Energiepflanzentag Haus Düsse; Biogas aus Zuckerrüben

26.05.2011

Hoffmann, IfZ 1

Prof. Dr. Christa HoffmannProf. Dr. Christa HoffmannInstitut für ZuckerrübenforschungInstitut für Zuckerrübenforschung

GöttingenGöttingen

Energiepflanzentag Haus Düsse, 26.05.2011

Entwicklung des Maisanbaus in Niedersachsen

Flächenanteil Mais steigt in einigen Regionen extrem an Akzeptanzproblem in der Bevölkerung nimmt zu

LWK NS 2010

Instit

ut für Z

uckerrübenfo

rschung, G

öttingen

Energiepflanzentag Haus Düsse; Biogas aus Zuckerrüben

26.05.2011

Hoffmann, IfZ 2

Gründe für die Einbeziehung von Zuckerrüben als Biogassubstrat

H h A t il M i i d Flä h Hoher Anteil Mais in der Fläche Wirkung auf das Landschaftbild

Auflockerung der Fruchtfolge (Fusarien)

Verteilung des Anbaurisikos

Gute Ausnutzung der Vegetationszeit

Effiziente Nutzung von Wasser und Stickstoff

Hoher Ertrag

Hoher Zuchtfortschritt

1 ]

16

18BZE, Wertprüfung Bundessortenamt1)

Weißzuckerertrag, Weißzuckerwert nach WVZ

Bereinigter Zuckerertrag und Weißzuckerertrag der neu zugelassenen Sorten 1976–2009

y = 8,27 + 0,15 xr² = 0,73***

Wei

ßzu

cker

ertr

ag [

t h

a-1

6

8

10

12

14

16

y = 6,04 + 0,11 xr² = 0,78***BZE

WZE

Jahr

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025

BZ

E,

W

0

2

4

(IfZ 2010)

1) Zulassungsjahre 2004-2008 ohne Sorten mit Nematoden- oder Rhizoctoniatoleranz. Ab dem Zulassungsjahr 2009 mit Nematodentoleranz / -resistenz, aber ohne Rhizoctoniatoleranz

Instit

ut für Z

uckerrübenfo

rschung, G

öttingen

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26.05.2011

Hoffmann, IfZ 3

Anforderungen an Zuckerrüben für die Biogasgewinnung

Vergärungseigenschaften

Ertrag N-Düngung

Ernte

Lagerung/Aufbereitungg g g

Sortenwahl

Zusammensetzung von pflanzlicher Biomasse- Was ist entscheidend für die Vergärung?

Wasser

Geernteter Ertrag

= Frischmasse

FMAsche

KohlenhydrateProteineFette

nicht vergärbar!nicht vergärbar!

FM

Trockenmasse

TM

Organische

TMVerdaulichkeitVerdaulichkeit

Instit

ut für Z

uckerrübenfo

rschung, G

öttingen

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Hoffmann, IfZ 4

100 RohfettRohasche

Zusammensetzung der Trockenmasse von Zucker- und Futterrüben, Zuckerrübenblatt und Mais

Rohnährstoffe nach Weender Futtermittelanalyse, 2 Standorte, Herbst 2009

22,5 % 20,5 % 15,0 % 14,5 % 30 %

(% T

M)

40

60

80

100

NfE RohfaserRohproteinRohfett

ZR-Z ZR-E FR ZR Blatt Mais0

20

40 Leicht umsetzbare Fraktion

(nach Starke & Hoffmann 2011)

S)

800

Gasbildung von Zucker- und Futterrüben

Batchversuche, Mittel aus 2 Standorten, November 2009

r B

iog

aser

trag

(N

l kg

-1 o

TS

300

400

500

600

700

ZG(%)

K--------

Na(mmol/kg)

Amino-N---------

ZR- Z 17,65 28,57 1,43 10,72

ZR- E 16,35 33,74 2,71 10,90

Futterrübe 11,32 60,80 7,84 23,16

Prüfzeitraum (Tage)

0 5 10 15 20 25

sp

ezi

fis

ch

e

0

100

200

Zuckerrübe Sorte 1Zuckerrübe Sorte 2Futterrübe

90 %Gasbildung

(nach Starke & Hoffmann 2011)

ZR - Z

ZR - E

Instit

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Hoffmann, IfZ 5

Bedeutung der Zusammensetzung von Biomassefür die Verwertung als Biogassubstrat

Wasser

Geernteter Ertrag

= FM Asche

Organische

KohlehydrateProteine

Fette

nicht vergärbar!nicht vergärbar!

VerdaulichkeitVerdaulichkeit

TM

g

TMVerdaulichkeitVerdaulichkeit

Kriterium für Biogasrüben

140

WasserRübentrockenmasse140

Rübenertrag von Zuckerrüben und Futterrüben

Mittel aus 4 N-Düngungsstufen, 3 Standorte, 2008 und 2009

ben

ertr

ag (

t h

a-1)

60

80

100

120

140 Rübentrockenmasse

ben

ertr

ag (

t h

a-1)

60

80

100

120

140

ab

c

a

b

c

ZR - Z ZR - E FR ZR - Z ZR -E FR

Rü

b

0

20

40

2008 2009

a a a a a a

ZR - Z ZR - E FR ZR - Z ZR -E FR

Rü

b

0

20

40

2008 2009In

stitut f

ür Zuckerr

übenfors

chung, Götti

ngen

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Hoffmann, IfZ 6

Anforderungen an Zuckerrüben für die Biogasgewinnung

Vergärungseigenschaften

Ertrag

N-Düngung Ernte

Lagerung/Aufbereitung

Sortenwahl

25 70182 kg N

Ertrag von Zuckerrüben in Abhängigkeit von der N-Düngung

Systemversuch Harste, Mittelwerte von 1993 - 2002

)d

ry m

atte

r yi

eld

(t

ha-1

)

10

15

20

25

oo

t yi

eld

(t

ha-1

)

0

60

70

116 kg N

21.6 t total dry matter

154 kg N62.8 t root

sugar yieldroot yieldtotal dry matter

ener

trag

(t

ha-

1)

bzw

. TM

-Ert

rag

(t

ha-

1)

Gesamt-TMRübenertragZuckerertrag

Gesamt-TM

Rübenertrag

Zuckerertrag

(Stockfisch 2008)

N fertilizer (kg N ha-1)

0 50 100 150 200

Su

gar

/ d

0

5

Ro

0

5010.6 t sugar

N-Düngung (kg N ha-1)

Rü

be

Zu

cker

-b Zuckerertrag

Instit

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Hoffmann, IfZ 7

30

Einfluss der N-Düngung auf die Trockenmasse von Zucker- und Futterrüben

Mittel von 3 Standorten, 2008 und 2009E

rtra

g (

t T

M h

a-1

)

10

15

20

25

Blatt

Rübe

N-Düngung (kg ha-1)

0 100 200 300

E

0

5

Gesamt-TM

(Starke & Hoffmann 2011)

ZR-Z ZR-EFutterrübe

SorteN-DggS*N

****n.s.

Biogashektarertrag von 2 Zuckerrübensorten bei unterschiedlicher N-Düngung

Mittel aus 2 Standorten, November 2009

25000aSorte C

Sorte BZR-ZZR-E

ga

sert

rag

(N

m³

ha-1

)

10000

15000

20000 Blatt

Rübe

a aaSorte CZR-E

N-Düngung (kg ha-1)

Bio

g

0

5000

150 150 300

MethangehaltZuckerrübe: 53 %

(Starke & Hoffmann 2011)

Instit

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Hoffmann, IfZ 8

Nährstoffentzug von Zuckerrüben Rübe und Blatt

Nährstoffgehalte: Mittelwerte aus 4 Versuchen

TM N P K Mg

t/ha ---------------- kg/ha ---------------

Blatt 7 133 21 245 28

Rübe 17 85 17 102 17

gesamt 24 218 38 347 45

Anforderungen an Zuckerrüben für die Biogasgewinnung

Vergärungseigenschaften

Ertrag

N-Düngung

Ernte Lagerung/Aufbereitung

Sortenwahl

Instit

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Hoffmann, IfZ 9

Ernte von Zuckerrüben - Köpfen oder Entblättern?

30 Kopf GD

Einfluss der Sorte auf den Trockenmasseertrag von Rübe (optimal geköpft) und Rübenkopf

Mittel von 4 Standorten, 2009 und 2010 Grenzdifferenz (GD) für Unterschiede zwischen Zuckerrübensorten

cke

nm

as

se (

t h

a-1)

10

15

20

25

Rübe Kopf GD 0,05

Rübe: 1,6Rübe + Kopf: 1,6

~ 8 % Mehrertrag

(Hoffmann 2011)

Sorte

1 2 3 4 5 6 7 8 FR

Tro

c

0

5

10

Instit

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26.05.2011

Hoffmann, IfZ 10

Anforderungen an Zuckerrüben für die Biogasgewinnung

Vergärungseigenschaften

Ertrag

N-Düngung

Ernte

Lagerung/Aufbereitung Sortenwahl

Zuckerverlust während der Lagerungbei unterschiedlicher Erntequalität

Außenmiete bzw. Klimacontainer, Parensen 2009

Außentemperatur 8 °C

un

g Z

uc

ke

rme

ng

e (

%)

en

ge

bei

Ein

lag

eru

ng

)

-60

-40

-20

0

20

Blattreste > 1 cm

0 6 12

Ve

rän

de

ru(0

= M

e

-100

-80

60 Blattreste > 1 cm

entblättert

optimal geköpft

zu tief geköpft

0 6 12

Lagerdauer (Woche

5 5

(nach Wulkow & Hoffmann 2011)

Lagerungsdauer (Wochen)Instit

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Hoffmann, IfZ 11

Möglichkeiten der Silierung von Zuckerrüben

Fotos: Dr. Thaysen, LK SH

Silierung von Rübenbrei in einer Lagune/Erdbecken

Große aerobe Oberfläche wahrscheinlich hohe Verluste

durch Restatmung!

Instit

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26.05.2011

Hoffmann, IfZ 12

Vergleich von Rübenlagerungsverfahren

Ganzjährige Lagerung

oTSVerluste

Arbeits-wirtschaft

Geeignet für große

Lager-kosteng g g

Mengen

Feldmiete - + 0 + +Siloschlauch + 0 - - -Fahrsilo + 0 0 + +Hochsilo + + + + 0LLagune - + + +

Mischsilage ZR + Mais

+ 0 0 - +

Nach Schattschneider et al. 2011

+ günstig, 0 neutral, - ungünstig

Anforderungen an Zuckerrüben für die Biogasgewinnung

Vergärungseigenschaften

Ertrag

N-Düngung

Ernte

Lagerung/Aufbereitung

Sortenwahl

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Hoffmann, IfZ 13

Rübentrockenmasse unterschiedlicher Sorten

Mittel von 8 Standorten, 2008 und 2009

(Buhre et al. 2010)Mittelwert der Vergleichssorten Modus, Monza, Alabama, William = 100 %

Beziehung zwischen Trockenmasse-und Zuckerertrag der Rübe

Mittel von 4 Standorten, 2008 - 2009

(Buhre et al. 2010

Instit

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Hoffmann, IfZ 14

Sorten für die Biogasgewinnung

Wichtige Kriterien bei der Sortenwahl:Wichtige Kriterien bei der Sortenwahl:

Hoher Feldaufgang

Geringe Schossneigung

Angepasste Toleranzen/Resistenzen (Rizomania, Nematoden, Rhizoctonia, Cercospora)

Hoher Zuckerertrag/Trockenmasseertrag

Zuckerrüben zeichnen sich durch eine extrem schnelle Vergärung aus (günstiges Raum/Zeit-Verhältnis)

Die N-Düngung muss nicht erhöht werden

Bei der Ernte können Rüben entblättert werden

Ganzjährige Verfügbarkeit über Lagerung und Silierung muss noch optimiert werden

Die optimale Biogasrübe ist die Zuckerrübe mit dem höchsten Zuckerertrag (enge Beziehung TM und Zuckerertrag)Zuckerertrag (enge Beziehung TM und Zuckerertrag)

Zuckerrüben sind eine gute Ergänzung in der Substratversorgung einer BiogasanlageIn

stitut f

ür Zuckerr

übenfors

chung, Götti

ngen

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uckerrübenfo

rschung, G

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