Ernte und Lagerung von KUP-Holz...27.02.2014 4 Ziel Anbau und Ernte Lagerung, Trocknung und Logistik Umweltwirkungen und Kosten Arbeitsschwerpunkte Entwicklung von ressourceneffizienten

ERNTE UND LAGERUNG VON KUP-HOLZ

R. Pecenka, H. Lenz, C. Idler, D. Ehlert

Überblick

Einleitung Erntetechnik Lagertechnik und

Verluste Versuche Ausblick

27.02.2014 3

Energieholz aus der Landwirtschaft Kurzumtriebsplantagen

Stabiler hoher Ertrag bei geringem Aufwand • Pappel 10 tTM/ha a • 1 x Pflanzen • > 20 a Nutzen

Minimale Düngung und Pflanzenschutz • Pappel 0 kg/ha a N • Weide 20 kg/ha a N

Umweltvorteile: • geringe N2O-Emissions • C-Sequestrierung

0.8 … 1.1 t Corg /ha a

Günstige Erntetermine und wählbare Intervalle • Dezember ... März • alle 2 bis 20 Jahre

• EU-Flächenbeihilfe • Langfristige

Einkommensicherung • Geeignet für kleine /

benachteilige Flächen

Pappeln Weiden

27.02.2014 4

Ziel

Anbau und Ernte

Lagerung, Trocknung und Logistik

Umweltwirkungen und Kosten

Arbeitsschwerpunkte

Entwicklung von ressourceneffizienten Verfahren zur Bereitstellung von Holz aus KUP und AFS für die stoffliche und energetische Nutzung

Lagerung

27.02.2014 5

Agrarholz - Verfahrenskette

Pflanzen Ernte

Gegenwärtige Hauptprobleme:

• Hohe Investitionskosten • Regionale Verfügbarkeit • Geringe Flexibilität

Ernte

• Verluste • Sporenbelastung

Lagerung

Erntetechnik

Stemster, Nordic Biomass

Reihenhacker RH 25, Fa. Jensen

Foto: Fa. Jensen

Feldhäcksler FR9000 mit KUP 130, New Holland

Foto: ATB

Foto: ATB

Mähhacker GMHT 140, Fa. Jenz

Feldgröße < 5 ha Kleinteilige Ernteflächen

Ertragsschwächere Standorte

Kleinere, flexible Erntetechnik gefragt

Anbau-Mähhacker für Traktoren

Foto: ATB

Anbau-Mähhacker

Hackschnitzellinie:

• Ungünstige Lagereigenschaften • Transport bei hohem Wassergehalt --

• Einphasige Ernte • Direktes Beladen der Transportfahrzeuge • Kostengünstiger Hackschnitzelumschlag • Geringe Erntekosten (7 … 15 €/t TM)

+

+

+

+

Anbau-Mähhacker

1234

5

6

7 8 9

Aufbau der Mäh- und Hackeinheit

1

1 – Werkzeugträger2 – Mähscheibe3 – Hackmesser4 – Distanzblock5 – Gegenhalter6 – Gehäuse7 – Kegelradgetriebe8 – Auswurföffnung9 – Auswurfrohr234

5

6

7 8 9

Anbau-Mähhacker

Gewicht: ca. 1 t Einzelreihe: Weide, Pappel, Robinie Geringer Anschaffungspreis Passend für Standardtraktoren

(150 … 200 kW) Geeignet für kleine und große

Ernteflächen Stammdurchmesser max. 15 cm Fein- und Grobhackschnitzel

(Hacklänge bis 100 mm)

Anbau-Mähhacker

• 2013: ca. 30 ha • Fahrgeschwindigkeit: 3 – 5 km/h • Ernteleistung: 0.3 … 0.6 ha/h • Hackschnitzel: P45/G50

ATB Jan. 2013 JENZ Nov. 2012

11

Hackschnitzelgrößen

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Cum

mul

ativ

e fr

eque

ncy

(wt%

)

Screen width resp. wood chip lentgh (mm)

Forage harvester New Holland FR 9000

ATB mower-chipper

UG G50 Ö-Norm 7133

OG G50 Ö-Norm 7133

UG P45-63 CEN/TC 14961

OG P45 CEN/TC 14961

OG P63 CEN/TC 14961

Max

MinN = 6

Sum

men

häuf

igke

it [m

-%]

Feldhäcksler (New Holland FR 9000)

ATB-Mähhacker

Siebweite bzw. Hackschnitzellänge [mm]

12

KUP-Erntetechnik

Fahrgeschwindigkeit km/h 3 - 5 3 - 5 3 - 5 Ernteleistung (HZ) t FM/h 25 … 45 35 … 65 23 … 35 Flächenleistung (HZ) ha/h (30 t TM/ha)

0,3 …0,6

0,5 … 1 0,4 … 0,8

Kosten (€/t TM) (mit Nachhacken)

7 … 15 7 … 20 23 … 35 (43 … 55)

HZ / GAZ (%) 40 … 50 40 … 60 30 … 35 Investition T€ 45 … 55 +

Schlepper Ca. 120 + Häcksler +

Modifikationen

Ca. 215 + Schlepper +

Modifikationen Weitere Anforderungen 150… 250 kW

Schlepper Optimierte

Transportkette Rückezug und Nachhacken

Vergleich: Forsttechnik 30 … 50 €/t FM

Quellen: Scholz et al. 2007, Schweier & Becker 2012, Spinelli et al. 2011, Ehlert & Pecenka 2013

27.02.2014 13

Lagerung

Probleme und Lösungsansätze

Lagerversuche - Untersuche Aufbereitungsformen Feinhackschnitzel < 30 mm

(Grob-) Hackstücke 101 – 200 mm

Grobhackschnitzel 51 - 100 mm

Stücke 50 cm

Scheibenradhacker Farmi CH 150

Schneckenhacker, Fa. Laimet Steigung: 110 mm (65 mm)

Kurzholzscherhacker Fa. Diemer

Manuelle Ernte mit Freischneider

Ganze Bäume 4,5 - 6 m

Bündel 4,5 - 6 m

27.02.2014 15

Einfluss der Partikelgröße auf das Lagerverhalten in Haufen ohne Zwangsbelüftung

-10

0

10

20

30

40

50

Fine chips Middle chips Coarse chips Chunks Bundles

Was

serg

ehal

t u

nd

Ver

lust

e, %

Final water contentDry matter lossEnergy lossThermophylic mould

n piles and silos / 1.5 to 45 m³ 120 to 360 days

Sch

imm

elp

ilze,

cfu

/g

FM

16-22 mm 36-46 mm 56-63 mm 120-156 mm ganze Ruten

- 1.0E+07

- 1.0E+06

- 1.0E+05

- 1.0E+04

- 1.0E+03

- 1.0E+02 n = 10 n = 5 n = 4 n = 5 n = 3

n Lagerhaufen mit 1,5 … 45 m³ Lagerdauer 120 … 360 Tage

Fein Mittel Grob Hackschnitzel Hackstücke Bündel

EndwassergehaltTrockenmasseverlusteEnergieverlustethermophile Schimmelpilze

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Lagerversuche

Vliesabgedeckte Lagerhaufen/Silo ~ 500 m³, 150 t FM

G50 G30

G30

• Temperatursensoren • Bilanzbeutel

(Masseverluste, Feuchte) • Gasmessungen(O2, CO2) • Probem für Mikrobiologie

27.02.2014 17

Ergebnisse

Feinhackschnitzel (Köllitsch 2012)

Vliesabdeckung Dom-Belüftung

Kondensatschicht (Auslagerung nach 12 Monaten)

G30 G30

27.02.2014 18

Ergebnisse Vliesabdeckung

G30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-5

-2.5

0

2.5

5

7.5

10

12.5

15

17.5

20

22.5

25

01.02 15.02 01.03 15.03 05.04 15.04 03.05 15.05 31.05 15.06 28.06 15.07 31.07

Wat

er c

onte

nt (%

wb)

Pile

and

am

bien

t tem

pera

ture

(C

°)

Mas

s lo

ss (

% d

m)

Net

cal

orifi

c va

lue

(MJ/

kgw

b)

Year 2012

Mass loss calorific valuepile temperature water contentambient temperature

TrockenmasseverlustSilotemperaturAußentemperatur

HeizwertWassergehalt

Max

Min

Mas

seve

rlust

[m-%

]H

eizw

ert [

MJ/

kgFM

]

Was

serg

ehal

t [%

]Si

lo- u

nd A

ußen

tem

pera

tur [

°C]

Jahr 2012

27.02.2014 19

Ergebnisse Dom-Belüftung

G30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-5

-2.5

0

2.5

5

7.5

10

12.5

15

17.5

20

22.5

25

01.02 15.02 01.03 15.03 05.04 15.04 03.05 15.05 31.05 15.06 28.06 15.07 31.07

Was

serg

ehal

t [%

]Si

lo-u

nd A

ußen

tem

pera

tur [

°C]

Mas

seve

rlust

[m-%

]He

izw

ert [

MJ/

kg FM

]

Jahr 2012


31,6

28,2Max

Min



27.02.2014 20

Lagerergebnisse nach 6 Monaten

G30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-5

-2.5

0

2.5

5

7.5

10

12.5

15

17.5

20

22.5

25

01.02 15.02 01.03 15.03 05.04 15.04 03.05 15.05 31.05 15.06 28.06 15.07 31.07

Was

serg

ehal

t [%

]Si

lo-u

nd A

ußen

tem

pera

tur [

°C]

Mas

seve

rlust

[m-%

]He

izw

ert [

MJ/

kg FM

]

Jahr 2012


31,6

28,2Max

Min



-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-5

-2.5

0

2.5

5

7.5

10

12.5

15

17.5

20

22.5

25

01.02 15.02 01.03 15.03 05.04 15.04 03.05 15.05 31.05 15.06 28.06 15.07 31.07

Wat

er c

onte

nt (%

wb)

Pile

and

am

bien

t tem

pera

ture

(C

°)

Mas

s lo

ss (

% d

m)

Net

cal

orifi

c va

lue

(MJ/

kgw

b)

Year 2012




Max

Min

Mas

seve

rlust

[m-%

]H

eizw

ert [

MJ/

kgFM

]

Was

serg

ehal

t [%

]Si

lo- u

nd A

ußen

tem

pera

tur [

°C]

Jahr 2012

G30

Vliesabdeckung

Dom-Belüftung

Masseverlust 15 %

Wassergehalt 29,4 %

Masseverlust 22 %

Wassergehalt 29,0 %

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Einfluss der Hackschnitzelgröße Praxismaßstab

G50 / P45 G30 / P45

Optimale Hackschnitzelgröße für Trocknung und Lagerung?

27.02.2014 22

Ergebnisse Fein- und Grobhackschnitzel

G50 G30

Feinhackschnitzel (Feldhäcksler) Grobhackschnitzel (Mähhacker)

29,0

Year 2013

Mas

seve

rlust

[m-%

]

Jahr 2013

Trockenmasseverlust

Lagertemperatur

AußentemperaturWassergehalt

Was

serg

ehal

t [%

]La

ger-

und

Auß

ente

mpe

ratu

r [°C

]

Max

Min

26,0 25,6

0

1

2

3

4

5

6

7

8

18.1. 14.3. 27.3. 15.4. 29.4. 30.5. 27.6. 31.7.

Feinhackschnitzel (Feldhäcksler)Grobhackschnitzel (Mähhacker)

Anza

hl th

erm

ophi

ler

Schi

mm

elpi

lze

(log

KbE/

g FM

)

G50

G30

27.02.2014 23

Ergebnisse

G50 G30

Mähhacker Feldhäcksler

0

3

6

9

12

15

18

21

24

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

28.2 15.3 30.3 14.4 29.4 14.5 29.5 13.6 28.6 13.7 28.7

CO2-

Konz

entr

atio

n [p

pm]

O2-

Konz

entr

atio

n [%

]

G50 CO2_m

G30 CO2_m

G50 O2_m

G30 O2_m

Masseverlust [%]

20,3 22,8

Wassergehalt [%]

40,6 42,6

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Wie Lagern?

G50 G30

VP

U

Feinhackschnitzel

Grobhackschnitzel

27.02.2014 25

Wie Lagern?

G30G50

€ € € € € € € € €

€ € € € € € € + €

100 … 300 m³

500 … 1000 m³

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Zusammenfassung

• Energieholz aus Kurzumtriebsplantagen ermöglicht die besonders effiziente und umweltfreundliche Bereitstellung erneuerbarer Energie.

• Verbesserte Technologien insbesondere im Bereich Ernte und Lagerung von Agrarholz sind Grundvoraussetzung für eine Etablierung von KUP in der Landwirtschaft.

• Die Lagerung von Hackschnitzeln in unbelüfteten Haufen ist unweigerlich mit Schimmelpilzbefall und TM-Verlusten von bis zu 25 % p.a. verbunden.

• Ein neuer Anbau-Mähhacker wurde gemeinsam mit Fa. JENZ entwickelt, mit dem sowohl Fein- als auch Grobhackschnitzel kostengünstig geerntet werden können.

• Grobhackschnitzel zeigen leicht verbesserte Lagereigenschaften. • Weitere Untersuchungen zu günstigen Hackschnitzelgrößen im

Zusammenhang mit der Lagergestaltung sind zur Reduzierung von Verlusten und Schimmelpilzbefall erforderlich.

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Vielen Dank! [email protected]

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Ernte und Lagerung von KUP-Holz...27.02.2014 4 Ziel Anbau und Ernte Lagerung, Trocknung und Logistik Umweltwirkungen und Kosten Arbeitsschwerpunkte Entwicklung von ressourceneffizienten