Stand der Technik bei der Ernte von Energiewäldern

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Stand der Technik bei der Ernte von Energiewäldern

Seite 610 · Nummer 46 · Holz-Zentralblatt Energiewälder

Freitag, 11. Juni 2004

Stand der Technik bei der Ernte von Energiewäldern

Wirtschaftlichkeit schnell wachsender Baumarten auf landwirtschaftlich genutzten Flächen stark abhängig vom Ernteverfahren

Von Frank Burger *, Freising, und Volkhard Scholz **, Bornim

Wegen den geringen Stückmassen spielen die Erntekosten eine

zentrale Rolle für die Wirtschaftlichkeit des gesamten Produktionssystems

Energiewald. Mit der Beerntung der Energiewälder

eröffnen sich inzwischen auch für klassische Forstmaschinen

bzw. Forstmaschinen mit modifizierten Ernteaggregaten

neue Einsatzgebiete. Im Folgenden wird ein Überblick über die

aktuelle Technik der Ernte von Kurzumtriebswäldern gegeben

und die Kosten und Leistungsdaten ausgewählter Ernteverfahren

aufgezeigt.

Der Anbau von schnellwachsenden

Baumarten zur Energieerzeugung

auf ehemals landwirtschaftlich

genutzten Flächen (Energiewald,

Kurzumtriebswald, Feldholz) ist

nicht nur vor dem erklärten Ziel der

Bundesrepublik, den Anteil der erneuerbaren

Energieträger bis zum Jahr 2010

zu verdoppeln, interessant, sondern

auch in Hinblick auf die Erweiterung

der EU. In den zehn Beitrittsländern

werden in den nächsten Jahren einige

Millionen Hektar Acker- und Weideland

aus der Nutzung ausscheiden.

Beim Anbau dieser Energiewälder

macht man sich die Fähigkeit von

Baumarten wie Balsampappel und

Korbweide zu Nutze, nach der Ernte

wieder aus dem Stock auszuschlagen.

Nach dem Prinzip einmal pflanzen,

mehrmals ernten, kann so der Energierohstoff

Holz viele Jahre auf stillgelegten

landwirtschaftlichen Flächen bereitgestellt

werden. Mit dieser neuen Landnutzungsform

können durchschnittliche

Masseerträge von 10 t Trockenmasse

pro Jahr und Hektar erzielt werden,

was einem Energieäquivalent von etwa

5 000 l Heizöl entspricht.

Im Vergleich zur konventionellen

Forstwirtschaft sind Energiewälder

durch extrem kurze Umtriebszeiten gekennzeichnet

und folglich durch hohe

Stammzahlen pro Hektar mit sehr ge-

* Frank Burger ist wissenschaftlicher Mitarbeiter

an der Bayerischen Landesanstalt

für Wald und Forstwirtschaft. Sachgebiet

IV, Betriebswirtschaft und Waldarbeit.

** Dr.-Ing. Volkhard Scholz ist wissenschaftlicher

Mitarbeiter am Institut für

Agrartechnik Bornim e.V. (ATB) in der

Abteilung Aufbereitung, Lagerung und

Konservierung.

ringen Stückmassen zum Zeitpunkt der

Ernte. Nach der ersten Ernte, also nach

Abschluss des ersten Umtriebes, ist von

mehreren Trieben je Stock auszugehen.

Wegen des Stückmassegesetzes ist die

technische Arbeitsproduktivität bei der

Ernte derartiger Bestände sehr niedrig.

Als Vorteil gegenüber der konventionellen

Forstwirtschaft kann allerdings

die kahlschlagartige Nutzung und die

bessere räumliche Ordnung aufgrund

eines exakten Pflanzverbandes gelten.

Dieser ermöglicht den Einsatz vollmechanisierter

reihengebundener Ernteaggregate.

Wegen den geringen Stückmassen

spielen die Erntekosten eine zentrale

Rolle für die Wirtschaftlichkeit des

gesamten Produktionssystems Energiewald.

Teilmechanisierte Ernte

Bei dem motormanuellen Verfahren

arbeitet ein Zweiertrupp beim Fällvorgang

zusammen. Der Motorsägenführer

übernimmt den Fällschnitt, der zweite

Arbeiter führt mithilfe einer Fällgabel

(Länge etwa 2 m) die Pappelstämme

und gibt ihnen die gewünschte Fällrichtung.

Damit lässt sich eine gleichmäßige

parallele Lage der Bäume nach der Fällung

erreichen. Mithilfe der Fällgabel

kann sich der zweite Arbeiter während

des Fällvorgangs immer außerhalb des

Gefahrenbereichs der Motorsäge bewegen.

Der Trupp wechselt sich nach einem

selbst gewählten Rhythmus mit den Tätigkeiten

Absägen und Zufallbringen

gegenseitig ab. Dadurch wird die einseitige

körperliche Belastung für den Motorsägenführer

reduziert und eine ganztägiges

Arbeiten möglich. Anschließend

werden die Bäume von einem mobilen

Einachshacker mit Kranbeschickung

gehackt.

Vollmechanisierte Ernte

Claas-Häcksler mit

Gehölzschneidwerk

Zu Beginn der 90er Jahre hat die

Firma Claas ein spezielles Schneidwerk

(Salix-Vorsatzgerät) in das Produktionsprogramm

mit aufgenommen, das

an einen herkömmlichen Feldhäcksler

montiert wird und zur Ernte von

schnellwachsenden Baumarten bis zu

einem Trenndurchmesser von 70 mm

geeignet ist. Dieses für Doppelreihen

konzipierte Schneidwerk wird seit

mehreren Jahren in Schweden und

Dänemark für die Ernte von Weiden

eingesetzt. Kennzeichnend für dieses

Ernteaggregat sind eine hohe Flächenleistung

und homogene Hackschnitzel

(Tabelle 1). Die Bäume werden mit zwei

Kreissägeblättern in 10 bis 15 cm Höhe

abgeschnitten und anschließend horizontal

der Häckseltrommel zugeführt.

Die Frontgabel setzt den jeweiligen

Baum unter Spannung, sodass das

Stammende in den Einzugsschacht gedrückt

wird. Das Hackgut wird auf einen

vom Häcksler selbst gezogenen Anhänger

oder auf einen parallel mitlaufenden

Traktoranhänger mit Häckselaufbauten

geworfen.

Modifizierter Zuckerrohrernter

Der „Austoft 7700“ ist ein Zuckerrohr-Vollernter

der australischen Firma

Austoft Industries, der für die Ernte von

2- bis 4-jährigen Weiden und Pappeln

leicht verändert wurde und u. a. in

Schweden und Großbritannien zum

Einsatz kommt. Nach Angaben der Betreiber

erreicht diese Erntemaschine in

der 250-kW-Ausführung relativ hohe

Flächenleistungen.

Die selbst fahrende Maschine, die mit

über 12 t eine vergleichsweise hohe Eigenmasse

aufweist, wird sowohl mit einem

Ketten- als auch mit einem Räderfahrwek

angeboten. Der Erntevorgang

ähnelt dem des Claas-Häckslers: mit einer

Abweisergabel werden die Bäume

gedrückt und durch die Kreissägeblätter

von den Stöcken getrennt. Durch zwei

vertikale rotierende Zuführwalzen und

den aus 14 Quetsch- und Förderwalzen

bestehenden Einzugsmechanismus

werden die Stämme horizontal in das

Hackaggregat transportiert. Die Hackschnitzel

werden in einen parallel fahrenden

Hänger geworfen (Wippermann

und Stampfer 1995; Hartmann und

Thuneke 1997).

Anbau-Mähhacker

Der Gehölzmähhäcksler nach Wieneke

und Döhrer (Universität Göttin-

Fällung von fünfjährigen Pappeln im

Zweimanntrupp Foto: Sommer, LWF gen und Forstamt Diemelstadt) wurde

speziell für die Ernte von Energiewäldern

entwickelt. Das einreihig arbeitende

Gerät wird an die Fronthydraulik eines

landwirtschaftlichen Schleppers (ab

etwa 120 PS) angebaut und über die

Frontzapfwelle angetrieben. Es kann

Bäume bis zu einem Schnittdurchmesser

von 120 mm ernten.

Kennzeichnend für dieses Ernteaggregat

sind die geringe Flächenleistung

und der geringe Preis sowie die relativ

groben Hackschnitzel (Tabelle 1). Letzteres

ist von erheblichem Vorteil für die

Lagerung, da grobe Hackformate auch

ohne künstliche Belüftung eine verlustreduzierte

Trocknung der Hackschnitzel

auf unter 30 % Wassergehalt ermöglichen

(Scholz und Idler 2001).

Bei der Ernte fährt der Schlepper jeweils

über die zu erntende Baumreihe.

Dabei werden die Bäume von einem

Kreissägeblatt vom Stock getrennt und

Gehölzmähhäcksler bei der Ernte von fünfjährigen Pappeln Foto: Burger, LWF

Claas-Feldhäcksler mit Salix-Vorsatzgerät Foto: Claas Fortsetzung auf Seite 611

Tabelle 1 Technische Parameter praxisrelevanter Ernteaggregate

für schnell wachsende Baumarten (nach Firmenangaben)

Parameter Einheit Claas-Gehölz- Mod. Zucker- Anbau- Fäller-Bündler-

Schneidwerk rohrernter Mähhacker Kopf an Harvester

Hersteller - Claas/D Austoft Ind./AUS Lochner/D Timberjack/FN 1)

Typ - Salix-Vors.gerät Austoft 7700 Gehölzmähhäcksler TJ 720

Funktion - Fällen + Hacken Fällen + Hacken Fällen + Hacken Fällen + Bündeln

Eigenmasse kg 1 300 12 500 800 340

Basismaschine - Feldhäcksler 2) Selbstfahrer Traktor 3) Forstharvester

Leistung (Basismasch.) kW � 236 176 bis 250 � 85 � 60

Reihenzahl/Schnittbreite Stck./mm 2 / 1 000 2 / 1 000 1 / 560 -

Reihenabstand 4) m � 0,75 /� 1,5 � 0,75 /� 1,4 � 1,0 nicht begrenzt

Schnittdurchmesser mm � 70 � 70 � 120 � 200

Mittlere Hacklänge mm 5 bis 40 20 bis 60 50 bis 100 -

Massedurchsatz 5) tatro/h 10 bis � 40 10 bis � 25 5 bis 10 3 bis 4

Volumendurchsatz 5) Srm/h 60 bis � 250 60 bis � 150 40 bis 80 -

Flächenleistung 5) 6) ha/h 0,25 bis � 1,0 0,25 bis � 0,62 0,12 bis 0,25 0,07 bis 0,10

Preis, ohne Mwst. Euro etwa 100 000 etwa 175 000 etwa 20 000 etwa 27 000

1) Ein ähnlicher Fäller-Bündler-Kopf wird von der Fa. Waratah (FN) angeboten.

2) Standardhäcksler mit spezieller Schutzeinrichtung, Forstbereifung und Spezialvorsatz.

3) Standardschlepper mit Frontzapfwelle und 3-Punkt-Frontaufhängung.

4) Die zweite Zahl gibt den erforderlichen Abstand zwischen benachbarten Doppelreihen an (Fahrgassenabstand).

5) Angegeben für die Hauptarbeitszeit, also ohne Nebenzeiten für Wenden, Entleeren, Umhängen usw. Unter Berücksichtigung der Nebenarbeitszeit (Reinarbeitszeit) ist

der Durchsatz um 10 % bis 40 % geringer.

6) Kalkuliert aus dem o.g. Massedurchsatz für die Ernte eines 4-jährigen Bestandes mit einem Ertrag von 40 tatro/ha.

Tabelle 2 Leistung und Kosten ausgewählter

Ernteverfahren

teil- voll- voll- vollmechanisiert

mechanisiert mechanisiert mechanisiert

Arbeitsmittel Motorsäge Anbau- Harvester Fäller-

Mähhacker Bündler

Alter der

Erntebestände

a 5 5 10 5

Arbeitskräfte 4 1(2) 3 3

TAP1) tatro/h 0,8 4,9 5,25 2,75

Kosten2) Euro/h 65 45 75 82

Euro/Srm 10 4,6 9,7 11,3

1) Technische Arbeitsproduktivität bezogen auf Gesamtarbeitszeit

2) Kosten bezogen auf Gesamtarbeitszeit

3) Die Umrechnungsfaktoren zwischen tatro und Srm differieren bei jedem untersuchten Verfahren

Fäller-Bündler bei der Ernte von fünfjährigen Pappeln Foto: Burger, LWF


Freitag, 11. Juni 2004 Waldhackschnitzel

Nummer 46 · Holz-Zentralblatt · Seite 611

Stand der Technik bei der Ernte von Energiewäldern

Fortsetzung von Seite 610

mit einer auf dem Sägeblatt montierten

vertikalen Hackschnecke zerkleinert.

Das Hackgut wird dann entweder auf

ein parallel fahrendes Schlepper-Anhänger-Gespann

(Parallel-Verfahren)

oder auf einen vom Ernteschlepper gezogenen

Anhänger geworfen (Bunkerverfahren).

Fäller-Bündler

Seit einigen Jahren bieten die Firmen

Timberjack und Waratah einen speziellen

Mehrfach-Fällkopf mit Bündeleinrichtung

für Harvesterfahrzeuge an.

Einsatzbereiche sind Durchforstungen,

die Ernte von Energiewäldern, aber

auch die Pflege von Wegböschungen

und Hochspannungstrassen. Im Gegensatz

zu einem Harvesteraggregat verfügt

der neue Fällkopf weder über Vorschubwalzen

noch über eine Kettensä-

ge. Stämme bis zu einem Trenndurchmesser

von 20 cm werden mit einem

waagrecht bewegten Fällmesser vom

Stock getrennt.

Mit zwei Paaren von Greifklauen, die

der Fahrer abwechselnd öffnet und

schließt, können mehrere Bäume geerntet

und gebündelt werden. Durch den

Einsatz dieses neuartigen Fällkopfs will

man die hohen Kosten bei der Ernte

von Bäumen mit geringer Stückmasse

senken und eine wirtschaftliche Ernte

bisher defizitärer Sortimente vor allem

für energetische Zwecke ermöglichen.

Im Februar 2002 konnte zum ersten

Mal in Deutschland diese neue Maschine

auf einer Energiewald-Versuchsfläche

in Niederbayern getestet werden.

Der Fällkopf war auf einem Harvester

Timberjack 870 montiert. Die an den

Rändern der Versuchsfläche abgelegten

Austoft-Mähhäcksler bei der Ernte von fünfjährigen Pappeln Foto: Burger, LWF

Pappelbündel wurden zwei Monate

nach der Ernte mit einem Forwarder gerückt

und anschließend von zwei stationären

Großhackern gehackt. Der vorgestellte

Fäller-Bündler kommt aufgrund

seiner intermittierenden Arbeitsweise

und der dadurch bedingten geringen

Flächenleistung nur für Bestände

mit Umtriebszeiten ab etwa sieben Jahre

in Betracht. Kontinuierlich arbeitende

Fäller-Bündler, die die Bäume in einem

Arbeitsgang schneiden und auf einem

Anhänger oder auf dem Boden ablegen,

sind in der Praxis bisher selten zum Einsatz

gekommen und können daher

nicht beurteilt werden (Danfors 1992;

Wippermann und Stampfer 1995).

Harvester

Selbstverständlich eignet sich auch

die normale Harvestertechnologie zur

Ernte von schnellwachsenden Bäumen.

Da der Harvester jedoch jeden Baum

einzeln fällen und ablegen muss, empfiehlt

sich der Einsatz nur bei stärkeren

Pappeln. Ein Harvester wurde bei der

erstmaligen Ernte des zehnjährigen

Umtriebs der Versuchsfläche Wöllershof

(Oberpfalz) eingesetzt. Die gefällten

Bäume wurden kurze Zeit später von

einem Forwarder gerückt und anschließend

an einem zentralen Platz

gehackt.

Verfahrenskosten

Tabelle 2 gibt einen Überblick über

Kosten und Leistung einiger Arbeitsverfahren

für die Ernte von Energiewäldern.

Die Daten wurden durch orientierende

Zeitstudien bei Ernteeinsätzen

der Bayerischen Landesanstalt für Wald

und Forstwirtschaft ermittelt. Das motormanuelle

Verfahren, der Gehölzmähhäcksler

und der Fäller-Bündler

wurden in fünfjährigen Pappelbestän-

Hacken der Pappeln mit einem mobilen Einachshacker Foto: Burger, LWF

den getestet. Der Harvester erntete einen

zehnjährigen Pappelbestand. Seine

Kosten- und Leistungswerte können

mit den übrigen Verfahren deshalb

nicht verglichen werden und geben nur

einen Anhaltspunkt für die absoluten

Kosten (Tabelle 2).

Zusammenfassung

und Ausblick

Die anbautechnischen Grundlagen

bei der Landnutzungsform Energiewald

sind weitgehend geklärt. Im Durchschnitt

mehrerer Umtriebe können die

geforderten 10 tatro Biomassezuwachs

pro Jahr und Hektar erzielt werden.

Hinsichtlich der Ernte der Bäume und

Lagerung der Hackschnitzel gibt es hingegen

noch einige offene Fragen.

Die Arbeiten der nächsten Jahre sollten

sich daher auf die technische und

ökonomische Optimierung dieser Bereiche

konzentrieren.

Literatur

Burger, F.; Sommer, W. (2003): Von der Pappel

bis zum Hackschnitzel – Moderne Erntetechnik

für Energiewälder. In: LWF aktuell

Nr. 39, S. 4–6

Danfors, B. (1992): Salixodling – Maskiner, Arbetsmetoder

och ekonomi (Weidenanbau –

Maschinen, Methoden und Ökonomie). Bericht

Nr. 436, Swedish Institute of Agricultural

Engineering, Uppsala

Hartmann, H.; Thuneke, K. (1997): Ernteverfahren

für Kurzumtriebsplantagen. Landtechnik-Bericht,

Heft 29, Bayerische Landesanstalt

für Landtechnik, Weihenstephan

Scholz, V.; Idler, C. (2001): Mikrobiell bedingte

Trockenmasseverluste bei der Lagerung von

Feldholz-Hackschnitzeln. In: Tagungsband

des 10. OTTI-Symposiums „Energie aus Biomasse“,

Kloster Banz 22./23.11.01, S.

389–394

Wippermann, J.; Stampfer, K. (1995): Entwicklung

von Erntemaschinen für Energieholz-flächen.

In: Holz-Zentralblatt Nr. 1 und Nr. 16 S. 6–8,

274–276

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