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DLG-Merkblatt 363

Biomasse-Rben

Autoren: - Prof. Dr. Bernward Mrlnder (verantwortlich), Direktor, Institut fr

Zuckerrbenforschung (IfZ), Holtenser Landstr. 77, 37079 Gttingen - Dr. Dirk Augustin, Leiter der Versuchswirtschaften der Universitt Gt-

tingen, Kte-Hamburger-Weg 4, 37073 Gttingen - Prof. Dr. Eberhard Hartung, Institut fr landwirtschaftliche Verfahrens-

technik, Universitt Kiel, Olshausenstr. 40, 24098 Kiel - Prof. Dr. Christa Hoffmann, Abteilung Physiologie, IfZ, Holtenser Land-

str. 77, 37079 Gttingen - Dr. Frank Setzer, Fachzentrum Land- und Ernhrungswirtschaft,

DLG e.V. - Dr. Nicol Stockfisch, Arbeitsgruppe Systemanalyse/Technische Dienste,

IfZ, Holtenser Landstr. 77, 37079 Gttingen Den Mitgliedern der DLG-Ausschsse Zuckerrben und Biogas, insbeson-dere Herrn Dr. Reinhold, wird fr die kritischen Anmerkungen zum Text gedankt.

Alle Informationen und Hinweise ohne jede Gewhr und Haftung. Herausgeber: DLG e.V. Fachzentrum Land- und Ernhrungswirtschaft DLG-Ausschuss fr Zuckerrben DLG-Ausschuss fr Biogas Eschborner Landstrae 122, 60489 Frankfurt/Main 1. Auflage, Stand: 29.09.2010 2010 Vervielfltigung und bertragung einzelner Textabschnitte, Zeichnungen oder Bilder auch fr den Zweck der Unterrichtsgestaltung nur nach vorheriger Genehmigung durch DLG e.V., Servicebereich Information, Eschborner Landstrae 122, 60489 Frankfurt/Main

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

Inhalt

1. Einleitung 4

2. Stoffliche Zusammensetzung und Trockenmasseertrag (C. Hoffmann) 4

3. Anbau 7

3.1 Sortenwahl (B. Mrlnder) 7

3.2 Anbauverfahren (N. Stockfisch) 9

3.3 Aufbereitung, Lagerung, Silierung (D. Augustin, E. Hartung, B. Mrlnder) 12

4. Vergrung (E. Hartung) 15

5. Wirtschaftlichkeit (D. Augustin, F. Setzer) 16

6. Ausblick (B. Mrlnder) 19

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1. Einleitung

Die Erzeugung von Biogas hat in Deutschland in den letzten Jahren enorm zugenom-

men. 2009 existierten 1.650 MW Anlagenkapazitt, eine weitere Erhhung der Erzeu-

gung ist zu erwarten. Als Grsubstrat wird vor allem Mais eingesetzt, in den letzten Jah-

ren gewinnt aber auch die Zuckerrbe an Bedeutung. Grund dafr ist die hohe Vorzg-

lichkeit der stofflichen Zusammensetzung fr eine schnelle Vergrung. Zudem ist der

Trockenmasseertrag von Zuckerrben sehr hoch und der Anbau erfolgt umweltscho-

nend. Allerdings sind Zuckerrben nicht ganzjhrig verfgbar, die Lagerung/Silierung

ist im Vergleich zu Mais schwieriger und die anhaftende Resterde und Steine knnen

ein Problem darstellen.

Die Broschre soll den heutigen Stand des Wissens fr die Erzeugung von Bio-

gas aus Rben praxisnah zusammenfassen.

2. Stoffliche Zusammensetzung und Trockenmasseertrag (C. Hoffmann)

Fr die Geschwindigkeit und das Ausma der Umsetzung in der Biogasanlage ist die

Zusammensetzung des pflanzlichen Materials entscheidend. Nur die organische Tro-

ckenmasse ist fermentierbar, daher muss von der Trockensubstanz der Rohaschegehalt,

d. h. die Summe aus den Mineralstoffen, abgezogen werden. Organische Trockensub-

stanz kann sich sehr unterschiedlich zusammensetzen. Der Abbau einfacher Molekle

wie Saccharose (Zucker) verluft in der Biogasanlage wesentlich schneller als der Ab-

bau komplex aufgebauter Verbindungen wie Hemicellulose und Cellulose, whrend

Lignin (Rohfaser) und Wachse berwiegend nicht abgebaut werden. Daraus ergibt sich,

dass Substrate mit einem hohen Anteil an Rohfaser langsamer und auch nur unvoll-

stndig abgebaut werden.

Im Vergleich zu anderen Substraten zeichnen sich Zuckerrben dadurch aus,

dass sich die Trockensubstanz zu 90 % aus leicht umsetzbaren N-freien Extraktstoffen

(NfE), hauptschlich Zucker, geringem Gehalt an N-haltigen Stoffen (Rohprotein) und

sehr geringem Gehalt an Rohasche zusammensetzt (Abb. 1).

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Abb. 1: Nhrstoffzusammensetzung von Zuckerrbe/Blatt (Mittelwert aus 2 Standorten, 4 Sorten, 3 N-Dngungsstufen), IfZ 2009

Dies macht Zuckerrben zu einem wertvollen, weil schnell abbaubaren Substrat. Auch

das Rbenblatt hat einen hohen Anteil an NfE und einen mittleren Gehalt an Rohfaser

und Rohprotein. Daher ist es gut umsetzbar, allerdings ist der Trockensubstanzgehalt

wesentlich geringer. Zustzlich sind die Kosten fr Ernte, Bergung, Transport und Lage-

rung/Silierung zu beachten, wobei zurzeit kaum effiziente technische Lsungen zur

Verfgung stehen. Deshalb wird die Nutzung des Rbenblattes zumeist nicht wirt-

schaftlich sein.

Futterrben unterscheiden sich von Zuckerrben dadurch, dass sie einen we-

sentlich geringeren Trockensubstanzgehalt mit einem hheren Gehalt an Rohasche

aufweisen, zudem ist der Gehalt an NfE geringer. Aufgrund dieser Zusammensetzung ist

die Biogasausbeute von Futterrben geringer als bei Zuckerrben (Abb. 2).

Abb. 2: Kumulierter spezifischer Biogasertrag von Zucker- und Futterrben (Mittelwert aus 2 Standorten, 3 N-Dngungsstufen), IfZ 2009

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Nach bisherigem Wissen ist fr die Biogasausbeute hauptschlich der Gehalt an organi-

scher Trockensubstanz ausschlaggebend, der bei Futterrben wesentlich geringer ist als

bei Zuckerrben. Dagegen spielt bei der Vergrung die technologische Qualitt der

Rben fr die Zuckergewinnung, d. h. der Standardmelasseverlust (Kalium, Natrium,

Amino-N), keine Rolle.

Zuckerrben und Futterrben haben ein sehr hohes Ertragspotenzial und er-

scheinen schon aufgrund dieser Tatsache als ein optimales Grsubstrat. Futterrben

bilden bis zu 150 t je ha, Zuckerrben bis ber 90 t je ha Rbenfrischmasse. Der R-

bentrockenmasseertrag von Zuckerrben ist allerdings mit ber 20 t hher als bei Fut-

terrben (Abb. 3). Da bei der Fermentation der Standardmelasseverlust keine Rolle

spielt, kann der Rbenkopf, der sonst wegen der schlechten zuckertechnologischen

Qualitt abgetrennt wird, einbezogen werden. Indem die Rben entblttert statt gekpft

werden, lsst sich der gewachsene Ertrag vollstndig und auch zustzlich mit Blattres-

ten ernten. Ein zu hoher Blattanteil kann aber zu Problemen in der Frdertechnik von

Erntemaschinen und Reinigungsladern fhren.

Abb. 3: Relative Rbentrockenmasse von verschiedenen Zucker- und Futterrbensorten (100 Mittel der Sorten Modus, Monza, Alabama, William; 4 Standorte) IfZ 2009

Die Gre des Rbenkopfes variiert nur geringfgig zwischen Sorten, wesentliche Un-

terschiede entstehen vielmehr durch unterschiedliche Standorte, z. B. infolge Trocken-

heit und damit verbundenem Blattneuaustrieb. Da der Kopf von Zuckerrben einen

geringeren Trockensubstanzgehalt mit wesentlich hherem Aschegehalt aufweist als die

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Rbe, ist der Methanertragsvorteil vermutlich deutlich geringer als die Erhhung des

Rbenertrags erwarten lsst (8 bis 12 %, Abb. 4).

Abb. 4: Rben- und Blatttrockenmasse von Zucker- und Futterrbensorten (Mittelwert aus 4 Standorten), IfZ 2009

Der Trockenmasseertrag des Blattes variiert erheblich zwischen 4 und 7 t je ha (Abb. 4),

eine Beziehung zum Trockenmasseertrag der Rbe existiert nicht.

3. Anbau

3.1 Sortenwahl (B. Mrlnder)

Zucker- und Futterrben gehren botanisch zu derselben Art und definieren sich ber

die Hhe des Trockensubstanzgehaltes und damit auch des Zuckergehaltes. Sie sind

uneingeschrnkt kreuzbar und Hybridsorten von Futterrben haben oft mtterliche Li-

nien von Zuckerrben. Sie sind deshalb eigentlich Zucker-/Futterrben, die uerlich

hinsichtlich Form, Farbe, Sitz im Boden etc. von Zuckerrben kaum unterschieden

werden knnen. Futterrben wurden in den letzten Jahrzehnten zchterisch wenig be-

arbeitet, sie haben deshalb einen niedrigeren Trockenmasseertrag (Abb. 4). Da zudem

die Grausbeute niedriger ist, ist fraglich, ob Futterrben einen wesentlichen Anbauum-

fang fr die Biogaserzeugung erreichen werden.

Zuckerrbensorten werden in ertragreiche (E) und zuckergehaltsreiche (Z) Typen

eingeteilt. Es existiert eine enge negative Korrelation zwischen Rbenertrag und Zu-

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

ckergehalt, wobei ertragsbetonte Typen zumeist ber einen etwas hheren Zuckerertrag

verfgen. Bei allen Rbentypen ist der Zuckergehalt und Trockensubstanzgehalt eng

positiv korreliert (Abb. 5), ferner ist der Zuckerertrag (auch von Futterrben) positiv kor-

reliert mit dem Trockenmasseertrag (Abb. 6).

Abb. 5: Zuckergehalt von Zucker- und Futterrben in Abhngigkeit vom Trockensubstanzgehalt (3 Standorte, 1982 verndert nach Kirchberg 1983)

Da die Grausbeute von Zuckerrbensorten mit unterschiedlichem Zuckergehalt ver-

gleichbar ist, ist der Trockenmasseertrag als Produktionsziel fr den Rohstoff entschei-

dend. Fr die Biogaserzeugung eignen sich deshalb in besonderer Weise E-Typen mit

dem hchsten Zuckerertrag, aber etwas geringerem Zuckergehalt. Der Standardmelas-

severlust hat fr die Vergrung keine Bedeutung. Werden jedoch in einem Betrieb Zu-

ckerrben parallel fr die Zucker- und Biogaserzeugung angebaut, mssen die beiden

Rohstofflinien entweder strikt getrennt werden oder bei der Sortenwahl und Anbauge-

staltung fr Biomassesorten auch die Hhe des Zuckergehaltes und des Standardmelas-

severlustes beachtet werden.

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

Abb. 6: Zuckerertrag von Zucker- und Futterrbensorten in Abhngigkeit von der Rbentrockenmasse (Mittelwert aus 8 Standorten), IfZ 2008 und 2009

Fr die Sortenwahl sind neben dem Trockenmasseertrag smtliche anbautechnischen

Parameter wie Feldaufgang, Schossneigung sowie Toleranz/Resistenz gegen Schaderre-

ger zu beachten, die fr Zuckerrben in der Wertprfung des Bundessortenamtes und

den nach der Zulassung bundesweit durchgefhrten Sortenversuchen des IfZ intensiv

geprft werden. Bei Futterrben werden diese Parameter dagegen nicht beschrieben

(z. B. Nematodentoleranz). Da noch keine spezifischen Biomassesorten zugelassen

sind, sollten deshalb zunchst Zuckerrbensorten als Rohstoff fr die Biogaserzeugung

angebaut werden. EU-Sorten sind bei Zuckerrben wie bei allen anderen Fruchtar-

ten in Deutschland grundstzlich vertriebsfhig. Allerdings ist zu beachten, dass fr

diese Sorten keine Leistungsdaten aus Sortenversuchen vorliegen, da sie in Deutschland

nicht zur Wertprfung angemeldet worden sind oder nach der Wertprfung mangels

Leistung keine Zulassung erhalten haben. EU-Sorten (zzt. > 1.000 Sorten) unterliegen

deshalb einem nicht einzuschtzenden Anbaurisiko, insbesondere hinsichtlich der H-

he des Zuckerertrags. Die richtige Sortenwahl ist aber unabdingbar fr eine nachhaltige

Produktion mit hchster Produktivitt. Dazu werden zuknftig gezielt entsprechende

Wert- und Sortenversuche angelegt.

3.2 Anbauverfahren (N. Stockfisch)

Aus pflanzenbaulicher Sicht gibt es keine wesentlichen Unterschiede zwischen dem

Anbau von Biomasserben und dem zur Erzeugung von Nahrungs- und Futtermitteln.

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

Auerdem unterliegt der Anbau unabhngig von der Nutzungsrichtung denselben fach-

rechtlichen Bestimmungen, Cross Compliance-Verpflichtungen und der guten fachli-

chen Praxis.

Voraussetzung fr einen hohen Feldaufgang und damit eine hohe Bestandes-

dichte von mindestens 80.000 Pflanzen je ha ist eine Aussaat bei ausreichend abge-

trocknetem Boden und die Wahl von Sorten mit hoher Saatgutqualitt (Abb. 7).

Abb. 7: Rbenfeld mit gleichmiger Bestandesdichte

Interessant, weil besonders kosten- und umweltrelevant, ist die Hhe der optimalen

N-Dngung. Wegen des breiten Optimums von Zuckerrben in Abhngigkeit von der

N-Dngung (Abb. 8) ist es Ziel, die N-Dngung so niedrig wie mglich anzusetzen.

Der hchste Bereinigte Zuckerertrag wird ohne organische Dngung an den meisten

Standorten mit 80 bis 120 kg N je ha erzielt. Das Produktionsziel fr Zuckerrben zur

Biogasnutzung ist der maximale Rbentrockenmasseertrag, nicht Rbenertrag. Dieser

wird aber, ebenso wie der maximale Zuckerertrag, mit einer Dngung in hnlicher

Grenordnung erreicht.

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

Abb. 8: Einfluss der N-Dngung auf den Ertrag von Zuckerrben (Mittelwert 1993 2002) Dauerversuch IfZ

Bezieht man die Kosten fr den Dnger ein, ergibt sich zumeist eine optimale N-Dn-

gung von unter 100 kg N je ha. Eine solche verhaltene, angepasste N-Dngung wirkt

sich zustzlich mindernd und damit positiv auf das N-Bilanzsaldo des Betriebes aus,

welches nach Cross Compliance als mehrjhriger Durchschnitt der Hoftorbilanz zu

kalkulieren ist. Werden zuknftig zustzlich Klimaschutzaspekte verstrkt bercksich-

tigt, wre die optimale N-Dngung mit deutlich unter 100 kg N je ha anzusetzen.

Die Menge und Anzahl der Pflanzenschutzmanahmen sind wie beim Anbau

von Zuckerrben fr die Zuckerproduktion auf das notwendige Ma zu reduzieren.

Die Wahl einer geeigneten, an den Krankheits- und Schdlingsdruck des Standortes

angepassten Zuckerrbensorte mit der richtigen Insektizidausstattung in der Pillenhll-

masse ist dazu wesentliche Voraussetzung. Insbesondere in Fruchtfolgen mit Mais ist

bei Auftreten von Rhizoctonia solani, der spten Rbenfule, der Anbau von resistenten

Sorten zwingend notwendig, um Ertragsverluste zu vermeiden. Vernderungen bei der

Unkrautbekmpfung sind nicht erforderlich. Ob eine zustzliche spte Fungizidapplika-

tion bei sehr spter Ernte und ggf. Blattbergung erfolgen soll, ist insbesondere aus Kos-

tengrnden sorgfltig abzuwgen.

Wenn keine anderen Wachstumsfaktoren ertragsbegrenzend wirken, ist die

Dauer der Vegetationszeit ausschlaggebend fr den erzielbaren Trockenmasseertrag.

Deshalb und aufgrund der begrenzten Lagerfhigkeit von Zuckerrben scheint es ver-

lockend, die Zuckerrben im Bedarfsfall erst sehr spt, ggf. sogar erst im Winter/Frh-

jahr zu ernten. Sehr spte Ernten mit schweren Maschinen auf feuchtem Boden lassen

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allerdings verstrkt Konflikte mit einem vorsorgenden Bodenschutz erwarten, der ange-

passte Maschinen mit geringem Reifeninnendruck (< 2,0 bar) erfordert. Es ist auch kri-

tisch zu hinterfragen, ob der Nutzen einer sehr spten Ernte den entgangenen Ertrag

nachfolgend angebauter Winterfrchte tatschlich kompensiert.

3.3 Aufbereitung, Lagerung, Silierung (D. Augustin, E. Hartung, B. Mrlnder)

Nach der Ernte enthalten Rben, abhngig von den Boden-, Witterungsbedingungen

und Ernteverfahren, einen unterschiedlich hohen Erdanteil, der durch sorgfltige Vor-

reinigung am Feldrand auf 4 bis 10 % vermindert werden kann. Die verbleibende Erde

kann je nach Zusammensetzung verschiedene Teilprozesse der Biogaserzeugung mehr

(Sand) oder weniger stark (Ton/Schluff) stren. Steine fhren darber hinaus zu mecha-

nischer Beschdigung der Frder- und Pumpelemente. Wie bei der Produktion von R-

ben fr die Zuckererzeugung sollte eine Reinigung nach mindestens einwchiger Lage-

rung am Feldrand und Verladung mit einem Reinigungslader erfolgen. Dadurch kann

der Erdanhang auf bis zu 5 % reduziert werden. Mobile Rbenwschen verschiedener

Anbieter vermindern die Resterde nochmals deutlich. Die Kosten betragen selbst bei

hohem Durchsatz mindestens 3 , oft aber etwa 5 je t Rben. Ein sorgsamer Umgang

mit dem Restwasser ist wegen der organischen Belastung erforderlich. Insgesamt muss

die Reinigung der Rben auch aus logistischer Sicht betrachtet werden, denn bei einer

Silierung, insbesondere in Mischsilagen mit Mais, mssen groe Rbenmengen in kr-

zester Zeit gewaschen zur Verfgung stehen. Dazu sind dann zwei separate Logistikket-

ten erforderlich. Bei zentraler Reinigung auerhalb des Betriebes mssen die hheren

Transportkosten durch eine effizientere Reinigung aufgefangen werden. Die Nutzung

von Reinigungsanlagen der Zuckerfabriken ist wegen des Verlustes des Nawaro-Bonus

noch nicht mglich.

Betriebsindividuell gibt es eine Vielzahl von Aufbereitungsverfahren. Die Verft-

terung ganzer Rben setzt robuste Schnecken und Pumpen mit quetschenden oder zer-

kleinernden Aggregaten voraus. Fr die Zerkleinerung werden verschiedene technische

Lsungen in der Radlader- bzw. Frontladerschaufel oder Gehlzschredder angeboten

(Abb. 9).

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

Abb. 9: Wsche und Zerkleinerung von Rben

Aus grtechnologischer Sicht hat dabei, im Gegensatz zu anderen Substraten, die Gr-

e der Rbenteile keine ausschlaggebende Bedeutung. Eine Zwischenlagerung zerklei-

nerter Rben ber mehrere Tage ist nicht mglich, da sie biologisch sehr aktiv sind und

somit hohe Verluste zu erwarten sind. Wegen der dabei entstehenden Suren ist bei

einer kontinuierlichen Nutzung von Schneid- oder Frderaggregaten auch der hhere

Verschlei zu beachten.

Rben knnen ab etwa Anfang September kontinuierlich geerntet und frisch ver-

fttert werden. Sie stellen dann eine ideale Ergnzung als Zuftterung zu Silagen oder

anderer angefallener Frischsubstrate wie Grassilage dar. Eine Lagerung kann bei ab-

nehmenden Temperaturen ab Ende Oktober erfolgen. Atmungsverluste durch die Um-

setzung von Zucker sind in der Miete stark temperaturabhngig. Des Weiteren hat eine

verlust- und beschdigungsarme Ernte einen entscheidenden Einfluss auf die Hhe der

Zuckerverluste. Eine sorgfltige Abdeckung der Miete vermindert Atmungsverluste. So

ist z. B. bereits bei einer kurzzeitigen Zwischenlagerung der Rben am Feldrand im

November mit Abdeckung von Verlusten bis zu 150 g Zucker je t Rben und Tag aus-

zugehen; ohne Abdeckung erhhen sich die Verluste. Diese Lagerungsverluste mssen

betriebsindividuell gegen Silierverluste abgewogen werden.

Gefrorene Rben haben keinen wesentlichen Einfluss auf die Vergrung. Aller-

dings sollten angefaulte und alterierte Rben nicht verfttert werden. Gut gelagerte R-

ben knnen bis ins Frhjahr verfttert werden. Die kontinuierliche Ernte von Rben im

Winter und zeitigen Frhjahr ist, wenn berhaupt, nur auf wenigen Standorten (z. B.

leichte Sande) technisch berhaupt mglich. Aspekte des vorsorgenden Bodenschutzes

mssen dabei beachtet werden (siehe Kap. 3.2).

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

Zur ganzjhrigen Verftterung muss die Rbe konserviert werden. Sie verfgt

aufgrund des hohen Zuckergehaltes ber hervorragende Siliereigenschaften, selbst

wenn sie vorher nicht zerkleinert wurde. Zerkleinerte Rben haben eine stark flieende

Konsistenz, so dass im Flachsilo, im Erdbecken (Abb. 10) oder im Hochsilo entspre-

chend stabile Auenwnde erforderlich sind. Aufgrund der hohen biologischen Umset-

zungsaktivitt sollte der Anteil der Oberflche des Silos mglichst gering bzw. die

Oberflche abgedeckt sein, um hohe Silierverluste durch Grung und aeroben Abbau

zu vermeiden. Diese knnen allein in der oberen Deckschicht insbesondere in Lagunen

deutlich mehr als 10 % betragen, bisher sind sie aber wenig untersucht. Durch weitere

Verluste bei Ein- und Auslagerung des Substrats knnen insgesamt bis zu 20 % des ge-

wachsenen Ertrages nicht in den Fermenter gelangen.

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Abb. 10: Erdbecken mit pumfhigem Rbensubstrat (links) und Zuckerrben in Schlauchsilage (rechts)

Sickersaft ist auch ein Silierverlust und muss in jedem Fall aufgefangen werden, denn

neben dem Verlust an Grsubstrat fhren selbst geringe Mengen zu einer sehr hohen,

nicht akzeptablen organischen Belastung des Ab- oder Oberflchenwassers.

Die Silierung in luftdichten Folienschluchen, auch ganzer Rben, hat dagegen

sehr geringe Silierverluste (hchstens 10 %), zudem existieren gute technische Lsun-

gen zur Befllung. Der Einsatz von Silierhilfsmitteln kann die ohnehin geringen Verlus-

te weiter vermindern. Insgesamt ist aber die Silierung in Folienschluchen mit etwa 5

je t Zuckerrben zu veranschlagen. ber die Einlagerung von gemusten Rben in

Hochsilos liegen noch keine umfassenden Erfahrungen vor.

Rben eignen sich aufgrund ihres hohen Zuckergehaltes auch hervorragend als

Kosubstrat fr die Silierung. Das Hauptsubstrat (z. B. Mais) sollte dann einen Trocken-

substanzgehalt von ber 33 % aufweisen, um in konventionellen Fahrsilos den Anfall

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

an Sickersaft zu vermindern. Die Silierung in Folienschluchen und als Kosubstrat setzt

eine sehr schlagkrftige Anlieferungslogistik voraus.

4. Vergrung (E. Hartung)

Zuckerrben haben einen besonders hohen Gehalt an leicht fermentierbaren Kohlen-

hydraten, so dass sie sehr schnell vollstndig abgebaut werden und somit geringe hyd-

raulische Verweilzeiten im Fermenter haben. In Laborversuchen mit Batch-Fermentern

waren silierte Zuckerrben nach bereits ca. 6 bis 8 Tagen zu ber 90 % umgesetzt, was

im Gegensatz dazu bei Mais ca. 12 bis 18 Tage und bei Schweineflssigmist ber

20 Tage bentigte. Eine ausreichende Zerkleinerung der Rben frdert zustzlich die

zgige Fermentation. Die ermittelten hydraulischen Verweilzeiten knnen jedoch nur

als Schtzung gelten, da sie von Batch-Fermenteruntersuchungen abgeleitet wurden. In

der Praxis werden jedoch in der Regel Durchfluss-Fermentersysteme betrieben.

Grundstzlich fhrt eine schnellere Vergrbarkeit zu einer erhhten Auslastung

einer Biogasanlage, die jedoch zurzeit noch nicht genau quantifiziert werden kann

(siehe Kap. 5). Allerdings erhht die schnellere Vergrbarkeit auch die Anforderungen

an die Prozesstechnik und den Betrieb einer Biogasanlage. Dies gilt insbesondere dann,

wenn es sich um eine sogenannte Monofermentation handelt. Bei der Vergrung von

Energiepflanzen (z. B. Zuckerrben, Silo- und/oder Krnermais, Sonnenblumen, Klee-

gras oder Getreide) wird inzwischen davon ausgegangen, dass Mischungen (Kofermen-

tation) fast immer einen Vorteil gegenber einer Monofermentation haben.

Neben dem spezifischen Methanertrag (m Methan je t Frisch- oder Trockenmas-

se) ist natrlich vor allem der Methanhektarertrag (m Methan je ha Anbauflche) inte-

ressant. Angaben in der Literatur zu Biogas-/Methanertrgen knnen grundstzlich nur

als Anhaltswerte verstanden werden. Bei den zu erwartenden spezifischen Methaner-

trgen handelt es sich lediglich um Schtzwerte aus theoretischen Berechnungen auf

der Basis von Laboruntersuchungen (Tab. 1), wobei aus der Praxis zuweilen von hhe-

ren Werten berichtet wird. Vor allem aber die zu erwartenden Biomasseertrge je ha

variieren abhngig von Rbentyp, Sorten, Standort, Anbauverfahren und Witterung

teilweise sehr stark. Zustzlich mssen die Verluste durch Ernte, Konservierung sowie

Ein- und Auslagerung betriebsindividuell bercksichtigt werden.

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

Tabelle 1: Substrateigenschaften und Gasertrag verschiedener Rbentypen, berechnete Schtzwerte aus Laboruntersuchungen (nach LfL 2004)

Substrat TM (%)

oTM (%)

spez. Gasertrag (Nl/kg oTM)

spez. Gasertrag (Nm3/t FM)

CH4-Gehalt (%)

Zuckerrbe 23,0 91,9 696,0 147,1 50,8

Gehaltsfutterrbe 14,6 90,3 683,9 90,2 51,1

Gehaltsrbe und Blatt, siliert

17,9 77,6 565,8 78,6 51,9

Massenfutterrbe 11,0 88,2 696,7 67,6 51,6

Rbenkleinteile, Rbenschwnze 17,0 87,0 648,7 95,9 51,8

Gasausbeuten sind auf Basis durchschnittlicher Nhrstoffgehalte (Fett, Eiwei und Kohlenhydrate) und Verdauungsquotienten berechnet

5. Wirtschaftlichkeit (D. Augustin, F. Setzer)

Fr eine Analyse der Wirtschaftlichkeit der Biogaserzeugung von Zuckerrben muss die

gesamte Verfahrenskette vom Anbau ber die Lagerung bis zur Fermentation und Gr-

substratverwertung einbezogen werden. Tabelle 2 enthlt einen Vergleich ber die ge-

samte Produktionskette von der Aussaat bis zum Biogas fr Zuckerrben als Kosubstrat.

Zuckerrben liegen in der Variante frisch verfttern (ohne Waschen und Stein-

trennung) mit 2,46 ct je kWh gleich auf mit Mais. Jeder zustzlich ntige Verfahrens-

schritt verschlechtert die Wettbewerbsfhigkeit bis zu 3,75 ct je kWh. Hierbei wurden

mit jeweils 5 je t fr das Waschen und die Schlauchsilage hohe Kosten fr die noch

nicht standardisierten Verfahren angesetzt. Ohne die Vorteile im Fermentationsprozess

wre damit der Zuckerrbenanbau nur in der Frischverftterung wettbewerbsfhig.

Da Rben jedoch gerade wegen der positiven Greigenschaften zum Einsatz

kommen, bercksichtigt die Gesamtbetrachtung der Tabelle 2 auch bisher wissen-

schaftlich nicht abgesicherte, aber in der Praxis regelmig zu beobachtende Vorteile

der Zuckerrbe im Fermentationsprozess in der vorletzten Spalte. So erhht aufgrund

eigener Erfahrungen im Versuchsgut Relliehausen die Einbeziehung der Zuckerrbe als

Kosubstrat die Gasausbeute aus der organischen Substanz des gesamten vielseitigen

Substratmix um etwa 2 %. Allein diese Erhhung durch einen 20%igen Anteil Zucker-

rben bedeutet eine um 10 % hhere Gasausbeute bezogen auf die Zuckerrben. Mit

den eingesparten Kosten fr Mais in Hhe von 2,46 ct je kWh verringern sich die Kos-

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

ten um 139 je ha. Zustzlich wird 10 % weniger Anbauflche bentigt, was bei Be-

rcksichtigung der Nutzungskosten einen weiteren Vorteil von 50 je ha ergibt.

Tabelle 2: Kostenvergleich von Mais und Zuckerrben als Kosubstrat mit verschiedenen Aufbereitungsverfahren am Beispiel der Ertragsrelationen in Sdniedersachsen, ohne Pachtansatz

Mais Zuckerrben

frisch

frisch +

waschen

waschen +

zerkleinern

waschen + Folien-schlauch

waschen + ein-

silieren

Ertrag1 t/ha 55 73

Gas2 cbm/ha 9.856 10.636

Energieausbeute2 kWh/ha 51.251 56.371

Direkte + Arbeitserledi-gungskosten Anbau /ha 780 845

Dngerwert des Grsubstrates /ha -140 -90

Ernte- u. Transportkosten3 /ha 428 629

Wsche/Walzen4 /ha 60 - 365 365 365 365

Zerkleinern /ha - - - 110 - 183

Folienschlauch /ha - - - - 365 -

Lagerkosten /ha 132 - - - - 175

Gesamtkosten5 /ha 1.260 1.384 1.749 1.859 2.114 2.107

Kosten frei Anlage /t 22,90 19,00 24,00 25,50 29,00 28,90

Kosten je kWh ct/kWh 2,46 2,46 3,10 3,30 3,75 3,74

Rel. Vorzglichkeit des Zuckerrbenanbaus im Vergleich zu Mais

/ha - 0 -363 -473 -728 -721

Fermentationsvorteile der Zuckerrbe6 /ha - 364

Rel. Vorzglichkeit des Zuckerrbenanbaus im Vergleich zu Mais mit Fer-mentationsvorteil

/ha - 364 1 -109 -364 -357

1 Zuckerrben entblttert 2 Bruttoenergieertrag: Atmungs- und Silierverluste nicht bercksichtigt, weil bei Mais und Zuckerrbe hnlich 3 enthlt auch die Ausbringung der Grreste (1,5 km) 4 unterstellt werden 5 /t bei der Zuckerrbe 5 Gesamtkosten abzglich Dngewert 6 u.a. verbesserte Gasausbeute und Rhrbarkeit; bisher keine wissenschaftlich abgesicherten Ergebnisse

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

Die Verbesserung der Rhrfhigkeit und die damit einhergehende Verringerung des

Rhraufwandes stellen ebenfalls einen Vorteil dar. Die sich daraus ergebende Verringe-

rung des Eigenstrombedarfs ist umso grer, je hher der TS-Gehalt des Substrates ist,

und wird mit bis zu 25 % des Eigenstromanteils angegeben. Wie sich die Senkung des

Eigenstromanteils um 1 % durch den Einsatz von 20 % Rben in der Ration auswirkt,

zeigt folgende Beispielrechnung: 56.370 kWh je ha x 38,5 % Wirkungsgrad bedeuten

21.702 kWh elektrisch, davon 1 % vergtet mit 16 ct je kWh ergibt 35 je ha. Da sich

die Einsparung bei einem Anteil von 20 % Zuckerrben auf die fnffache Menge be-

zieht, reduziert der Einsatz von Zuckerrben die Kosten fr den Eigenstrom um 175

je ha.

Daraus ergeben sich kalkulatorisch in Tabelle 2 insgesamt Fermentationsvorteile

der Zuckerrbe von 364 (139 + 50 + 175) je ha. Fr die bertragbarkeit der Daten

auf andere Standorte ist zu beachten, dass weniger die Hhe als vielmehr die Ertragsre-

lation von 73 t je ha bei entbltterten Zuckerrben im Vergleich zu 55 t je ha Mais ent-

scheidend ist. Weiterhin sind vernderte Vorfruchteffekte zu kalkulieren. Betriebsindi-

viduell knnen sich noch Vorteile ergeben, da geringe Anteile Zuckerrben keine La-

gerkosten verursachen, wenn sie frisch verfttert werden. Auch durch die Lagerung in

Lagunen sinkt der Investitionsbedarf gegenber einem Silo von 30 auf 10 je t Lager-

kapazitt.

Zu den bisher nicht genannten Nachteilen zhlen fehlende technische Einrich-

tungen, eine grere Wetterabhngigkeit der Verfahrenskette Zuckerrben und die so-

wohl zeitlich als auch im Umfang erschwerte Grrestverwertung. Hinzu kommt, dass

durch den Einsatz gemuster, nicht stapelbarer Rben in Trockenfermentationsanlagen

der Trockenvergrungsbonus gefhrdet ist. Fr die meisten Biogasanlagen drfte des-

halb gelten, dass bei geringen Anteilen Zuckerrben im Substratmix die Vorteile reali-

sierbar sind, diese sich jedoch mit zunehmendem Anteil verringern.

Fr den zukaufenden Anlagenbetreiber stellt sich die Frage, welcher Preis fr

Zuckerrben dem Preis fr Mais frei Hof entspricht. Kann Mais z. B. fr 28 je t erwor-

ben werden, betrgt der Substitutionspreis fr unverarbeitet einsetzbare Zuckerrben

26,30 je t. Kostet das Waschen und Silieren wie in unserer Rechnung jeweils 5 je t,

so verringert sich der Substitutionspreis auf 16,30 je t. Realisierbare Fermentationsvor-

teile erhhen den Wert und den zahlbaren Preis der Rben um 5 je t. Verndern sich

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DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

die Kosten fr den Zukauf von Mais, ergibt sich ein um den Faktor 8,30 je t propor-

tional vernderter Substitutionspreis fr Zuckerrben.

6. Ausblick (B. Mrlnder)

Die Zuckerrbe ist fr die Erzeugung von Biogas aufgrund ihrer stofflichen Zusammen-

setzung hervorragend geeignet. Insbesondere in Mischsilagen berichten Praktiker ber

eine hhere Gasausbeute, ein besseres Grverhalten und einen schnelleren Abbau des

Substrats. Exakte Untersuchungen dazu sowie zu verfahrenstechnischen Aspekten und

den sich insgesamt ergebenden wirtschaftlichen Vorteilen liegen noch nicht detailliert

vor. Zur Monovergrung liegen bisher weder gengend Praxiserfahrungen noch belast-

bare Ergebnisse aus Forschungsprojekten vor, die aber zurzeit durchgefhrt werden.

Die Produktionskosten einschlielich Lagerung/Silierung und Reinigung des Rohstoffs

Zuckerrbe sind im Vergleich zu Mais hher. Allerdings kann der Anbau von Zucker-

rben aus Sicht der Umwelt zu einem verbesserten Image der Biogaserzeugung fhren,

da bei einem hohen Anbauanteil von Mais die Fruchtfolge aufgelockert wird. Fr den

Anbau von Biomasserben ergeben sich zurzeit keine wesentlichen Vernderungen im

Vergleich zum Anbau von Zuckerrben. Ob zuknftig spezielle Rbentypen eine be-

sondere Vorzglichkeit fr die Biogasgewinnung erlangen knnen, kann erst nach der

Zulassung entsprechender Sorten und deren Testung im Vergleich zu den ertragreichs-

ten Zuckerrbensorten beurteilt werden.

EinleitungStoffliche Zusammensetzung und TrockenmasseertragAnbauSortenwahl \(B. Mrlnder\)Anbauverfahren (N. Stockfisch)Aufbereitung, Lagerung, Silierung \(D. Augustin,

Vergrung \(E. Hartung\)Wirtschaftlichkeit (D. Augustin, F. Setzer)Ausblick \(B. Mrlnder\)