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Wie erzeugt man klima- und grundwasserschonend Biomasse?

Immer mehr Landwirte erwägen, neben ihren zum Verzehr bestimmten Feldfrüchten auch Pflanzen anzubauen, aus denen feste, gasförmige oder flüssige Brennstoffe entstehen. Obwohl es unzählige solche Energiepflanzen gibt, verwendet die deutsche Landwirtschaft in der Praxis nur wenige. Die Agentur für Nachhaltige Nutzung von Agrarflächen (ANNA) analysierte daher auf Testflächen in Hausen und Bad Krozingen, welche Pflanze unter welchen Bedingungen wirtschaftlich sinnvoll und ökologisch vorteilhaft ist.

Für vier Anbauoptionen untersuchten die Experten unter anderem, wie stark verschiedene Energiepflanzen Grundwasser und Atmosphäre belasten: Neben der Dauerwiese, die besonders für Wasserschutzgebiete geeignet ist, waren das zwei Dauerkulturen mit Micanthus (Chinaschilf) und Salix, einer schnell wachsenden Kurztriebweide. Außerdem verglichen die Wissenschaftler eine Energiefruchtfolge mit einer Fruchtfolge aus der Nahrungsmittelproduktion.

Aus den Daten erstellten sie eine Ökobilanz, welche die Energieaubeute des Endproduktes mit dem Energieaufwand verrechnet, der während des Anbaus anfiel. Dazu zählt neben der unmittelbaren Wachstumsphase beispielsweise auch die Energie für Dünger, Transport oder anschließende Produktionsschritte.

Im Ergebnis waren die Dauerkulturen Micanthus und Salix am umweltfreundlichsten, weil sie weniger Dünger benötigen und die Landwirte ihre Maschinen seltener einsetzen, wenn sie übers Jahr nur eine Frucht anbauen. Im Gegenzug schnitt die Energiefruchtfolge relativ schlecht ab, weil sie mehr Arbeit und Dünger erfordert, was auch die Umwelt stärker belastet.

Trotz der Unterschiede sind alle vier Anbauarten eine umweltfreundlichere Alternative zu fossilen Energien, wobei Micanthus und Dauerwiese das höchste Energiesparpotential pro Kilogramm Trockenmasse aufweisen. Als Fazit sprachen sich die Experten von ANNA deshalb dafür aus, dass die Landwirte in Deutschland zukünftig einen Mix aus Energiepflanzen anbauen, bei dem die untersuchten vier Optionen einen großen Anteil ausmachen.

Mehr Informationen auf der Homepage von ANNA.

Projektdaten

Projektnummer 2005-02
Projektart Forschung und Studien
Projektträger ANNA Agentur für Nachhaltige Nutzung von Agrarlandschaften
Laufzeit April 2005 bis März 2007
Zuschuss 99.221

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:

Innovations- und Effizienznetzwerk für Industrie und Gewerbe
Freiburg

Innovations- und Effizienznetzwerk für Industrie und Gewerbe

Industrie und Gewerbe machen ein Viertel des Energieverbrauchs in Baden-Württemberg aus. Besonders für Unternehmen mit energieintensiven Herstellungsverfahren sind die Energiekosten ein wesentlicher Kostenfaktor. Gleichzeitig gibt es bei vielen Unternehmen noch ungenutzte Einsparpotentiale, z. B bei der Abwärmenutzung, auch über das eigene Unternehmen hinaus. Besonders kleinere und mittelständische Unternehmen haben oft nicht die Ressourcen, um in innovative Techniken zu investieren oder um verschiedene Effizienzlösungen zu evaluieren. Umgekehrt fehlen Universitäten und Forschungsinstitutionen oft Wirtschaftspartner, um ihre Ideen zu einem marktreifen Produkt zu entwickeln. Das Leuchtturmprojekt „Vernetzte Industrie“ bringt diese Partner zusammen und investiert in Infrastruktur und Wissenstransfer. Das Projekt besteht aus drei Teilbereichen, die sich jeweils verschiedener Aspekte und Bedürfnisse annehmen: Die Verbundforschung, das Cluster InnoEFF und der Infrastrukturträgergesellschaft (ITG). Ziel der ITG ist es, die regionale Infrastruktur effizienter zu gestalten, z. B. durch Investitionen in Energiekonversionsanlagen und in die Kommunikationsstruktur innerhalb von und zwischen Unternehmen. Unter Leitung der Fraunhofer Gesellschaft verfolgt RegioWin zweitens angewandte Forschung in den Effizienztechnologien. Diese Forschung in die Wirtschaft zu bringen und aus innovativen Ideen neue Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln ist wiederum die Aufgabe der ITG. Das Innovations- und Effizienzcluster (InnoEFF) bietet als dritter Teilbereich Unternehmen die Möglichkeit, sich mit anderen Firmen, Hochschulen und Forschungseinrichtungen zu vernetzen und die gemeinsamen Ressourcen zu nutzen. Daraus ergeben sich Vorteile und Mehrwert für alle Beteiligten. Das gesamte RegioWin-Projekt sensibilisiert Unternehmen für das Thema Energieeffizienz und bietet Ressourcen zur Weiterentwicklung und Zugang zur neuesten Forschung. Forschungsinstitutionen können zusammen mit Unternehmen Forschungsprojekte zu marktreifen Produkten zu entwickeln, für die Anbieter effizienter Infrastruktur ergeben sich neue Märkte sowie die Möglichkeit, die eigenen Anlagen durch Expertenwissen zu modernisieren. Das Cluster widmet sich insbesondere den Themen nachhaltige Energiesysteme und Digitalisierung, innovative Energielösungen und Querschnittstechnologien. Über diese Themen tauschen sich die Beteiligten aus Wissenschaft und Wirtschaft mehrmals jährlich in Innovationsforen aus, um neue Lösungs- und Vermarktungswege zu finden. Ein Talentpool vermittelt zwischen hochspezialisieren Fachkräften, Unternehmen und Forschungsinstitutionen. Träger des Clusters ist der Verein Klimapartner Oberrhein, ein Zusammenschluss von 60 Unternehmen, Forschungsinstitutionen und Kommunen, der selbst aus einem Innovationsfondsprojekt hervorging. Mehr auf den Seiten der Teilprojekte innoEFF und ITG.

Innovatives Mobilitätskonzept der Stadt Achern
Achern

Innovatives Mobilitätskonzept für Achern

Mit ihren 25.000 Einwohnern ist die Kreisstadt Achern ein wichtiges Einkaufszentrum für die umliegenden Schwarzwaldgemeinden und bis ins nahliegende Elsass. Acherns einzelne Ortsteile und die ländliche Umgebung jedoch sind nur schlecht an den öffentlichen Nahverkehr angebunden. Manche Ortsteile und anliegende Gemeinden fahren die Busse an Ferientagen gar nicht oder nur vereinzelt an. Das macht es für Menschen ohne eigenen PKW schwer, für Einkäufe oder Arzttermine ins Stadtzentrum zu kommen und erhöht die Anzahl individueller Fahrten von Autobesitzern. Deshalb erstellte die Stadt ein Mobilitätskonzept, das den Istzustand aufnimmt und anschließend ein abgestimmtes Maßnahmenpaket vorschlägt. Dazu analysierten die Planer die aktuellen Nahverkehrsangebote, die Verkehrsströme und die Nachfrage nach verbesserten und ausgeweiteten Buslinien. Wichtig warb den Acherner Planern die optimierte Verknüpfung von Individual- und öffentlichem Nahverkehr, beispielsweise durch Ruftaxis, Ladestellen für Elektroautos und E-Bikes an den Haltestellen oder flexibel buchbare Fahrzeuge. Möglich war für bestimmte Linien auch ein ehrenamtlicher Bürgerbus, wie er beispielsweise durch ein Innovationsfondsprojekt in Breisach bereits verwirklicht ist. Das Mobilitätskonzept hilft, den individuellen Autoverkehr zu vermindern und erhöht die Attraktivität der ländlichen Vororte und Bezirke. Während für größere Städte schon Mobilitätskonzepte vorliegen, ist Achern bundesweit die erste kleinere Mittelstadt, die ihren Verkehr bewusst nach nachhaltigen und bürgerfreundlichen Kriterien neu organisiert. Im Anschluss an das Projekt können so auch andere Mittelstädte von den Acherner Erfahrungen profitieren. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Mit dem RufAuto Achern konnte ein System umgesetzt werden, das der Bevölkerung in den Ortsteilen ein lückenloses, stündliches ÖPNV-Angebot schafft. Einkäufe, Erledigungen, Arztbesuche und Freizeitwege können so flexibel den ganzen Tag über durchgeführt werden. Das gilt auch für Freizeitwege von Jugendlichen, die mit ihren TGO-Zeitkarten das RufAuto verbilligt nutzen und damit Taxi Mama entlasten können. Die Kosten des Systems liegen deutlich unter denjenigen eines starren Stadtbussystems. Auch die Umweltbelastungen liegen bei der erwarteten Nachfrage deutlich niedriger als bei einem Linienbus, der erst ab einer Nachfrage von etwa sieben Fahrgästen pro Fahrt seine ökologischen Vorteile ausspielen kann. Das RufAuto-System ist sogar dazu geeignet, den vorhandenen Bussen zusätzliche Nachfrage zuzuführen, da in Kombination der Systeme neue Wegeketten für die Fahrgäste möglich sind. Die Erfahrungen der ersten Betriebsmonate bestätigen den Bedarf für ein solches System, das zwischen Dezember und März ca. 330 Personen genutzt wurde. Die Nachfrage konzentriert sich dabei weder auf die bestimmten Linien, noch auf bestimmte Tageszeiten oder bestimmte Wochentage. Die Nachfrage ist zwar nicht konstant, ist aber nahezu immer und überall vorhanden.

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.