BMU Förderprogramm Energetische Biomassenutzung Präsentation Energiepflanzenanbau zur Biomethanproduktion aus Biogas in der Ukraine - Annahmen und Ergebnisse - Dr. agr. Walter Stinner, Elke Christ, Lars Klinkmüller, Dr. rer. nat. Elena Angelova Gefördert durch: Koordiniert vom: Programmbegleitung: 1
Agenda Zielstellung Grundlagen der Anbaukonzepte Modellbedingungen und verwendete Daten Minimierung von Kostenrisiken Sicherstellung pflanzenbaulicher Nachhaltigkeit Ökonomische, technische und ertragliche Vorteilhaftigkeit Anbaukonzepte und Erträge Offene Fragen 2
Zielstellung Zielstellung: Optimierter Energiepflanzenanbau zur Biomethanproduktion aus Biogas Berücksichtigung der Rahmenbedingungen in Weißrussland Minimierung von Kostenrisiken Gewährleistung pflanzenbaulicher und ökologischer Nachhaltigkeit / Vorteilhaftigkeit Wirtschaftliche Optimierung 3
Modellbedingungen und verwendete Daten Klimadaten: 20jährige Monatswerte zu Niederschlag und Temperaturen von Boden und Luft, zusätzliche Berücksichtigung von Extremwerten (Frost) in der Vegetationsperiode empfindlicher Früchte; Verfügbare statistische Angaben zu den Erträgen der wichtigen Kulturen; Standort- und Bodenbedingungen, soweit verfügbar Angaben regionaler Partner, soweit verfügbar Einheitliche Anlagen Feldentfernung, Durchschnitt 5 km Einheitliche Schlaggröße 80 ha 4
Minimierung von Kostenrisiken Unterschiedliche Energiepflanzen beinhalten unterschiedliche Kostenrisiken durch unterschiedliche Verteilung der Gesamtkosten auf Ansaat, Bestandespflege und Ernte Unterschiedliche Risiken bei bestimmten Bedingungen zu bestimmten Jahreszeiten (z.b. Spätfrostrisiko nur bei Mais, Rüben, Hirsen etc., nicht bei Gras, Kleegras, Getreide, Gewitter- und Hagelschlagrisiko v.a. bei annuellen Reihenkulturen) Unterschiedliche Risiken bezüglich Teil- oder Totalausfall (bei längerer Trockenheit fallen einjährige Früchte völlig aus, bei Gras bzw. Kleegras nur ein Schnitt, Rüben können sich nach Trockenperioden teilweise erholen) 5
Minimierung von Kostenrisiken Angefallene und verlorene Kosten: Beispiel 1: Silomais, Totalausfall durch Spätfrost oder Frühsommertrockenheit: Saatgut: 135,- /ha Düngung zur Saat (Gärrest, nur Ausbringkosten für 20 m 3 mit Pumptankwagen): 70,- /ha Bodenvorbereitung: 60,- /ha Saat: 140,- /ha Summe: 405,- /ha verloren bei Totalausfall 6
Minimierung von Kostenrisiken Angefallene und verlorene Kosten: Beispiel 2: Dreijähriges Futterbaugemenge (Luzerne Klee -Gras) Spätfrost unproblematisch, Ausfall eines Schnittes (= ½ Jahresertrag) durch Frühsommertrockenheit: Saatgut: 100,- /ha / 6 (3 Jahre, Ausfall halber Jahresertrag) = 17,- /ha Saat: 140,- /ha (Untersaat) / 6 = 23,- /ha Summe: 40,- /ha verloren bei Totalausfall eines Schnittes bzw. Ausfall des halben Jahresertrages 7
Zwischenfazit Durch Berücksichtigung von langjährigen Klimadaten und Standortangaben werden zunächst die spezifischen Ausfallrisiken der einzelnen Früchte analysiert (pflanzenbauliche bzw. ertragliche Betrachtung) Bei bestehenden pflanzenbaulichen bzw. ertraglichen Risiken werden die damit verbundenen ökonomischen Risiken betrachtet. Bei Futterbaugemengen (Luzerne Klee Gras) besteht kostenseitig ein besonders niedriges Ausfallrisiko Bei Mais besteht ein hohes ertragliches Ausfallrisiko (Spätfröste und Frühsommertrockenheit) Bei bestehendem ertraglichem Ausfallrisiko ist das damit verbundene Kostenrisiko besonders hoch Auch die Kostenrisiken anderer annueller Früchte liegen deutlich über denen mehrjähriger Futterbaubestände, v.a. wegen der Etablierungskosten. 8
Sicherstellung pflanzenbaulicher Nachhaltigkeit Humusversorgung der Böden Besondere Berücksichtigung von Vermeidung von Emissionen durch Umbruch langjährig brachliegender, begrünter Flächen Minimierung von Risiken durch Erosion, Bodenschadverdichtung, Stoffaustrag an gefährdeten Standorten Beachtung ausgeglichener Fruchtfolgen 9
Sicherstellung pflanzenbaulicher Nachhaltigkeit Humusversorgung der Böden Es fehlen Kenntnisse zur aktuellen und optimalen Humusversorgung der Böden in Belarus sowie zur jährlich notwendigen Humuszufuhr der einzelnen Früchte unter den Bedingungen Weißrusslands; Es gibt Hinweise, dass Stroh wegen des Fehlens geeigneter Landtechnik zur Zerkleinerung und Einarbeitung häufig auf dem Feld verbrannt und nicht zur Humusversorgung direkt oder als Stallmist eingearbeitet wird; Hackfrüchte (z.b. Mais, Rüben, Kartoffeln) haben einen hohen bis sehr hohen Humusbedarf (= Humusabbau, der ersetzt werden muss), Getreide (auch GPS) hat einen geringeren Humusbedarf, der aber ebenfalls ersetzt werden muss; Futterbaugemenge hinterlassen einen positiven Humusbilanzsaldo 10
Sicherstellung pflanzenbaulicher Nachhaltigkeit Humusbedarfskoeffizienten der Früchte unter deutschen Bedingungen (untere Werte nach VDLUFA 2004) Fruchtart kg Humus-C ha -1 Zucker- oder Futterrüben, Kartoffeln - 760 Silo- oder Körnermais - 560 Getreide, Öl- und Faserpflanzen, Sonnenblumen Leguminosen Gras Gemenge, Futterleguminosen, Feldgras (je Hauptfruchtjahr) Verlust (-) oder Gewinn (+) - 280 + 600 11
Sicherstellung pflanzenbaulicher Nachhaltigkeit Vermeidung von Emissionen durch Umbruch langjährig brachliegender Flächen Beim Umbruch langjährig brachliegender Flächen kommt es ebenso wie bei Grünlandumbruch zu Humusabbau und infolge dessen zu Emissionen von CO 2 und N 2 O. Beide sind klimawirksam, die Wirkung von N 2 O liegt etwa um den Faktor 300 über der von CO 2. Ein Umbruch solcher Flächen soll aus Klimaschutzgesichtspunkten also möglichst vermieden werden. Angepasste Futterbaugemenge können auf solchen Flächen auch ohne Umbruch über Nachsaaten etabliert werden 12
Sicherstellung pflanzenbaulicher Nachhaltigkeit Minimierung von Risiken durch Erosion, Bodenschadverdichtung, Stoffaustrag an gefährdeten Standorten Es ist nicht bekannt, inwieweit die bestehenden Brachflächen auf Grenzertragsstandorte (Hangneigung, steinig, feucht, überschwemmungsgefährdet) konzentriert sind; Vermutlich sind jedoch besonders solche Standorte brachliegend Solche Standorte beinhalten ein besonders hohes standortbedingtes Risiko für Erosion, Bodenschadverdichtung und Stoffaustrag in angrenzende Biotope; An solchen Standorten sollten also vor allem Früchte mit niedrigen Fruchtartspezifischen Risiken angebaut werden; Mehrjährige Futterbaugemenge beinhalten hier nahezu keine Risiken; 13
Sicherstellung pflanzenbaulicher Nachhaltigkeit Beachtung ausgeglichener Fruchtfolgen Zur Biogaserzeugung können grundsätzlich alle nicht zu stark verholzten Pflanzen genutzt werden; Bestehende einseitige Fruchtfolgen können also aufgelockert werden; Vor allem die Getreideanteile an den Ackerflächen in Belarus scheinen sehr hoch zu sein; Mehrjährige Futterbaugemenge sind bei Berücksichtigung von Kleemüdigkeit stets positive, fruchtbarkeitserhöhende Elemente in Fruchtfolgen 14
Ökonomische, technische und ertragliche Vorteilhaftigkeit Ökonomische Vorteilhaftigkeit: Ein Substrat ist ökonomisch umso vorteilhafter, je niedriger die Kosten für die Substratmenge sind, mit der die gleiche Menge an Methan erzeugt werden kann; Diese ökonomische Vorteilhaftigkeit ist standortspezifisch, weil die Relationen der Kosten und vor allem der Erträge der einzelnen Früchte zueinander regional deutlich voneinander abweichen; Prinzipiell sind bei Standorten mit hohen Erträgen Früchte mit hohen Kosten für die Ansaat, aber besonders hohen Erträgen und relativ zur Erntemenge niedrigen Erntekosten ökonomisch vorteilhaft; Bei Standorten mit generell niedrigem Ertragsniveau sind niedrige Ansaatkosten wichtig; In Deutschland ist daher meist Silomais die wirtschaftlichste Frucht, in Belarus scheinen es mehrjährige Futterbaubestände zu sein; 15
Ökonomische, technische und ertragliche Vorteilhaftigkeit Technische Vorteilhaftigkeit: Die Vergärungseigenschaften der Energiepflanzen sind unterschiedlich. Pflanzen, die sich leicht und exakt häckseln lassen, die zudem recht gut biologisch abbaubar sind, wie z.b. Silomais, Getreideganzpflanzen oder Energiehirsen, sind sowohl rühr- und pumptechnisch, bei Zugabe von Gülle auch biologisch gut beherrschbar Rüben haben wegen ihrer leichten Abbaubarkeit bei Zugabe zu anderen Substraten Vorteile bzw. sind in spezialisierten Anlagen gut vergärbar Grasartige Substrate erfordern eine besonders geeignete und robuste Rühr- und Pumptechnik, sie neigen eher zur Bildung von Schwimmschichten Zu beachten sind auch höhere Ammoniumkonzentrationen bei Vergärung von Leguminosen - Gemengen 16
Ökonomische, technische und ertragliche Vorteilhaftigkeit Ertragliche Vorteilhaftigkeit: Die verschiedenen Energiepflanzen ermöglichen standortspezifisch unterschiedliche Erträge Hohe Erträge ermöglichen eine hohe Biomethanproduktion mit der begrenzt zur Verfügung stehenden Fläche Zur sicheren Versorgung der Anlagen ist die Ertragssicherheit von hoher Bedeutung 17
Anbaukonzepte und Erträge Die Ertragsfähigkeit von Futterbaugemengen wird auf 8 t Trockenmasse (TM) X ha -1 pro Hauptfruchtjahr geschätzt, durch Vornutzung bei Etablierung als Untersaat und Nutzung des ersten Aufwuchses vor Anbau einer folgenden Sommerung erhöht sich der durchschnittliche Ertrag pro Hauptfruchtjahr auf 10 t TM /a Die Erträge der annuellen Kulturen Silomais, Sonnenblumen, Getreide GPS, Rüben und Hirse werden auf 10-12 t Trockenmasse X ha -1 geschätzt Unter Berücksichtigung der dargestellten Aspekte erscheint derzeit die Nutzung mehrjähriger Futterbaugemenge deutlich vorteilhaft Die damit verbundenen technischen Herausforderungen werden als lösbar angesehen 18
Anbaukonzepte und Erträge Die Substraterzeugung auf Ackerflächen basiert also auf Futterleguminosengemengen. Diese werden in die Fruchtfolge rotierend eingebunden und als Untersaaten in Getreidebeständen mit einer Sämaschine gesäät. Nach der Getreideernte liefern sie im Herbst bereits eine erste Ernte in Höhe von 3,5 t TM / ha. In den folgenden drei Hauptfruchtjahren liefern sie jeweils zwei Schnitte und dabei insgesamt je 8 t TM pro Hektar und Hauptfruchtjahr. Wahlweise kann die Folgefrucht als Winterung im Herbst oder als späte Sommerung im Frühjahr etabliert werden. Hier wird als Folgefrucht eine Sommerung nach einem ersten Schnitt im zeitigen Mai geplant. 19
Anbaukonzepte und Erträge Wegen der Leguminosen versorgen sich die Bestände selbst mit Stickstoff. Die Gärreste werden daher zu anderen Kulturen (z.b. Getreide) gedüngt und ersetzen dort Mineraldünger Die Grundnährstoffversorgung (v.a. P und K) erfolgt über die anderen Früchte der Rotation. Sollte die Produktion der Energiefrüchte dauerhaft auf Grenzertragsflächen erfolgen, sind die Anbauverfahren weitgehend übertragbar In diesem Fall müssen die Ertragsannahmen besonders hinterfragt werden Die Grundnährstoffversorgung (alle Nährstoffe außer N) erfolgt dann mineralisch, dafür ersetzen die Gärreste Mineraldünger (inklusive N) auf anderen Flächen und liefern dort außerdem Humusersatz. Die Etablierung erfolgt dort als Nachsaat. 20
Offene Fragen Ertragsrisiko bei den Einzelfrüchten Höhe des Ausfalls (von bis) Häufigkeit Gründe 21
Offene Fragen Humusversorgung Wie hoch ist der notwendige Humusersatz bei den einzelnen Kulturen? Wie üblich ist die Strohverbrennung auf dem Feld? 22
Offene Fragen Brachflächen Liegen die Brachflächen langjährig oder rotierend brach? Handelt es sich eher um Grenzertragsflächen? Gründe der Brachlegung dieser Flächen: Zu steinig? Schlechte Böden? Hangneigung? Feucht / sumpfig? Überschwemmungsgefährdet? Ungünstige Verkehrslage? Kleine Parzellen?.? 23
Offene Fragen Fruchtfolgen Wie sind die typischen Fruchtfolgen bzw. Anbauverhältnisse (% Anteil der Früchte)? Gibt es eher regionale oder betriebliche Abweichungen (wegen Tierhaltung)? Wie sind die typischen Fruchtfolgen bzw. Anbauverhältnisse (% Anteil der Früchte) bei Betrieben mit umfangreicher Tierhaltung? 24
Offene Fragen Erträge Wie sind die Erträge der relevanten Kulturen derzeit im statistischen Mittel (Angaben zu Silageerträgen für Gras, Kleegras und GPS fehlen und mussten an Hand von Getreide- und Heuerträgen sowie Klimadaten geschätzt werden) bei mittelmäßig wirtschaftenden Betrieben bei Spitzenbetrieben? Wie werden die Erträge in Zukunft jeweils geschätzt? 25