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Maisstroh für die Biogasproduktion

Auf bis zu 50 Prozent der Felder am Oberrhein wächst Mais. Dabei handelt es sich überwiegend um Körnermais, also Mais, der vor allem zu Stärke für die Nahrungs- und Pharmaindustrie weiterverarbeitet wird. Anders als beim Silomais, wo die ganze Pflanze verwertet wird, bleibt hierbei das Maisstroh übrig, als ein großer Teil der Pflanze. Es verbleibt gewöhnlich auf dem Feld, wo es die Landwirte häckseln und in den Boden einarbeiten. Trotzdem zersetzt sich das grobe Stroh nur langsam.

Gemeinsam mit Landwirten aus der Region erprobte die badenovaWÄRMEPLUS nun, inwiefern sich das Stroh als Substrat für Biogasanlagen eignet und ob es überhaupt wirtschaftlich eingesetzt werden kann. Das Projekt untersuchte dafür, wie man die Maisstrohernte möglichst effizient in den bisherigen Ablauf integrieren kann. Das ist besonders wichtig in der Rheinebene, wo viele Landwirte relativ kleine Felder bewirtschaften und oft nicht über eigene Erntemaschinen verfügen. Auch die sehr unterschiedliche Bodenbeschaffenheit stellt große Ansprüche. Dafür erprobte das Projektteam verschiedene Erntetechniken und Abläufe, alle mit dem Ziel, Boden und Landwirte möglichst wenig durch zusätzliche Fahrten und Ernteeinsätze zu belasten, und das Maisstroh zu bergen, bevor es kompostiert. Für eine Reihe von Maissorten analysierten die Mitarbeiter außerdem, welcher Zerkleinerungsgrad und welche Form der Silierung die höchsten Gaserträge ergeben.

In den Erntejahren 2015 bis 2017 wurde das Verfahren angewandt und optimiert. Ziel war es, für die badenova-Biogasanlagen in Neuried und im Gewerbepark Breisgau aus den umliegenden Maisfeldern genug Stroh zu gewinnen, um 20 Prozent des Substratbedarfs zu decken. Die Ergebnisse der dreijährigen Untersuchungen im Rahmen des Projektes ‚Energetische Nutzung von Maisstroh‘ konnten zeigen, dass Körnermaisstroh als Reststoff ein qualitativ gut geeignetes und mit verfügbarer Bergetechnik nutzbares Biogassubstrat darstellt, das den Substratmix einer Biogasanlage kostengünstig ergänzen und dazu beit ragen kann, speziell angebauten Silomais zu substituieren.

Alle Ergebnisse aus dem Projekt entnehmen Sie dem beigefügten Abschlussbericht.

Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt:

  • Maisstroh hat Potential für Biogassubstrat: Dies ergaben die Untersuchungen der Beprobungen, wobei die Methanhektarerträge durch Maisstroh etwa 20 bis 25 Prozent Silomais substituieren können, ohne dadurch zusätzlichen Flächenbedarf entstehen zu lassen.
  • Maisstrohnutzung abhängig von Bodenbeschaffenheit und Organisation der landwirtschaftlichen Strukturen: Hier liegen die Vorteile bei großflächigen, zusammenhängenden und zusammengehörenden Flächen, die den Aufwand der Maisstrohernte gering halten. Zudem erhöht ein zu hoher Kiesbesatz auf den Ackerflächen den Verschleiß der eingesetzten Erntetechnik, welches ggf. ebenfalls zur Unwirtschaftlichkeit führen kann.
  • Maisstrohnutzung abhängig von Materialaufbereitung: Neben der Bergung ist auch die Beschaffenheit des Materials entscheidend für die energetische Verwertung. Nur durch die Vorlagerung eines Zerkleinerungsvorgangs kann ein zur Maistrohnutzung geeignetes Material gewonnen werden.

Projektdaten

Projektnummer 2015-05
Projektart Forschung und Studien
Projektträger badenovaWÄRMEPLUS GmbH
Laufzeit 2014 bis 2020
Zuschuss 205.234

Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael  Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Versickerung von Regenwasser im Vauban
Freiburg

Funktioniert die Regenwasserversickerung wie geplant?

Weil mehr und mehr Flächen bebaut oder mit Beton versiegelt sind, versickert in den Großstädten Regenwasser immer schlechter ins Grundwasser. Die Kapazitäten des Kanalsystems sind oft begrenzt und deswegen bei Starkregen überlastet. Darüber hinaus schwemmt der Regen Schadstoffe in die Gewässer. Während man davon ausgeht, dass städtische Grünflächen, Bäume oder begrünte Dächer das Problem mildern, fehlen noch statistische Daten, die das erforschen. Im Freiburger Stadtteil Vauban untersuchte das Institut für Hydrologie der Universität Freiburg diese Zusammenhänge. Als junger Stadtteil ist das Vauban besonders gut dafür geeignet zu überprüfen, inwieweit die Stadtplaner tatsächlich vorhersagen konnten, wie der Regen abfließt. Weil der undurchlässige Lehmboden Wasser schlecht aufnimmt, entschieden sich die Planer damals dafür, Regenwasser weitgehend über Pflasterrinnen und Sammelgräben abzuleiten. Anders als herkömmliche Methoden arbeiten die Freiburger Hydrologen nicht nur mit Computermodellen, sondern stellen selbst umfassende Messreihen an, die in dieser Kombination bisher einzigartig sind. Sie untersuchen, wie viel Regen fällt, abfließt und verdunstet, wie viel Wasser Grünflächen aufnehmen können und ob bewaldete Flächen mehr Wasser speichern. Luftbilder geben Auskunft darüber, wie viele begrünte Dächer überhaupt vorhanden sind. Nach Projektabschluss steht das Simulationswerkzeug FReWaB (Freiburger Regen Wasser Bewirtschaftung) Gemeinden, Behörden und andere Interessierten zur Verfügung. Das Model ermöglicht die Abschätzung der Effekte von Regenwasserbewirtschaftung auf die Wasserbilanz eines spezifischen Standortes oder Grundstückes.. Das Modell sowie weiterführende Informationen finden Sie unter der Webseite des Instituts für Hydrologie der Universität Freiburg. Einige der während des Projektes angelegten Messstellen (einen Übersichtsplan (PDF, 1.5MB) finden Sie hier

Gülleanwendung auf Grünland: Verminderung gasförmiger und gelöster Stickstoffverluste durch Zusatz pyrogener Pflanzenkohle zum Güllelager
Merzhausen

Biokohle gegen Stickstoffverluste in der Gülledüngung

Gülle ist ein altbewährtes Düngemittel. Beim Austragen von Gülle wie auch von mineralischen Düngern lösen sich jedoch Stickstoffverbindungen. Ammoniak oder Nitrat sickern ins Grundwasser; Lachgas trägt zur Klimaerwärmung bei. Verschiedene Ansätze bekämpfen dieses Problem seit Jahren und haben schon wesentlich dazu beigetragen, die Gülledüngung effizienter und nachhaltiger zu machen. Der Einsatz von Pflanzenkohle aus Pyrolyseanlagen bietet einen weiteren innovativen Baustein, um Stickstoffemissionen zu vermindern. Pyrolyseöfen wandeln bei hoher Hitze Biomasse in Verbrennungsgas und Biokohle um. Zum Einsatz kommt vor allem Material, das anderweitig kaum verwertbar ist. Ein Innovationsfondsprojekt aus dem Jahr 2011 beispielsweise nutzt eine mobile Pyrolyseanlage, um Biomasse aus Rebstockrodung direkt am Weinberg zu verkohlen. Die so gewonnene Kohle reduziert das Volumen der eingesetzten Biomasse drastisch, lässt sich somit leicht transportieren und ist vielseitig einsetzbar. Besonders in der Landwirtschaft zeigt die Biokohle ihr Potential: In den Boden eingearbeitet, speichert sie Wasser und Nährstoffe und wirkt als Kohlenstoffsenke. Aus Praxisberichten ist bekannt, dass im Boden eingearbeitete Biokohle auch Stickstoffemissionen vermindert. Wie genau die Biokohle die Stickstoffverbindungen bindet und den Nitratstoffwechsel verändert ist noch wenig bekannt. Am Mathislehof in Buchenbach erforschten Wissenschaftler vom Institut für Bodenkunde der Universität Freiburg und einer unabhängigen Agentur nun, inwiefern Biokohle Stickstoffemissionen reduziert. Dafür stellten die Forscher am Mathislehof, einem Mutterkuhbetrieb mit Weidewirtschaft, mehrere Versuchsbehälter auf. Die Fässer enthielten Gülle angereichert mit Biokohle in unterschiedlichen Konzentrationen. In regelmäßigen Abständen maßen die Forscher, welche Mengen an Stickstoffverbindungen, unter anderem Ammoniak und Lachgas, aus den Fässern entweichen. Im Frühjahr brachte der Mathieslehof diese verschiedenen Güllegemische mehrmals auf Versuchsflächen aus. Auf diesen Gebieten maßen die Forscher dann über ein Jahr hinweg die gasförmigen und flüssigen Stickstoffemissionen. Das einjährige Projekt maß außerdem, wie lange die Biokohle im Boden verbleibt, ob sie in Hanglagen stark auswäscht und wie sie sich auf das Ökosystem des Weidelandes auswirkt. Das Projekt erforschte damit ein Verfahren, das mit minimalem Aufwand Gülledüngung effizienter und gleichzeitig klimafreundlicher macht. Biokohle verwertet klimaneutral landwirtschaftliche Reststoffe und macht die Nährstoffe der Gülle für Pflanzen besser verfügbar. Weil die Biokohle Ammoniak und andere Geruchsstoffe bindet, nimmt auch der typische Geruch ab und macht so die Gülleausbringung gesellschaftlich akzeptabler. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Aufgrund einer Befragung mit Blindgeruchsproben zeigte sich, dass acht Gramm Kohle pro Liter Gülle ausreichend sind, um eine Geruchsminderung um 40 Prozent zu erzeugen Die Kohlen erwiesen sich in diversen Biotests gut verträglich für die Umwelt und Lebenswelt des Bodens. Für Regenwürmer wirkte Gülle sogar anziehender, wenn diese mit Kohle behandelt worden war Keine messbaren Unterschiede in der Ausgasung von Ammoniak oder Lachgas. Auch nach Gülleausbringung auf Grünland war die N-Freisetzung gleich, ob gasförmig oder flüssig, hier einschließlich Nitrat und Ammonium. Sehr geringe Kohlemengen im ersten Anwendungsjahr könnten die Ursache fehlender Unterschiede sein. Für die beiden verwendeten Pflazenkohlen wurden Unterschiede in ihrer Wirkungsstärke festgestellt. Inwiefern diese jedoch bestimmt werden von Parametern der Herstellungsweise oder Biomassequelle ist aufgrund der vorliegenden Daten nicht ersichtlich The main results were as follows In olfactory tests, however, significant effects were visible in the presence of biochar. Due to blind tests and interviews only 8 g biochar per liter slurry were necessary to reduce the odor by 40 percent. In various bioassays the biochars proved to be without consequences for the soil environment. For earthworms cattle manure seemed even more attractive if it was treated with bochar before. Measurable differences in the emission of ammonia and nitrous oxide were undetectable. Similarly, no effect on the N-release (gaseous or liquid) emerged after slurry spreading on grassland, here including nitrate and ammonium. The lack of differences might be due to very small amounts of biochar in the first year of application (0,08 an 0,4 t/ha). The two biochars displayed different effects during several assays. But determining the criteria responsible for these differences (either parameters of manufacture or biomass source) is not apparent from the available data.