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Einfluss der Biogaserzeugung aufRest-C im Gärrest und die Humusbilanz

Thüringer Landesanstalt für LandwirtschaftNaumburger Str. 98, 07743 Jena, Dr. G. Reinhold

DLG-Ausschusses AckerbauHumusreproduktion im Silomaisanbau für Biogasanlagen –

Frankfurt - 26.6.2007

TLL Jena 2007, Reinhold DLG Ackerbau

100 120 139 159 186 274370 450

617

8501043

1760

2010

2690

3300

1608

1360

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06

Anzahl

0

250

500

750

1000

MW

Entwicklung Biogasanlagenbau in Deutschland

Stromein-speisegesetz

Erneuerbare-Energien-Gesetz

EEG Novelle

Inst. Leistung

2


Schwerpunkte der EEG-Novelle 2004NAWARO-Bonus (6 bzw. 4 ct/kWh)

– Voraussetzung für NAWARO-Einsatz– Einsatzstoffe (WD, Getreide, Maissilage, ...)

Gestaffelte Einspeisevergütung (Grenzen: 150 kW, 500 kW, 5 MW)

– Kleinanlagenförderung wirkte bisher kaum

Preisabschlag nach dem Inbetriebnahmejahr (1,5 %/a)

– Anreiz zum sofortigen Bau

KWK-Bonus Wärmesenke Stadtrand wenig WD

Innovations-Bonus Trockenvergärung (??)


Quelle: www.tll.de/ainfo

80 Anlagen240 Tm³ Reaktorraum41,6 MW (installiert)

Feb. 2007

Biogasanlagenbaus in ThüringenStand: 1.1.2007

0

20

40

60

80

100

Altanla

gen

1995

-200

0

2001

erric

htet

2002

erric

htet

2003

erric

htet

2004

erric

htet

2005

erric

htet

2007

errich

tet

Anz

ahl

-

200

400

600

800

1.000

Leis

tung

kW

Anlagen/Jahr

Anlagen gesamt

Mittlere LeistungkW/Anlage

82 Anlagen

Reaktorraum:240 Tm³

Leistung: 41,6 MW (installiert)

3


Trends ab 2004• Anlagengröße steigt • NAWARO- Anteil steigt• Industrielle Anlagen außerhalb der Landwirtschaft• Biogas als Kraftstoff und Gaseinspeisung

große, landw. ferne Anlagen, Landwirt ist nur Rohstofflieferant

• Düngewert ist zu beachten (Nährstoffzufuhr) • Humus-Wirkung von Biogas ??

– C wird zu CH4 und damit dem Kreislauf entzogen

„Biogas = Raubbau am Boden“ (???)


Entwicklung der Anlagengröße (90 Angebote für BGA im Raum Thüringen)

0

200

400

600

800

1000

1200

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

kW/A

nlag

e

4


Biogasanlagenbaus in ThüringenStand: 1.1.2007 (80 Anlagen)

0

20

40

60

80

100

Altanla

gen

1995

-200

0

2001

erric

htet

2002

erric

htet

2003

erric

htet

2004

erric

htet

2005

erric

htet

2006

erric

htet

Anza

hl

-

200

400

600

800

1.000

Leis

tung

kW

Anlagen/JahrAnlagen gesamtMittlere Leistung kW/Anlage


NAWARO-Anteil am Substrat Bezug: Substrat-oTS-Gehalt der Thüringer Biogasanlagen

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 1 2 3 4 5 6

Reaktorbelastung kg/m³/d

Ant

eil N

AW

AR

O o

TS

bis 20052006

5


oTS-Einsatz zur Biogaserzeugung (Thüringen, bis 2005 Erhebung Ist-Einsatzmengen, 2006 Planzahlen)

0100200300400500600700

oTS

- Ein

satz

(t/d

)

Juni2003

Juni2005

Jan2006

Jan2007

AbfallNAWAROWD


Wirkungen der Biogaserzeugungauf das Substrat

6


SubstratveränderungenWirkung der Biogaserzeugung auf die Gülleeigenschaften

• Pflanzennährstoffe Phosphor und Kalium gehen im Gärprozess nicht verloren

• pH-Wert steigt von 6,5...7 auf 7,5...8• Ammoniumanteil am Gesamt-N steigt deutlich• Geringfügige Stickstoffverluste können als

Ammoniak auftreten• deutlicher TS-Abbau durch die C-Konvertierung

zu Methan und CO2• Volumenreduzzierung


Erhebung an allen Thüringer Biogasanlagen

2004 und 2006

• technisch-technologische Parameter• Investition (€/m³ Faulraum; €/kW)

• Produktionsergebnisse (m³/d, kW)

• Probenahme aller Eingangssubstrate und der Biogasgülle (Ablauf des Nachgärbehälters)

– Nasschemische Nährstoffanalyse

7


K-Gehalt (% d. FM)

00,10,20,30,40,50,60,70,8

BGA Sub.

P-Gehalt (% d. FM)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

BGASub.


N-Veränderungen 2006

Nt - Gehalte (% FM)

0

0,5

1

1,5

BGA 0,445 %Sub. 0,546 %

NH4-N - Gehalte (% vom Nt)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

BGA 67,2 %Sub. 40,0 %

Mehrertrag möglich

(N –Pflanzenverfügbarkeit steigt)

Sub 0,51 %

8


Masseabbau70 % Konvertierung der organischen Trockenmasse

0

200

400

600

800

1000

vor nach vor nach

kg/m³

Trocken-masseWasser

der Vergärung

Getreide

86 % TM

70 % Konvertierung der oTS

Masse- und Volumen-reduzierung


Substratveränderungen Masse- bzw. Volumenverluste

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Stallm

ist

Trocke

nkot

Mais-S

ilage

GPS CCM

Getreid

e

Ant

eil

Masseabbau

verbleibende TM

Wasser

9


TS - Gehalte in Thüringer BGA 2006(Sub. = errechnete Mischung der Einsatzstoffe,

BGA = Biogasgülle, n = 49)

TS-Gehalte (%)

0%

10%

20%

30%

40%

BGA 5,7 %Sub. 14,3 %


oTS (% der TS)

50

60

70

80

90

100BGA 72,1 %Sub. 82,4 %

Anteil der oTS an der TS in Thüringer BGA 2006(Sub. = errechnete Mischung der Einsatzstoffe, BGA = Biogasgülle,

n = 49)

C org-Gehalte (% der TS)

20

30

40

50

60

70BGA 48,5 %Sub. 45,6 %

10


Ergebnisse aus der 2. Biogas-Welle1980 ... 1985

Bedingungen:• Reine Güllevergärung• Hohe Reaktorbelastung >5 kg • Kurze Verweilzeiten (8...15 d)


Tägliche C-Freisetzung bei der Bebrütung von Gülle und Biogasgülle (REINHOLD 1988)

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C-Abbau bei Gülle und Biogasgülle (REINHOLD 1988)


TS-Abbau bei unterschiedlichen Lagerungstemperaturen (REINHOLD 1988)

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Tägliche C-Freisetzung bei der Bebrütung von Gülle und Biogasgülle bei unterschiedlichen

Lagerungstemperaturen (REINHOLD 1988)


Kohlenstoffumsatz bei der Biogaserzeugung und anschließender Bebrütung

020406080

100

- -

Lagerungstemperatur

Koh

lens

toff

(%) zu Biogas

fermentierter C

während der Be-brütung abgebauter C

Lagerungsverluste

zur Humusbildungverbleibender C

Mischgülle Faulschlanm

(REINHOLD 1988)

C-Bilanz (REINHOLD 1988)

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Temperatur bei der Kompostierung von Gülle und Biogasgüllefeststoff (REINHOLD 1988)


Trockenmasseabbau bei Güllefeststofflagerung in Kompostierungsmieten (REINHOLD 1988)

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Kohlenstoffabbau durch BiogasZusammenfassung:

Biogaserzeugung führt zu ähnliche Stabilisierung wie die aeroben Rotte

37,8 %

62,2 %

C - Abbau im Biogasreaktor

C - Abbau bei der Bebrütung

C - Abbau bei der Bebrütung

Im Boden zur Reproduktion der Bodenfruchtbarkeit verbleibender Kohlenstoff

63,0 %

20,5 %

16,5 %ohne Biogas mit Biogas

Quelle Reinhold 1988


VDLUFA Standpunkt (2004)

Wirtschafts-dünger GärprodukteTS kg Humus C/t Einsatzstoff

Schwein 4% 4Schwein 8% 8Rind 4% 6Rind 7% 9Rind 10% 12Geflügel 15% 12Geflügel 25% 22Geflügel 35% 30Geflügel 45% 38Gärprodukte 4% 6Gärprodukte 7% 9Gärprodukte 10% 12Gärprodukte 25% 36Gärprodukte 35% 50Komposte 30% 40Komposte 60% 70

15


y = 141,79xR2 = 0,9959

y = 86,928xR2 = 0,9731

0

10

20

30

40

50

60

70

0% 20% 40% 60%

Wirtschafts-dünger

Gärprodukte

Linear(Gärprodukte)

Linear(Wirtschafts-dünger)

VDLUFA Standpunkt (2004)mit Komposten

y =127 x


C-Humusreproduktion

• Allgemein: 100 kg Humus-C / t TS

• Wirtschaftsdünger: 87 kg Humus-C / t TS

• Gärprodukte: 142 kg Humus-C / t TS

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Substrateinsatz * TS-Gehalt

abzüglich zu Biogas konvertierte Biomasse

(= Gasmenge * Biogasgewicht 1,25 kg/m³)

= Biomasse (TS) für Humusbildung

* C-Faktor Gärprodukte (142 kg/tTM ) = C-Zufuhr

oTS Pflanzen = 95 % oTS Gülle = 80 %oTS Biogasgülle = 70 %

Grundsätzlich gilt für Biogasgülle


0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

R-Gülle S-Gülle Stallmist HTK Mais-Silage

GPS CCM Getreide

kg H

umus

C /

t Fris

chm

asse

kg C / t Ausgangs-Substrat

kg C / t Biogasgülle

Humusreproduktion bei Vergärung von NAWROS

(Bezug Frischmasse, Gaserträge nach KTBL, C-Faktor nach VDLUFA 2004,Gärprodukte)

TS (%) 8% 6% 25% 45% 32% 40% 65% 86%

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Unterstellung: Anbau im Ackerbaubetrieb Thüringen

(Personengesellschaft)Anbauumfang Ertrag

% dt/ha

Getreide 66% 70GPS 0% 250Ölfrüchte 18% 40Zuckerrüben 2% 500Silomais 0% 450Ackerfutter 0% 450Stillegung 10% 150sonstiges 4% 0Summe 100%


Ackerbaubetrieb Thüringen (Humuswirkung nach VDLUFA Richtwerte - untere Werte)

Bilanz: -204 (Anbau) + 502,4 (NP) = 298,4 kg C/ha

VDLUFA Richtwerte - obere Werte

Bilanz: -315,6 (Anbau) + 502,4 (NP) = 186,8 kg C/ha

Anbauumfang Ertrag HP NP NP Ertrag NP% dt/ha kg C /ha kgC/t dt FM/ha kg C /ha

Getreide 66% 70 -280 100 56 560GPS 0% 250 -280Ölfrüchte 18% 40 -280 100 64 640Zuckerrüben 2% 500 -760 8 350 280Silomais 0% 450 -560Ackerfutter 0% 450 600Stillegung 10% 150 400 8 150 120sonstiges 4% 0 160gewichtetes Mittel 100% -204 502,4

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Wirkung von Biogasproduktion– Anbau von Mais (Starker Humuszehrer)

– Anbau von GPS (d.h. Stroh bleibt nicht auf dem Feld)

– Einsatz von Getreidekorn (Ähnlich dem Verkauf von Getreide)

• Verringerung des Getreideanteils

• Aber auch– Verringerung des Exports von Biomasse aus den

Betreib heraus – Rückführung von Kohlenstoff mit der Biogasgülle

TLL Jena 2007, Reinhold DLG AckerbauVDLUFA Richtwerte – untere Werte

C-Bilanz im Ackerbaubetrieb (Biogasfrüchte reduzieren den Getreideanbau)

050

100150200250300350400

Standard

10 % Mais

30 % Mais

10 % GPS

30 % GPS

10 % Getreide

30 % Getreide

kg C

/ha

Feldproduktion incl. NP Biogasgülle

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Milchviehbetrieb Thüringen 1 GV /ha

(Humuswirkung nach VDLUFA Richtwerte - untere Werte)

Gülleanfall (8000 l Kuh) 21,7 t/a mit 10 %

bei 12 kg C/m³ (VDLUFA) + 260 kg C

bei 8,7 kg C/m³ (Regression: 85 kg/tTS) + 189 kg C

Anbauumfang Ertrag HP NP NP Ertrag NP% dt/ha kg C /ha kgC/t dt FM/ha kg C /ha

Getreide 42% 70 -280 100 56 560GPS 0% 250 -280Ölfrüchte 8% 40 -280 100 64 640Zuckerrüben 0% 500 -760 8 350 280Silomais 22% 450 -560 0Ackerfutter 15% 450 600 0Stillegung 9% 150 400 8 150 120sonstiges 4% 0 160 0gewichtetes Mittel 100% -130,8 297,2


VDLUFA Richtwerte – untere Werte

C-Bilanz im Milchviehbetrieb 1 GV/ha, 8000 l BGA mit Gülle+Biogasfrüchte (reduzierter Getreideanbau)

-1000

100200300400500600700800900

Ackerb

au

10 %

Mais

20 %

Mais

10 %

GPS

20 %

GPS

10 %

Getr

eide

20 %

Getr

eide

kg C

/ha

Biogasgülle

Gülle

Feldpro-duktionincl. NP

20


Futterverzehr Milchkuh (Bezug: Flächenbedarf einer 1 Milchkuh, DLG Band 119)

FutterverzehrTS oTS GL GL GL AL AL AL

6000 8000 10000 6000 8000 10000

Weidelgras dt/TM 100% 95% 19 16 13 10 10 10Grassilage dt/TM 100% 95% 19 22 25 11 13 15Maissilage dt/TM 100% 95% 4 7 10 20 22 24Stroh dt/TM 100% 95% 2 2 2 3 2 2Soja dt 86% 95% 0 1 2,5 2 3 4,5Weizen dt 86% 95% 2 2 2,5 1 2 2,5MLF 18/3 dt 86% 95% 7 17 22 12 15 19MLF 16/3 dt 86% 95% 6Mineral dt 100% 95% 0,1 0,15 0,2 0,2 0,25 0,3

Summe dt 59,1 67,15 77,2 59,2 67,25 77,3dtTM 57 64,35 73,42 57,1 64,45 73,66


Der etwas höherer Abbau bei Biogas ist aus der längeren Verweilzeit erklärbar (Kuh = 24 ... 36 h , BGA 50 ... 100 d),

wird aber durch den höheren C-Faktor ausgeglichen

TM-Umsatz unterschiedlicher Flächennutzumgssysteme (Bezug: Flächenbedarf einer 1 Milchkuh, DLG Band 119)

0

20

40

60

80

100

6000

8000

1000

060

0080

0010

000

6000

8000

1000

0

Milchleistung

TM-U

msa

tz d

t/a

im Tierzu Biogaszur Humusbildung

Milchproduktion Milchproduktion Biogaserzeugung + Biogas

Unterstellungen:Gaserträge nach KTBLGülleanfall nach TLLoTS Pflanzen 95 %oTS Gülle 80%Fütterung: 6000 l 8000 l 10000 l

W eidelgras dt/TM 10 10 10Grassilage dt/TM 11 13 15Maissilage dt/TM 20 22 24Stroh dt/TM 3 2 2Soja dt 2 3 4,5W eizen dt 1 2 2,5MLF 18/3 dt 12 15 19

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Zusammenfassende Schlussfolgerungen• Biogasproduktion greift in den C-Kreislauf ein

– Änderung der Fruchtfolge, Erhöhung WD Anteil, Düngewirkung, CO2-Vermeidung, ...

• Problemdiskussion erfolgt kaum fachlich begründet• Biogasgüllerückführung wird oft vernachlässigt

(höhere Reproduktionsfaktoren beachten)

• GPS und Getreideeinsatz führen oft zur Steigerung der Humusreproduktion

• Gefahren für Humusreproduktion bestehen nur bei gravierender Steigerung des Maisanbaus (sofern die Humusfaktoren des VDLUFA auch für heutige Anbausysteme gelten)


Zusammenfassende Schlussfolgerungen II• energetische Nutzung von Biomasse wird zunehmen, und

damit der Eingriff in die Humusbilanz• Allerdings sind die Produktionslinie sehr unterschiedlich zu

bewerten:- RME und Ethanol (Raps u. Getreide) ändert wenig am

Humusbilanz- Verbrennung bzw. Vergasung von Biomasse und BTL

führt zur Entnahme von Kohlenstoff (Bilanzver-schlechterung).

- Biogas (Basis Gülle und NAWARO) kann zu einer Verbesserung des Humussaldos beitragen.

- Bei übermäßigem Maisanbau kann die Bilanz aber auch verschlechtern werden

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weitere Infos

www.tll.de/ainfo

Vielen Dank

für Ihre Aufmerksamkeit!

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