Bioenergie aus Kurzumtriebsplantagen und Miscanthus - ist das ...

Landwirtschaftlicher Hochschultag Landinfo 5/2011
Klaus Mastel, LTZ Augustenberg
Bioenergie aus Kurzumtriebsplantagen und Miscanthus
- ist das nachhaltig?
1. Anbauflächen und
Produktionstechnik
Die Erzeugung von Bioenergie
und der Anbau der Bioenergiepflanzen
hat in den vergangenen
Jahren eine dynamische Entwicklung
erfahren. 2010 erreichte der
Anbau von Bioenergiepflanzen mit
1,83 Mio. ha (16 % der Ackerfläche)
in Deutschland einen neuen
Höchststand.
Vor diesem Hintergrund ist die Anlage
von Kurzumtriebsplantagen
(KUP) und der Anbau von Miscanthus
mit ca. 4.000 ha noch unbedeutend.
In Baden-Württemberg
wurden 2010 insgesamt 462 ha,
davon 271 ha Miscanthus und 191
KUP angebaut. KUP und Miscanthus
sind Dauerkulturen. Daher
sind der Anbau dieser Dauerkulturen
durch andere pflanzenbauliche
28
und betriebswirtschaftliche Kennwerte
(siehe Tab. 1) gekennzeichnet
als der Anbau einjähriger Kulturen.
2. Nachhaltigkeit
Die Enquête-Kommission des
Deutschen Bundestages (1) beschreibt
Nachhaltigkeit als „Konzeption
einer dauerhaft zukunftsfähigen
Entwicklung der ökonomischen,
ökologischen und sozialen
Dimension menschlicher Existenz.
Diese drei Säulen der Nachhaltigkeit
stehen miteinander in Wechselwirkung
und bedürfen langfristig
einer ausgewogenen Koordination.“
Entsprechend diesen Vorgaben ist
die Erzeugung von Bioenergie aus
KUP und Miscanthus dann nach-
haltig, wenn sie wirtschaftlich,
umweltverträglich und sozial gerecht
erfolgt.
3.1 Wirtschaftlichkeit
Die Wettbewerbsfähigkeit der Bioenergieerzeugung
aus KUP und
Miscanthus ist im Wesentlichen
abhängig von der Erzeugerpreisentwicklung
für die Marktfrüchte
des Ackerbaus, der Preisentwicklung
für Energieträger fossiler
Herkunft, von den realisierbaren
Erträgen und den Transportentfernungen.
Das Förderrecht hat eine
geringe Bedeutung, da die Erzeugung
von Wärme aus Festbrennstoffen
über das Erneuerbare
Energien Gesetz (EEG) nicht gefördert
wird. Um aus Sicht des
Landwirtes aktuell den Anbau von
KUP und Miscanthus mit dem An-
Tabelle 1: Pflanzenbauliche und betriebswirtschaftliche Kennwerte für KUP und Miscanthus
KUP (Weiden, Pappeln, Robinien) Miscanthus giganteus
Kulturarten C 3-Pflanzen, relativ winterhart, Pflanzung
in Frühjahr, 0,8 - 2 Pfl./m 2, geringe
Düngungsintensität
C 4-Pflanze, wärmeliebend, wassereffizient,
geringe Winterhärte, Pflanzung in
Frühjahr, 1 Pfl./m 2 , geringer N-und hoher
K-Bedarf
1. Nutzung, N.-intervalle nach dem 3. - 6. Jahr, 3 - 6 Jahre nach dem 2. Jahr, jährlich
Nutzungsdauer (Jahre) bis 20 ? > 20 !
Ernte Ernte im Winter, mit Fäll-Bündel-
Legetechnik oder spez. KUP-Häcksler
Ernte März - April, Maishäcksler
Erträge (dt TM/ha*a) 7 - 15 11 - 25
Wassergehalt (%) zur Ernte 50 - 55 12 - 25
Verwendung Als Hackschnitzel (hohe Volumina) oder Pellet zur Wärme- und/oder Stromerzeugung,
BtL-Kraftstoff
Arbeitsaufwand Im 1. Jahr pflegeintensiv (Anwachsen und Beikrautregulierung), danach sehr geringer
Arbeitsaufwand (nur Ernten und Düngen) je Flächeneinheit
Betriebswirtschaft Hohe Investitionskosten im 1. Jahr, langfristige Flächen- und Kapitalfestlegung, das
Kapital fließt einschließlich Zinsen jährlich (Misc.) bzw. alle 3 - 6 Jahre (KUP) zurück

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Abbildung 1: Netto-CO 2äq-Vermeidung je Hektar (3)
bau von Marktfrüchten des Ackerbaus
zu vergleichen, sind die Deckungsbeiträge
der verschiedenen
Verfahren heranzuziehen. Die
durchschnittlichen Deckungsbeiträge
von Winter- und Sommergerste,
Winterraps, Winterweizen
und Körnermais bewegten sich in
Baden-Württemberg bei den relativ
hohen Erzeugerpreisen ex Ernte
2010 zwischen 500 und 950
€/ha und ex Ernte 2009 zwischen -
120 und 200 €/ha (niedrige Erzeugerpreise).
Laut Berechnungen
des LTZ betragen die Deckungsbeiträge
von KUP (10 - 15 t
TM/ha*a, 70 - 100 €/t TM) 10 - 600
€/ha*a und bei Miscanthus (12 -
18 t TM/ha*a, 70 - 100 €/t atro)
200 - 900 €/ha*a. Diese Zahlen
zeigen, dass der Anbau von KUP
und Miscanthus durchaus mit den
Marktfrüchten des Ackerbaus mithalten
kann. Dies wird begünstigt
durch die derzeit hohen Hackschnitzelpreise.
Die Landwirte
scheuen jedoch die langjährige
Flächenfestlegung, da sie die
Marktchancen, die sich durch den
Anbau von einjährigen Marktfrüchten
mit hohen Erzeugerpreisen
während der Festlegungszeit bieten,
nicht nutzen können.
Die Bereitstellung von Häckselgut
ist im Vergleich zu Heizöl oder
Erdgas günstig. Holzhackschnitzel
aus dem Wald wurden im 1. Quartal
2011 mit durchschnittlich 97 €/t
bei 35 % Feuchte gehandelt (2).
Die Hackschnitzelmenge, die einem
Liter Heizöl (Kosten am
28.05.2011 (3): 82 Cent/l) entspricht,
kostete demnach 31,09
Cent. Da sich die Vollkosten zur
Bereitstellung der Hackschnitzel
aus KUP und Miscanthus zwischen
40 und 100 €/t (35 %
Feuchte) bewegen, kann die
Landwirtschaft den Holzhackschnitzelpreis
einhalten und dabei
Gewinne erzielen.
Entscheidend für die Vorzüglichkeit
der Bioenergie sind nicht nur
die Rohstoffkosten sondern auch
die Kosten der Heizanlage (Investitionskosten,
laufende Kosten einschließlich
Arbeitsaufwand). Vor
allem die hohen Lagervolumina
sind wegen der geringen Schüttdichte
des Häckselgutes zu berücksichtigen.
Daher sind weite
Transportwege zu vermeiden und
dezentrale „kleine“ Einheiten erforderlich.
Erste Praxisbeispiele
wie das Nahwärmenetz der Bioenergie
Hoffenheim (auf Mis-
canthusbasis) zeigen, dass sich
die Bioenergieerzeugung (Anbau
und energetische Verwertung)
durch Festbrennstoffe sowohl für
den Wärmeanbieter als auch für
den Wärmekunden wirtschaftlich
darstellen lässt.
3.2 Umweltverträglichkeit
Bei den Umweltzielen hat die Verringerung
des Neueintrages von
Treibhausgasen in die Atmosphäre
bei der energetischen Verwertung
von Biomasse hohe Priorität.
Laut wissenschaftlichem Beirat der
Bundesregierung (4) weist die Energieerzeugung
aus Hackschnitzeln
die höchsten Netto-CO2äq-
Vermeidengsmengen (Abb. 1) und
die geringsten CO2äq-Vermeidungskosten
(nicht abgebildet)
auf.
Bei der Umweltverträglichkeitsprüfung
sind neben der Klimarelevanz
die Wirkungen auf Boden (Humushaushalt,Erosionsgefährdung),
Grundwasser und Oberflächengewässer
(Eintrag von Nähr-
und Schadstoffen) sowie die Biodiversität
zu prüfen.
29

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Tabelle 2: Vorräte an organischem Kohlenstoff (C org) im Boden unter den verschiedenen Kulturen (5)
Kultur Chinaschilf Weiden Pappeln *)
Art/ Sorte M. giganteus Björn Tora Max 4 AF 2 Hybride 275
Pflanzjahr 1989 1994 2009 1994 1994 2009 2007 2009 2007 2009 2007 2009
Tiefe (cm) Corg-Menge (t/ha)
Zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit
dürfen die Humusbilanzen auf
Dauer nicht negativ ausfallen. Da
bei Bioenergiepflanzen in der Regel
die gesamte oberirdische
Pflanzenmasse abgefahren wird,
sind bei fehlender organischer
Düngung die Auswirkungen auf
den Humusgehalt im Boden negativ.
Dies gilt jedoch nur für einjährige
Kulturen. Untersuchungen des
LTZ (5) zeigen, dass die Umstellung
der Ackernutzung von einjährigen
Kulturen auf Dauerkulturen
(Miscanthus und KUP) zu einer
beträchtlichen Anreicherung an
organischem Kohlenstoff im Boden
führt (Tab. 2). Die durchschnittlichen
jährlichen Zunahmen
an Corg liegen in der Größenordnung
von 1 t Corg/ha*a (0 - 90 cm
Bodentiefe). Zumindest kurz- und
mittelfristig kann das Treibhausgas
CO2 in beträchtlicher Menge klimaunschädlich
im Boden gebunden
werden.
Durch den Bewuchs der Fläche
und durch die organische Substanz
auf der Bodenoberfläche ist
die Erosionsgefährdung als sehr
gering einzustufen.
Für Miscanthus lässt sich zusätzlich
ein positiver Beitrag für den
Wasserschutz nachweisen (6). In
30
0-5 19,3 16,1 7,3 18,4 17,1 3,8 15,9 7,5 13,5 7,3 15,1 7,2
5-10 13,0 12,5 7,1 12,5 12,3 3,8 13,0 7,4 12,1 7,8 12,5 7,2
10-20 18,4 19,4 13,5 19,3 17,1 7,6 15,6 14,7 14,6 15,5 16,2 14,1
20-30 17,0 17,8 14,0 15,2 14,9 8,1 13,4 14,0 10,1 15,1 12,6 14,5
30-50 8,9 9,6 14,9 8,1 9,5 10,2 11,2 9,7 4,8 9,6 4,8 10,4
50-90 10,3 6,7 11,2 7,3 3,4 8,9 9,7 9,3 7,3 9,7 7,3 7,2
0-90 86,8 82,1 68,0 80,8 74,3 43,3 78,8 62,6 62,4 65,2 68,5 60,5
*) auf den 2007 bepflanzten Pappelflächen standen 1994 bis 2004 bereits Kurzumtriebshölzer, 2006 und 2007 folgte mehrjähriges
Kleegas, das nicht genutzt wurde, dann die Pappelpflanzung.
einem fünfjährigen Projekt (1994 -
1999) wurde die N-Verlagerung
unter Acker, Grünland und Miscanthus
untersucht. Lt. ROHMANN
et al. (7) zeigen die Untersuchungen,
dass der Miscanthusanbau
eine äußerst grundwasserschonende
Landbewirtschaftung darstellen
kann und ein verstärkter
Anbau, insbesondere in Wasserschutzgebieten
mit nitratbelastetem
Grundwasser grundsätzlich
wünschenswert wäre.
Kurzumtriebsplantagen können
vielen Pflanzen- und Tierarten einen
Lebensraum bieten, insbesondere
im Bereich zwischen den
Gehölzreihen. Wichtige Faktoren,
die einen Einfluss auf die Vielfalt
haben, sind die Flächengröße und
-auswahl, die Form und Struktur
der Bestände (klein, langgestreckt),
die Wahl der Baumart
bzw. Sorte, die Länge der Umtriebszeit
(Bestandesalter), die
Pflanzdichte sowie die Intensität
der Bewirtschaftung (8, 9).
Die Dauerkulturen dürfen aus
Sicht des Naturschutzes und des
Landschaftsbildes (10) nicht auf
Magerrasen, Feuchtwiesen, Bachauen,
Waldwiesen, Mooren oder in
der im Schwarzwald ausgewiesenen
Mindestflur etabliert werden.
3.3 Sozialverträglichkeit
Folgende Vorteile sind allen Bioenergieträgern
gemeinsam: Es
werden fossile Energieträger und
Devisen eingespart sowie ein Beitrag
zur Sicherung der Energieversorgung
geleistet. Die Wirtschaft
erzielt eine zusätzliche
Wertschöpfung.
Durch Exporte von EE-Technik
(EE: Erneuerbare Energien), durch
Investitionen und durch den Betrieb
von EE-Anlagen werden Arbeitsplätze
gesichert und neue geschaffen.
Für den Verbraucher sind die teilweise
deutlich höheren Kosten der
Bioenergie bei Strom und Kraftstoffen
nachteilig. Dies ist bei der
Erzeugung von Wärme aus Miscanthus
bei Beachtung der relevanten
Kriterien jedoch nicht der
Fall (siehe unter Nr. 3.1).
In Europa und in Deutschland stehen
Acker- und Grünlandflächen
zur Verfügung, die nicht für die Erzeugung
von Nahrungs- und Futtermitteln
gebraucht werden (11).
Aus ethischen Gründen darf die
Diskussion zu Tank und/oder Teller
nicht nur für Deutschland geführt
werden. Auf jeden Fall sind
die Ausbauziele für Bioenergie un-

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6000 l Heizöläq./ha*a
5000
4000
3000
2000
1000
ter Berücksichtigung der Flächenkonkurrenz
zur Erzeugung von
Nahrungsmitteln mit dem geringst
möglichen Flächenanspruch zu
realisieren, d. h. die Bioenergieerzeugung
je Flächeneinheit ist zu
optimieren. Aus Abbildung 2 sind
die realisierbaren Biomasse- und
Energieerträge in Baden-Württemberg
ersichtlich.
Der vergleichsweise hohe Energieertrag
von Miscanthus ergibt
sich einerseits aus dem Biomasseertrag
und andererseits auf
Grund des geringen Wassergehaltes
zum Erntezeitpunkt. Der Energieertrag
(frei Feld) von schnellwachsenden
Hölzern ist insbesondere
wegen des hohen Wassergehaltes
zum Erntezeitpunkt niedriger.
4. Fazit
0
Getreidestroh Getreidestroh ** ** (6 (6 t) t)
2474
Getreidekorn Getreidekorn (7 (7 t) t)
2835
Heu Heu Heu (5,5 (5,5 (5,5 t t t TM) TM) TM)
1996
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
Die dezentrale Erzeugung und
energetische Verwertung von Miscanthus
und KUP ist hinsichtlich
Klima-, Boden- und Wasserschutz,
Biodiversität und Sozialverträg-
3446
KUP KUP (12 (12 t t TM, TM, 60 60 % % TS) TS)
6200
Miscanthus Miscanthus (15 (15 t t TM, TM, 85 85 %TS) %TS)
4945
Mais Mais Mais Mais (17 (17 (17 (17 t t t t TM) TM) TM) TM)
3952
*: potenziell erreichbare Energieerträge frei Feld (1 – 5), nach Erzeugung von Biogas und Biokraftstoffen (6 – 11), die jedoch nichts über die
realisierbaren Wirkungsgrade aussagen.
**: Heizwert fester Biomassen berechnet in Abh. vom Wassergehalt nach Leitfaden Bioenergie 2005
Getreide Getreide Getreide Getreide (12 (12 (12 (12 t t t t TM) TM) TM) TM)
lichkeit insgesamt positiv zu beurteilen.
Wie erste Praxisbeispiele
zeigen, lässt sich die Bioenergieerzeugung
aus Miscanthus bei
Beachtung relevanter Kriterien
wirtschaftlich darstellen.
Im Vergleich zu den flüssigen und
gasförmigen Bioenergieträgern
führt die Bioenergie aus KUP und
Miscanthus in Deutschland noch
ein Schattendasein. In Skandinavien,
den britischen Inseln und in
den baltischen Staaten werden
diese schnellwüchsigen Dauerkulturen
auf mehreren zehntausend
Hektar angebaut und energetisch
verwertet. Das Johann Heinrich
von Thünen-Institut (12) kommt im
Rahmen einer europäischen Forschertagung
im April 2011 zur klimaverträglichen
Nutzung von Bioenergiepflanzen
zu dem Schluss:
„Während die aus Sicht des Klimaschutzes
effizientesten mehrjährigen
Energiepflanzen in
Deutschland noch erforscht werden
müssen, sind sie in vielen
Ländern bereits praxisreif. Die
deutsche Bioenergieförderung hat
2765
Grassilage Grassilage Grassilage Grassilage (9 (9 (9 (9 tt tt TM) TM) TM) TM)
Biodiesel
Biodiesel
(Rapskörner (Rapskörner 3,99 3,99 t) t)
1700
die effizientesten Klimaschutzwege
bisher vernachlässigt“.
Literatur
Ethanol Ethanol Ethanol
(Getreide (Getreide (Getreide 7 7 7 t) t) t)
1627
Ohne Bewertung
von Raps-extr.schrot
bzw.
Schlempe und
Stroh
Abbildung 2: Realisierbare Energieerträge (l Heizöläquivalent/ha*a) in Baden-Württemberg
BtL
2600
6 6 t t G.-stroh G.-stroh + + 7 7 t t G.G.körnerkörner (1) DEUTSCHER BUNDESTAG,
1998: „Schutz des Menschen
und der Umwelt – Ziele und
Rahmenbedingungen für eine
nachhaltig zukunftsverträglichen
Entwicklung“; Abschlussbericht
der Enquête-
Kommission des Deutschen
Bundestages, Drucksache
131120 vom 26.06.1998
(2) CARMEN, 2011: „Preisentwicklung
von Waldhackschnitzeln“;http://www.carmenev.de/dt/energie/bezugsquelle
n/hackschnipreise.html,
27.05.2011
(3) TECSON HEIZÖLPREISE
2011: „Aktuelle Entwicklung
der Heizölpreise“;
http://www.tecson.de/tecsonheizoel-500.html,
28.05.2011
31

Landwirtschaftlicher Hochschultag Landinfo 5/2011
(4) WISSENSCHAFTLICHER BEI-
RAT Agrarpolitik beim Bundesministerium
für Ernährung,
Landwirtschaft und
Verbraucherschutz, November
2007: „Nutzung von Biomasse
zur Energiegewinnung
– Empfehlungen an die Politik
– http://www.bmelv.de
(5) DELLER B, MASTEL K., 2011:
„Humusanreicherung unter
Dauerkulturen nachwachsender
Rohstoffe“; landinfo Nr. 3
(6) STOLZENBURG K., 2011:
„Anbau von Schilfgras (Miscanthus
giganteus) auf Acker-
und Grünlandflächen unter
dem Aspekt der Nitratverlagerung“;
landinfo Nr. 3
(7) ROHMANN U., Ball T.,
HIERSCH M., 1999: „Ökologische
Landnutzung durch den
Anbau von Schilfgras im
32
Schutzgebiet des Zweckverbandes
Mühlbach“; Abschlussbericht
des Technologiezentrum
Wasser Karlsruhe
zum Projektzeitraum 1994 -
1998 (unveröffentlicht).
(8) KROIHER F., BAUM S., BOLTE
A., 2010: „Pflanzenvielfalt“; In:
DBU (Hrsg.) Kurzumtriebsplantagen
- Handlungsempfehlungen
zur naturverträglichen
Produktion von Energieholz
in der Landwirtschaft
(9) SCHULZ U., BRAUNER O.,
GRUß H., MANNHERZ C.,
2010: „Zoodiversität - Förderung
der Tierwelt auf Kurzumtriebsplantagen.“;
In: DBU
(Hrsg.) Kurzumtriebsplantagen
- Handlungsempfehlungen
zur naturverträglichen
Produktion von Energieholz in
der Landwirtschaft
(10) NERLICH K., 2010: „Wirkungen
von Kurzumtriebshölzern
auf die Umwelt“, Tagung für
Natur-schutzbeauftragte der
Land- und Stadtkreise am
19.05.2010 an der Akademie
für Natur- und Umweltschutz
Baden-Württemberg
(11) BUNDESMINISTERIUM FÜR
UMWELT, NATURSCHUTZ und
REAKTORSICHERHEIT, Bundesministerium
für Ernährung,
Landwirtschaft und
Verbraucherschutz, 2009:
„Nationaler Biomasseaktionsplan
für Deutschland“,
http://www.bmelv.de
(12) JOHANN HEINRICH von Thünen-Institut,
2011: “Energiepflanzen
sind unterschiedlich
klima-freundlich“; Pressemitteilung
vom 19.04.2011,
http://www.vti.bund.de