Technolog ie - und För der zent r um im Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe P 10 L Wi 010 Aktuelle Entwicklungen im Energie- und Rohstoffpflanzenanbau

Technolog ie - und För der zent r umim Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe P 10 L Wi 010

Aktuelle Entwicklungen im Energie- und Rohstoffpflanzenanbau

Dr. Bernhard WidmannDr. Maendy Fritz

Technologie- und Förderzentrum (TFZ)

Netzwerktreffen Nachwachsende RohstoffeStraubing, 25. März 2010


Technologie- und Förderzentrum (TFZ)

Widmann • Thuneke • Emberger

Forschung, Förderung und Transferfür Nachwachsende Rohstoffe

08 L Wi 107


08 L Wi 093

Widmann

Forschung am TFZ – Auswahl wichtiger Schwerpunkte

Energiepflanzen• Neue Anbausysteme und Fruchtfolgen• Neue Energiepflanzen (z.B. Hirsen)• Stoffstromanalyse (z.B. Biogasgärrest) ExaktparzellenExaktparzellen

TraktorprüfstandTraktorprüfstand

Biogene Kraftstoffe• Optimierung der Herstellungsverfahren• Normung von Rapsölkraftstoff (RK)• Emissionsprüfung an RK-Traktoren

FeuerungsprüfständeFeuerungsprüfstände

Biogene Festbrennstoffe• Brennstoffnormung und Methodik• Emissionsprüfung an Feuerungen• Feinstaubminderung


Systematik von Nachwachsenden Rohstoffen

07 L Wi 022

Widmann

Nachwachsende Rohstoffe

energetische Nutzung

biogene Festbrennstoffe

Biotreibstoffe

Biogas

stoffliche Nutzung

Holz, Cellulose

Stärke

Fasern

Eiweiß

Pflanzenöle

Energieumformung

Wärme Kraft

MobilitätStrom



Systematik der biogenen Festbrennstoffe

07 L Wi 117

Widmann


Holzbrennstoffe

Scheitholz

Waldhackschnitzel

Pellets

Reststoffe (z.B. aus Sägewerk) ScheitholzScheitholz

HackschnitzelHackschnitzel

PelletsPellets



07 L Wi 012

Widmann


Holzbrennstoffe halmgutartige Brennstoffe

Scheitholz

Waldhackschnitzel

Pellets

Reststoffe (z.B. aus Sägewerk)

Stroh

Energiepflanzen (Miscanthus)

Getreidekörner

Reststoffe (z.B. aus Mühle)



07 L Wi 118

Widmann


halmgutartige Brennstoffe

Stroh

Energiepflanzen (Miscanthus)

Getreidekörner

Reststoffe (z.B. aus Mühle)StrohStroh

MiscanthusMiscanthus

GetreideGetreide



07 L Wi 022

Widmann




Biotreibstoffe

Biogas

Energieumformung

Wärme Kraft

MobilitätStrom

Biotreibstoffe

stoffliche Nutzung

Holz, Cellulose

Stärke

Fasern

Eiweiß

Pflanzenöle


Systematik der biogenen Kraftstoffe

07 L Wi 023

Widmann

Biokraftstoffe

„erste Generation“ „zweite Generation“

Biodiesel

Rapsölkraftstoff

Bioethanolauf Basis Zucker und Stärke

Biogas/Biomethan

Bioethanolauf Basis Lignozellulose

Biomass to Liquid-Kraftstoffe(BtL)

Biowasserstoff

umsetzbar im Forschungsstadium


Rohstoffe für die Biokraftstoffproduktion

07 L Wi 019

Widmann

Pflanzenöle und Biodiesel:Pflanzenöle und Biodiesel:ÖlpflanzenÖlpflanzen

Ethanol: zucker- undEthanol: zucker- undstärkehaltige Pflanzenstärkehaltige Pflanzen

GetreideGetreide ZuckerrübeZuckerrübe KartoffelKartoffel

Bildquellen: TFZ, www.schule-bw.de, www.wwf.de, www.bayerischer-wald-ferien.de

LCB-Ethanol und BtL:LCB-Ethanol und BtL:Stroh, Energiepflanzen, (Holz)Stroh, Energiepflanzen, (Holz)

Biogas:Biogas:EnergiepflanzenEnergiepflanzenund Gülleund Gülle


06 L Wi 096

Biogene Kraftstoffe

RapsölkraftstoffRapsölkraftstoff BiogasBiogas

BtLBtLBioethanolBioethanolBiodieselBiodieselWidmann



07 L Wi 022

Widmann




Biotreibstoffe

Biogas

Energieumformung

Wärme Kraft

MobilitätStrom

Biogas

stoffliche Nutzung

Holz, Cellulose

Stärke

Fasern

Eiweiß

Pflanzenöle


Produktion von Biogas

07 L Wi 020

Widmann

GülleGülle

EnergiepflanzenEnergiepflanzen

BiogasBiogas

Gärrest (org. Dünger)Gärrest (org. Dünger)

Bildquellen: TFZ, www.bayerischer-wald-ferien.de, ljm.dk,www.fam.weihenstephan.de

BiogasanlageBiogasanlage


Nutzungsmöglichkeiten von Biogas

07 L Wi 021

Widmann

Kraft-Wärme-KopplungKraft-Wärme-KopplungKWKKWK(Strom, Wärme)(Strom, Wärme)

Bildquellen: TFZ, www.ooeferngas.at, www.stadtwerke-buehl.de,www.heiztechnikshop.de

MobilitätMobilität

MobilitätMobilität

Einspeisung ins GasnetzEinspeisung ins Gasnetz

WärmeWärme

KWKKWK


Primärenergie aus erneuerbaren Energieträgern D. 2008

09 L Wi 124

Widmann

Verbrauch: 14.003 PJdavon ern.E.: 979 PJ

(7,0 %)Biomasse: 5,1 %

Quelle:BMU 2009: Erneuerbare Energien in Deutschland

Biomasse gesamt:73,3 %


09 L Wi 133

Widmann

Nahrungs-/ Futterzwecke

83%

NaWaRo17%

Anteil der Nachwachsenden Rohstoffe an der Ackerfläche

Deutschland 2008

Ca. 10 Mio ha

Ca.2 Mio ha

Ackerfläche:ca. 12 Mio ha

Quelle: FNR 2009


09 L Wi 134

Widmann

Nachwachsende Rohstoffe in DeutschlandGliederung nach Einsatzbereichen 2008

Quelle: nach Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. 2009

Raps(Biodiesel/Rapsölkraftstoff)

Pflanzen fürBiogas

Pflanzen fürstoffliche Nutzung

1.000.000 ha49 %

500.000 ha25 %

276.000 ha14 %

Gesamtfläche 2008:2,026 Mio ha (17 % der AF)davon 86 % energet. Nutzung

Pflanzen fürBioethanol

250.000 ha12 %


10 P Fr 001

Fritz, Widmann

Quellen: eurostat 2009 und Statistisches Bundesamt

Entwicklung der Anbaufläche von Silomais in Deutschland

13651326

123512031154

11191173

1248 1263

1346

1471

15671647

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

An

ba

ufl

äc

he

Jahr

Silomais inkl. Liesch-Kolben-Schrot

Körnermais inkl. Corn-Cob-Mix Tsd. ha


Maisanbaufläche in Bayern 2008

09 P Fr 123

Fritz

Quelle: LfL-IPZ 4a,

Landessortenversuch Silomais mittelfrüh 2008


10 P Fr 007

Fritz

Anbau und Nutzung von Mais in Bayern

Quelle: DMK

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

350.000

400.000

450.000

500.000

2006 2007 2008 2009

An

ba

ufl

äc

he

Jahr

Energiemais

Futter- o. Energiemais

Körnermais + CCM

Silomais

ha


10 P Fr 005

Fritz

Biogas-Substrate in Bayern

5,0

7,8

77,2

1,1 8,9nur Wirtschaftsdünger

nur Nawaros

Nawaros und Wirtschaftsdünger

Kofermente

Kofermente, Wirtschaftsdünger und/oder Nawaros Quelle:

Röhling & Wild Biogasproduktion in Bayern 2007, LfL


10 P Fr 006

Fritz

Einsatzhäufigkeit von Nawaros als Biogas-Substrat

83,6

42,7

59,3

37,7

10,7

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Mais Getreide-GPS Grassilage Körner sonstiges

Ein

sa

tzh

äufi

gk

eit

SubstratQuelle:Röhling & KeymerBiogasproduktion in Bayern 2006 – Ergebnisse einer Umfrage, LfL

% Angaben nur von 403 von 1.231 befragten Biogasanlagen


10 P Fr 018

Fritz

Warum ist Mais die überragende Biogas-Kultur?• höchste Biomasseerträge je Hektar höchste Methanerträge

• weites Sortenspektrum je nach Standort und Fruchtfolgestellung verfügbar z.B. etwas spätere Sorten für Biogasnutzung empfohlen auch als Zweitfrucht nutzbar

• bekannte und optimierte Produktionstechnik mit hoher Schlagkraft verfügbar

• gute Verwertbarkeit von Wirtschaftsdüngern

• flexible Nutzbarkeit

• selbstverträglich


Klimaänderung – Auswirkungen des Trockenjahres 2003

07 L Wi 076

Widmann

Entwicklung der Flächenerträgevon Körnermais und CCMin Deutschland 1999 - 2005

Entwicklung der Flächenerträge von Silomais

in Deutschland 1999 - 2005

Quelle: Deutsches Maiskomitee 2006

0

20

40

60

80

100

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005Jahr

Ert

rag

dt/ha

0

100

200

300

400

500

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005Jahr

FM

-Ert

rag

dt/ha


10 P Fr 008

Fritz

Sorghum: Vorteile bei Sommertrockenheit

• wurzelt bis 2 m tief

• enormes Wasseraneignungsvermögen

• kann Bodenwasservorrat ausschöpfen

• hohe Trockenheitstoleranz

• etagenweise Blattreduktion

• Wachstumsstopp statt Absterben

• Risiko Kulturverlust vermindert

• Wassernutzungseffizienz ähnlich Mais

Mais im Trockenstress


Fritz, Widmann

Sorghumhirse

• Verwertungsmöglichkeiten Biogassubstrat Ethanol aus zuckerhaltigen Stängeln (Ethanol aus stärkehaltigen Körnern) stoffliche Nutzung (Besenhirse) Futtermittel (Silage, Grünschnitt, Beweidung) Nahrungsmittel (Melasse, glutenfreie Körner, Bier)

• Züchtungziele Frühreife für höhere Trockensubstanz bessere Standfestigkeit bei hohen Typen Kühletoleranz für frühere Saat noch höhere Trockenheitstoleranz

• Produktionstechnik flexibler Anbau mit vorhandenen Geräten, z.B. Einzelkorn- sowie Drillsaat, Maishäcksler Saatstärken je nach Art und Typ

10 L Wi 028


10 P Fr 022

Fritz

Sorghum – aktuelle Forschungsarbeiten• Optimierung der nachhaltigen Produktionstechnik Versuche unter bayerischen Bedingungen z.B. Einordnung als Zweitfrucht, Düngung mit Gärresten, Sätechnik

• Erhöhung der Diversität des Energiepflanzenspektrums deutschlandweites Verbundprojekt u.a. sommertrockene Standorte und Rekultivierungsflächen Lysimeterversuche zur Wassernutzungseffizienz

• Züchterische Optimierung der Kühletoleranz und Wassernutzungseffizienz genetische Diversität von Sorghumlinien im Fokus umfangreiche Erhebungen zu phänotypischen Merkmalen Beregnungs- und Trockenstress-Varianten Projektpartner vTI: FACE-Anlage für erhöhtes CO2-Angebot

• Zuckerhirse für Ethanolproduktion hohe Zuckergehalte im Stängel direkt für alkoholische Vergärung nutzbar Reststoffe für LCB-Ethanol und thermische Verwertung Prüfung der dezentralen Verwertung unter bayerischen Bedingungen


10 P Fr 012

Fritz

Sorghum-Sortenscreening seit 2006: insgesamt 278 Sorten

Beerntung mit reihen-unabhängigem Maishäcksler


10 P Fr 014

Fritz

Sorten- und produktionstechnische Versuche


10 P Fr 011

Fritz

Versuche zu Kühle- und Trockentoleranz von Sorghum

späte Saat

frühe Saat

in 2010 und 2011 Vergleich von 65 Sorghumlinien und 1 Maissorte

auf insgesamt 2,4 ha


10 P Fr 009

Fritz

Energiepflanzen-Fruchtfolgen


10 P Fr 015

Fritz

Forschungsgebiet Stoffkreisläufe bei Gärrestverwertung

• Gärreste sind Wirtschaftsdünger mit hoher Nährstoffkonzentration geringem TS-Gehalt geringer Humusrückführung hohem pH-Wert

• verlustarme Ausbringtechnik

• Ersatz von Mineraldüngern weitgehend möglich Unterfuß- und Spätdüngung tw. problematisch Kurz- und Langzeitwirkung noch in Forschung

• Kostenfaktor Gärresttransporte beachten beeinflussbar über TS-Gehalt Biogassubstrat

• im Anlagenumkreis hoher Anfall von Gärresten nicht-proportionale Ausbringung auf Flächen Grenzwerte für Nährstoffüberschüsse beachten


10 P Fr 017

Fritz

Mehr Biodiversität durch Kulturen mit ökologischem Nutzennur geringere Flächenerträge, aber kurze Vegetationszeit können Substratmangel ausgleichen vermeiden Erosion und Auswaschung Unkrautunterdrückung

Nutzungsmöglichkeiten Humusmehrung Bienenweide Biogassubstrat

Amarant SaflorQuinoaBuchweizen


10 P Fr 004

Fritz

Langzeiterhebungen und Modellvorhaben zu Miscanthus• Dauerkultur mit über 20-jähriger Nutzung

• Anlagejahr kosten- und pflegeaufwändig, im 3. Jahr erster Ertrag

• geringer Dünge- und PSM-Aufwand

• Ernte mit vorhandener Maishäcksel- oder Mähtechnik

• geringe Schüttdichte hoher Transport- oder Verdichtungsaufwand

• vorzügliche Verwertungsrichtung noch unklar etablierter Absatzmarkt für Rhizome Brennstoff, Einstreu, Mulchmaterial

• Problematik halmgutartiger Brennstoff beachten

• nach neuesten Erkenntnissen Wirtspflanze für Westlichen Maiswurzelbohrer (Spencer & Ragu, PLoS ONE, 2009) Einschätzung Risiko als Käferreservoir


10 P Fr 016

Fritz

Unter Beobachtung: IGNISCUM®

• Riesenknöterich

• spezielle Züchtung exklusiver Vertrieb durch Fa. Conpower angeblich keine horizontale Ausbreitung

• eingetragene Sorte

• Nutzungsmöglichkeiten thermische Verwertung (Ernte im Frühjahr) Biogassubstrat (Sorte CANDY)

• sehr hohe Flächenerträge möglich ungenaue Hochrechnung in Broschüre hohle Stängel: optisch üppig ...

• Tiefwurzler Beseitigung nach Nutzungsende schwierig


Schriftenreihe „Berichte aus dem TFZ“

08 L Wi 039

Widmann, Sporrer

Download unter www.tfz.bayern.de


06 L Wi 043

Widmann

Technologie- und Förderzentrum im Internet

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Internet:

www.tfz.bayern.de


09 P Fr 142

Fritz

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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