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Energiepflanzentag Haus Düsse; Biogas aus Zuckerrüben
26.05.2011
Hoffmann, IfZ 1
Prof. Dr. Christa HoffmannProf. Dr. Christa HoffmannInstitut für ZuckerrübenforschungInstitut für Zuckerrübenforschung
GöttingenGöttingen
Energiepflanzentag Haus Düsse, 26.05.2011
Entwicklung des Maisanbaus in Niedersachsen
Flächenanteil Mais steigt in einigen Regionen extrem an Akzeptanzproblem in der Bevölkerung nimmt zu
LWK NS 2010
Instit
ut für Z
uckerrübenfo
rschung, G
öttingen
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26.05.2011
Hoffmann, IfZ 2
Gründe für die Einbeziehung von Zuckerrüben als Biogassubstrat
H h A t il M i i d Flä h Hoher Anteil Mais in der Fläche Wirkung auf das Landschaftbild
Auflockerung der Fruchtfolge (Fusarien)
Verteilung des Anbaurisikos
Gute Ausnutzung der Vegetationszeit
Effiziente Nutzung von Wasser und Stickstoff
Hoher Ertrag
Hoher Zuchtfortschritt
1 ]
16
18BZE, Wertprüfung Bundessortenamt1)
Weißzuckerertrag, Weißzuckerwert nach WVZ
Bereinigter Zuckerertrag und Weißzuckerertrag der neu zugelassenen Sorten 1976–2009
y = 8,27 + 0,15 xr² = 0,73***
Wei
ßzu
cker
ertr
ag [
t h
a-1
6
8
10
12
14
16
y = 6,04 + 0,11 xr² = 0,78***BZE
WZE
Jahr
1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025
BZ
E,
W
0
2
4
(IfZ 2010)
1) Zulassungsjahre 2004-2008 ohne Sorten mit Nematoden- oder Rhizoctoniatoleranz. Ab dem Zulassungsjahr 2009 mit Nematodentoleranz / -resistenz, aber ohne Rhizoctoniatoleranz
Instit
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Energiepflanzentag Haus Düsse; Biogas aus Zuckerrüben
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Hoffmann, IfZ 3
Anforderungen an Zuckerrüben für die Biogasgewinnung
Vergärungseigenschaften
Ertrag N-Düngung
Ernte
Lagerung/Aufbereitungg g g
Sortenwahl
Zusammensetzung von pflanzlicher Biomasse- Was ist entscheidend für die Vergärung?
Wasser
Geernteter Ertrag
= Frischmasse
FMAsche
KohlenhydrateProteineFette
nicht vergärbar!nicht vergärbar!
FM
Trockenmasse
TM
Organische
TMVerdaulichkeitVerdaulichkeit
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100 RohfettRohasche
Zusammensetzung der Trockenmasse von Zucker- und Futterrüben, Zuckerrübenblatt und Mais
Rohnährstoffe nach Weender Futtermittelanalyse, 2 Standorte, Herbst 2009
22,5 % 20,5 % 15,0 % 14,5 % 30 %
(% T
M)
40
60
80
100
NfE RohfaserRohproteinRohfett
ZR-Z ZR-E FR ZR Blatt Mais0
20
40 Leicht umsetzbare Fraktion
(nach Starke & Hoffmann 2011)
S)
800
Gasbildung von Zucker- und Futterrüben
Batchversuche, Mittel aus 2 Standorten, November 2009
r B
iog
aser
trag
(N
l kg
-1 o
TS
300
400
500
600
700
ZG(%)
K--------
Na(mmol/kg)
Amino-N---------
ZR- Z 17,65 28,57 1,43 10,72
ZR- E 16,35 33,74 2,71 10,90
Futterrübe 11,32 60,80 7,84 23,16
Prüfzeitraum (Tage)
0 5 10 15 20 25
sp
ezi
fis
ch
e
0
100
200
Zuckerrübe Sorte 1Zuckerrübe Sorte 2Futterrübe
90 %Gasbildung
(nach Starke & Hoffmann 2011)
ZR - Z
ZR - E
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Bedeutung der Zusammensetzung von Biomassefür die Verwertung als Biogassubstrat
Wasser
Geernteter Ertrag
= FM Asche
Organische
KohlehydrateProteine
Fette
nicht vergärbar!nicht vergärbar!
VerdaulichkeitVerdaulichkeit
TM
g
TMVerdaulichkeitVerdaulichkeit
Kriterium für Biogasrüben
140
WasserRübentrockenmasse140
Rübenertrag von Zuckerrüben und Futterrüben
Mittel aus 4 N-Düngungsstufen, 3 Standorte, 2008 und 2009
ben
ertr
ag (
t h
a-1)
60
80
100
120
140 Rübentrockenmasse
ben
ertr
ag (
t h
a-1)
60
80
100
120
140
ab
c
a
b
c
ZR - Z ZR - E FR ZR - Z ZR -E FR
Rü
b
0
20
40
2008 2009
a a a a a a
ZR - Z ZR - E FR ZR - Z ZR -E FR
Rü
b
0
20
40
2008 2009In
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Anforderungen an Zuckerrüben für die Biogasgewinnung
Vergärungseigenschaften
Ertrag
N-Düngung Ernte
Lagerung/Aufbereitung
Sortenwahl
25 70182 kg N
Ertrag von Zuckerrüben in Abhängigkeit von der N-Düngung
Systemversuch Harste, Mittelwerte von 1993 - 2002
)d
ry m
atte
r yi
eld
(t
ha-1
)
10
15
20
25
oo
t yi
eld
(t
ha-1
)
0
60
70
116 kg N
21.6 t total dry matter
154 kg N62.8 t root
sugar yieldroot yieldtotal dry matter
ener
trag
(t
ha-
1)
bzw
. TM
-Ert
rag
(t
ha-
1)
Gesamt-TMRübenertragZuckerertrag
Gesamt-TM
Rübenertrag
Zuckerertrag
(Stockfisch 2008)
N fertilizer (kg N ha-1)
0 50 100 150 200
Su
gar
/ d
0
5
Ro
0
5010.6 t sugar
N-Düngung (kg N ha-1)
Rü
be
Zu
cker
-b Zuckerertrag
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30
Einfluss der N-Düngung auf die Trockenmasse von Zucker- und Futterrüben
Mittel von 3 Standorten, 2008 und 2009E
rtra
g (
t T
M h
a-1
)
10
15
20
25
Blatt
Rübe
N-Düngung (kg ha-1)
0 100 200 300
E
0
5
Gesamt-TM
(Starke & Hoffmann 2011)
ZR-Z ZR-EFutterrübe
SorteN-DggS*N
****n.s.
Biogashektarertrag von 2 Zuckerrübensorten bei unterschiedlicher N-Düngung
Mittel aus 2 Standorten, November 2009
25000aSorte C
Sorte BZR-ZZR-E
ga
sert
rag
(N
m³
ha-1
)
10000
15000
20000 Blatt
Rübe
a aaSorte CZR-E
N-Düngung (kg ha-1)
Bio
g
0
5000
150 150 300
MethangehaltZuckerrübe: 53 %
(Starke & Hoffmann 2011)
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Nährstoffentzug von Zuckerrüben Rübe und Blatt
Nährstoffgehalte: Mittelwerte aus 4 Versuchen
TM N P K Mg
t/ha ---------------- kg/ha ---------------
Blatt 7 133 21 245 28
Rübe 17 85 17 102 17
gesamt 24 218 38 347 45
Anforderungen an Zuckerrüben für die Biogasgewinnung
Vergärungseigenschaften
Ertrag
N-Düngung
Ernte Lagerung/Aufbereitung
Sortenwahl
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Ernte von Zuckerrüben - Köpfen oder Entblättern?
30 Kopf GD
Einfluss der Sorte auf den Trockenmasseertrag von Rübe (optimal geköpft) und Rübenkopf
Mittel von 4 Standorten, 2009 und 2010 Grenzdifferenz (GD) für Unterschiede zwischen Zuckerrübensorten
cke
nm
as
se (
t h
a-1)
10
15
20
25
Rübe Kopf GD 0,05
Rübe: 1,6Rübe + Kopf: 1,6
~ 8 % Mehrertrag
(Hoffmann 2011)
Sorte
1 2 3 4 5 6 7 8 FR
Tro
c
0
5
10
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Anforderungen an Zuckerrüben für die Biogasgewinnung
Vergärungseigenschaften
Ertrag
N-Düngung
Ernte
Lagerung/Aufbereitung Sortenwahl
Zuckerverlust während der Lagerungbei unterschiedlicher Erntequalität
Außenmiete bzw. Klimacontainer, Parensen 2009
Außentemperatur 8 °C
un
g Z
uc
ke
rme
ng
e (
%)
en
ge
bei
Ein
lag
eru
ng
)
-60
-40
-20
0
20
Blattreste > 1 cm
0 6 12
Ve
rän
de
ru(0
= M
e
-100
-80
60 Blattreste > 1 cm
entblättert
optimal geköpft
zu tief geköpft
0 6 12
Lagerdauer (Woche
5 5
(nach Wulkow & Hoffmann 2011)
Lagerungsdauer (Wochen)Instit
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Möglichkeiten der Silierung von Zuckerrüben
Fotos: Dr. Thaysen, LK SH
Silierung von Rübenbrei in einer Lagune/Erdbecken
Große aerobe Oberfläche wahrscheinlich hohe Verluste
durch Restatmung!
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Vergleich von Rübenlagerungsverfahren
Ganzjährige Lagerung
oTSVerluste
Arbeits-wirtschaft
Geeignet für große
Lager-kosteng g g
Mengen
Feldmiete - + 0 + +Siloschlauch + 0 - - -Fahrsilo + 0 0 + +Hochsilo + + + + 0LLagune - + + +
Mischsilage ZR + Mais
+ 0 0 - +
Nach Schattschneider et al. 2011
+ günstig, 0 neutral, - ungünstig
Anforderungen an Zuckerrüben für die Biogasgewinnung
Vergärungseigenschaften
Ertrag
N-Düngung
Ernte
Lagerung/Aufbereitung
Sortenwahl
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Rübentrockenmasse unterschiedlicher Sorten
Mittel von 8 Standorten, 2008 und 2009
(Buhre et al. 2010)Mittelwert der Vergleichssorten Modus, Monza, Alabama, William = 100 %
Beziehung zwischen Trockenmasse-und Zuckerertrag der Rübe
Mittel von 4 Standorten, 2008 - 2009
(Buhre et al. 2010
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Sorten für die Biogasgewinnung
Wichtige Kriterien bei der Sortenwahl:Wichtige Kriterien bei der Sortenwahl:
Hoher Feldaufgang
Geringe Schossneigung
Angepasste Toleranzen/Resistenzen (Rizomania, Nematoden, Rhizoctonia, Cercospora)
Hoher Zuckerertrag/Trockenmasseertrag
Zuckerrüben zeichnen sich durch eine extrem schnelle Vergärung aus (günstiges Raum/Zeit-Verhältnis)
Die N-Düngung muss nicht erhöht werden
Bei der Ernte können Rüben entblättert werden
Ganzjährige Verfügbarkeit über Lagerung und Silierung muss noch optimiert werden
Die optimale Biogasrübe ist die Zuckerrübe mit dem höchsten Zuckerertrag (enge Beziehung TM und Zuckerertrag)Zuckerertrag (enge Beziehung TM und Zuckerertrag)
Zuckerrüben sind eine gute Ergänzung in der Substratversorgung einer BiogasanlageIn
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chung, Götti
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