayern, 2004

24 Biogas-Energiemais-Ergebnisse TM-Erträge bei verschiedenen Reifezuständen 2002 TM Ertrag dt/ha TS-Gehalt % I Entwicklung der TM-Erträge in Abhängigkeit des Reifegrades 2003 IxD F D Gavott Vic 13 Doge KX KX 1393 KX 1391 KX 1568 Mikado Kismet Sortenunterschiede Korrelation TS und TM-Ertrag nicht vorhanden (auch früh reife Sorten erreichen mit höheren TS gute TM-Erträge: Über 35% TS Gefahr stark abnehmender Gasausbeuten!) TM dt/ha TS in % Dr. Eder, LfL Bayern, 2004

25 Biogas-Energiemais-Ergebnisse Trockenmasseertrag und Reife 2004 mittelfrühe Sorten, S230-S250 TM-Ertrag dt/ha 214 PR39M20 Maibi PR39A98 Nathan Agro Max 209 Deltastar Eurostar Gavott Coxximo 204 NKLUGAN Ruperto Romario Hexxer LG 3226/Lukas Glinka Sileno ES Limes 199 PR39V62 Goldosse LG3232/Lupus Argentera Sandrina Hibiscus 194 Anjou 219 Positive 189 DKC2949 Topper 184 Rivaldo 31,5 32,0 32,5 33,0 33,5 34,0 34,5 35,0 35,5 36,0 % TS in der Gesamtpflanze Trockenmasseertrag und Reife 2004 mittelspäte Sorten S260-S300 TM-Ertrag dt/ha Anasta Benicia Franki Loretto PR38F53 Splendis Nexxos PR39T84 PR39R20 PR39F58 Fangio DK 287 Campari Atfields 28,5 29,0 29,5 30,0 30,5 31,0 31,5 32,0 32,5 % TS in der Gesamtpflanze Dr. Eder, LfL Bayern, 2005

26 Biogas-Energiemais-Ergebnisse Methan Liter pro kg ots Einfluss der Verdaulichkeit auf die Methanausbeute verschiedener Silomaisgenotypen (Kaiser 2004) Verdaulichkeit (% Elos) Von Qualitätsaspekten (Stärkegehalt, Futter- Verdaulichkeit etc.) sind keine zuverlässigen Schlüsse auf die Methanausbeute zu ziehen (Über 35% TS Gefahr stark abnehmender Gasausbeuten!) Gasausbeute und TS-Gehalt an verschiedenen Ernteterminen Liter/kgoTS % TS-Gesamtpflanze Dr. Eder, LfL Bayern, 2005

27 Biogas-Energiemais-Ergebnisse Methanerträge 2002 Nm³ CH4/kg ots 0,365 0,36 0,355 0,35 0,345 0,34 0,335 0,33 0,325 0,32 0,315 Gavott KX 2181 Vic KX 1393 KX Mikado Doge Kismet Deutschland Frankreich IxD FxD Italien Methangehalte verschiedener Silomaissorten 2002 KX 1568 Methanertrag Weder Sorten noch Standweiten zeigen Einfluss pro kg ots Trotz signifikanter Sortenunterschiede kein Einfluss auf Biogasertrag, Methangehalte und Methanertrag pro kg ots Untersuchungsmethoden noch nicht standardisiert % Gavott KX 2181 Vic KX 1393 KX Mikado Doge Kismet Methanhektarertrag hoch signifikant vom Ort, Standweite und Sorte abhängig (TM-Ertrag/ha!) Deutschland Frankreich IxD FxD Italien Dr. Eder, LfL Bayern, 2004

28 Biogas-Energiemais-Ergebnisse Einfluss der Saatzeit auf den FM-und TM-Ertrag Freising 2003 Saatzeit-Unterschiede signifikant Spätere Saatzeiten führen zu geringeren TM- Erträgen d t / h a TM Ende April Mitte Mai Frage: Kombination mit Winterzwischenfrüchten entscheidend: Standort nutzbare Wassermenge Wärmesumme Globalstrahlung etc. Nutzungszeitpunkt Zusatzkosten Bodenverdichtungen Jahresrisiko Dr. Eder, LfL Bayern, 2004

29 28,8% 40,4% Biogas-Energiemais-Ergebnisse Gasertrag und Erntetermin 2003 Erntetermin signifikant Methanertrag [L * (kg -1 otm) ] TS TS 39,8% 42,7% TS TS 44,1% 48,2% TS 25,0% TS TS TS 32,6% 37,3% TS 35,8% TS 38,9% TS TS 44,4% Erntetermine 1 (29.08) 2 (19.09) 3 (10.10) 4 (29.10.) Wichtig: Treffen des sortenspezifischen, optimalen Erntetermins! 50 0 Gavott S S400 KXA S290 IPZ 4d Dr. Eder, LfL Bayern, 2005

30 Biogas-Energiemais-Ergebnisse Einfluss des Erntetermins auf die TM in Freising 2003 dt/ha Erntezeit-Unterschiede Abhängig vom Standort Freising: 3/4. Termin Trockenheit mit folgenden Regen 170 TM Einfluss des Erntetermins auf die TM in Wehnen, Weser Ems 2003 Wehnen: 3/4. Termin Ev. Frühfrost oder Trockenheit dt/ha TM Dr. Eder, LfL Bayern, 2004

31 Biogas-Energiemais-Ergebnisse Einfluss der Erntezeitpunktes auf den TM Ertrag Freising Gavott früh spät früh spät früh spät früh spät Saat 13 Saat 89 Saat KX 3191 Saat Dr. Eder, LfL Bayern, 2004

32 Biogas-Energiemais-Ergebnisse 300 Ertragsunterschiede der Genotypen bei versch. Pflanzdichten 2002 Standweiten-Unterschiede TM dt/ha Gavott KX 2181 Vic KX 1393 KX 1391 Deutschland Frankreich IxD FxD Italien KX 1568 Mikado Doge Kismet 6 Pfl./m² 8 Pfl./m² 10 Pfl./m² signifikant größere Pfl.zahl/m² bringt höhere TM- Erträge Höhere Pflanzdichte führt zu höherer TS% TM dt/ha TM-Erträge versch. SIlomaisgenotypen bei unterschiedl. Standweiten Balken = 6 Pfl./m² 2. Balken = 8 Pfl./m² 3. Balken = 10 Pfl./m² Gavott KXA 3191 Mikado Vic KX Effekte steigen bei guter Wasserversorg. und spätreifen Sorten mit ausreichender Kältetoleranz Effekte sortenabhängig Deutschland Italien IxD F IxMex IxMex Dr. Eder, LfL Bayern, 2004

33 Biogas-Energiemais-Ergebnisse d t / h a Einfluss der Düngung auf FM- und TM Ertrag, Freising 2003 Standard mineral. Dünger Organ. Dünger Düngungs-Unterschiede Kein Einfluss 2003 ev. infolge der Trockenheit 0 FM TM Dr. Eder, LfL Bayern, 2004

34 Biogas-Energiemais-Firmeninfo s: LG

39 Biogas-Energiemais-Firmeninfo s: KWS I n einem Leistungsvergleich m it m ittelfrühen n erreihte die Sorte DOGE zu einem frühen Erntezeitpunkt bei 20% GTS ein den anderen Sorten vergleichbares Ertragsniveau von etwa 150 TM dt/ ha. Bei 3-4 Wochen späterer Ernte steigerte DOGE die Leist ung um 100 TM dt/ ha. Daraus errechnet sich ein m öglicher Methangasertrag von ca m ³ / ha. Erfahrungen aus : Versuche am Standort Einbeck m it späten Maishybriden brachten im Vergleich zu frühen ( VGL fr) und m ittelfrühen Sorten ( VGL m fr) eine deutlich höhere Flächenleistung an organischer Masse. Ein silierfähiger Reifegrad wurde m it 28-34% TS erreicht. Zum gleichen Zeitpunkt wurde bei den m ittelfrühen Sorten ein Gesam t TS- Gehalt von ca. 45% gem essen. Sep. 04

40 Biogas-Energiemais- Firmeninfo s : KWS I m Jahr 2002 wurden weit ere Versuche in Zusam m enarbeit mit Landwirt schaft skam m ern und Prakt ikern durchgeführt, um auch neu ent wickelt e n auf ihre Eignung für die Biogasproduktion zu prüfen. Die nachfolgende Übersicht zeigt die Ergebnisse von 2 Versuchenst andort en in Weser-Em s und Bayern. Das Leist ungsniveau der m it t elfrühen Sort e GAVOTT S 250 von et wa 210 TM dt / ha wird in der Spit ze von der spät eren Sort e MI KADO und einigen neuen n mit einer Hekt arleistung von ca. 260 dt / ha TM deut lich übert roffen. Die Sort e DOGE, die im Vorjahr auf einem Niveau von et wa 280 dt / ha TM lag, erreicht e 2002 geringere Leistungen. Man kann vermut en, daß generell die Wachst um sbedingungen in der Jugendphase 2002 schwieriger waren als 2001 und auch höhere At m ungsverlust e im vergleichsweise warm en Sept em ber das Leist ungsverm ögen der spät en n beeint rächt igt haben Sep. 04

41 Biogas-Energiemais-Firmeninfo s: Saaten-Union Internet: Feb. 05

42 Biogas-Energiemais-Firmeninfo s: Saaten-Union Welcher Flächenbedarf? Hierbei ist die einzelbetriebliche Verfahrenstechnik zu berücksichtigen, denn je nach Voraussetzungen kann die Methanausbeute je dt TM Silomais zwischen etwa 30 und 40 m3 streuen. Weil die Praxis mit Ertragsschätzungen bei Silomais noch wenig vertraut ist, sollte der Maisertrag in trockenen Anbaulagen in Abhängigkeit von der Wasserversorgung kalkuliert werden (Abb. 2). Hierzu ist zum einen das Wasserangebot während der Vegetationszeit von Mai bis September zu kalkulieren. Dieses liegt in den Trockenlagen Ostdeutschlands nur bei mm, in der norddeutschen Tiefebene bei , in süddeutschen Maislagen bis 500mm. Dazu kommen die Wintervorräte, die maximal bis zur Größenordung der nutzbaren Feldkapazität zur Verfügung stehen, hier wurden für den Sandstandort 90 l/m2, für den Lehm 180 l/m2 und für den Lößstandort 250 l/m2 kalkuliert. Über die Wasserkapazität hinaus sind Bodenunterschiede für Mais wenig ertragsrelevant. Der Wasserverbrauch des Maises wurde mit 350 l/kg TM kalkuliert, in Trockenjahren liegt dieser Wert eher höher. Weitere Ertragssteigerungen sind in Abhängigkeit von der verfügbaren Vegetationszeit mit komplexeren Energiefruchtfolgen zu erzielen, mehr hierzu in der letzten praxisnah und in den kommenden Ausgaben. Internet: Feb. 05

43 Biogas-NawaRos-Versuche Methanertrag Trockenmassertrag pro ha ist entscheidend (wie Mais ) Kaiser, LfL Bayern, 2004

44 Biogas-Grünland-Versuche Methanertrag Sehr große Unterschiede in Abhängigkeit von - Bewirtschaftungsintensität - Standort Kaiser, LfL Bayern, 2004