DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rüben - vrs-nf.de · PDF file- 2 - DLG-Merkblatt 363:...

Click here to load reader

  • date post

    10-Jun-2018
  • Category

    Documents

  • view

    214
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rüben - vrs-nf.de · PDF file- 2 - DLG-Merkblatt 363:...

  • - 1 -

    DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

    - 1 -

    DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

  • - 2 -

    DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

    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

  • - 3 -

    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

  • - 4 -

    DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

    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).

  • - 5 -

    DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

    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

  • - 6 -

    DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

    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

  • - 7 -

    DLG-Merkblatt 363: Biomasse-Rben

    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-

  • - 8 -

    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 Zuck