von Roland Bauböck und Marianne Karpenstein-Machan
Warum sollte man auf diese Technik/Entwicklung umsteigen?
Reduzierung von Kosten durch teure Anbaubiomasse, Maisdeckelung einhalten, Vermeidung von Konkurrenz um Ressourcen, Beitrag zur effizienten Reststoffnutzung.
Stand der Entwicklung
Das jährlich in Deutschland anfallende Körnermais-, Raps- und Getreidestroh stellt ein erhebliches, bisher weitestgehend ungenutztes Biomassepotenzial dar. Für Stroh gibt das DBFZ die nachhaltig nutzbare Menge Getreidestroh (Humusbilanzierung), je nach Berechnung, mit 8-13 Mio. t Frischmasse (FM) pro Jahr an (1). Strohaufkommen von Mais- und Rapsstroh werden von den Autoren mit 4 bzw. 7,5 Mio. t FM angegeben, das technische Potenzial von Rapsstroh liegt mit 1,5 Mio. t Trockenmasse deutlich darunter (2). Die räumliche Verfügbarkeit stellt sich sehr heterogen dar und ist abhängig von der der Konzentration der Tierhaltung und dem Anbau von Kulturen wie Rüben und Kartoffeln, die kein Stroh liefern. Regionen mit hohen Tieraufkommen weisen positive Humusbilanzen auf, wohingegen Regionen mit humuszehrenden Kulturen wie Rüben und Kartoffeln negative Bilanzen besitzen (1). Je größer der Maßstab bei räumlichen Betrachtungen ist, desto differenzierter ist auch das Strohpotenzial einer Region. Gegenden mit viel Grünland- oder Waldanteil haben logischerweise auch geringere Strohaufkommen und umgekehrt. Da Stroh ein Substrat mit einem hohen Ligninanteil ist, kann es nicht ohne weiteres in einer Biogasanlage vergoren werden. Der hohe Ligninanteil und die wachsartige Oberfläche des Strohs erschweren die Zersetzung im Fermenter und das Substrat neigt zur Bildung von Schwimmschichten. Zu den bisher erprobten Verfahren für einen besseren Aufschluss der Strohbiomassen zählen biologische (Enzyme, Bakterien), mechanische (Extruder, Häcksler) sowie chemische Verfahren (hydrothermaler Aufschluss). Im Falle von Körnermaisstroh hat eine Co-Silierung mit Zuckerrüben sich als erfolgsversprechend erwiesen (3) (4). Die gemessenen Gaserträge dieser Silagemischung lagen in Labor und Praxisversuchen in etwa gleichauf mit denen der Referenzsilage aus Silomais. Die Vergärung von Rapsstroh mit Zucker (Zuckerrübensimulation) erzielte in Laborversuchen nach Weizen (65%)- und Gerstenstroh (59%) mit 52% die niedrigsten Gaserträge in Relation zum Referenz-Substrat Silomais (100%) (4). Für den Aufschluss von als schwer zu vergärenden Substraten, zu denen auch Stroh zählt, existieren bereits neue Verfahren (siehe oben). Die Firma Lehmann Maschinenbau hat in Begleitung des Fraunhofer IKTS ein Verfahren (Bioextrusion®) entwickelt, mit dem sich die Umwandlungsrate (der organischen Trockensubstanz) der eingesetzten Biomassen nach eigenen Angaben auf 75% (+ 21%) steigern lässt (5). Üblicherweise werden in einer Biogasanlage für Stroh nur 50-65% erreicht, so Lehmann (6). Auf diese Weise können aus Weizenstroh 520 und aus Körnermaisstroh 336 Normkubikmeter CH4 pro Tonne organischer Trockensubstanz entstehen (7). Der Strombedarf der Bioextrusion® wird mit 12 kWh/Tonne angegeben (6).
Rechtliche Situation
Der Verwertung von Stroh in Biogasanlagen spricht aus rechtlicher Sicht nichts entgegen. Stroh entspricht per Definition einem landwirtschaftlichen Nebenprodukt und muss daher mengenmäßig aus der NawaRos-Vergütung herausgerechnet werden.
Wirtschaftlichkeit
Da insbesondere Getreidestroh an sich schon einen nicht unerheblichen Marktwert hat (als Stalleinstreu und Tierfutter und zunehmend auch als Dämmmaterial im Hausbau), hängt sicherlich auch dessen Verwertung als Substrat in Biogasanlagen von den jeweiligen Preisen, also dem jeweiligen Angebot und der Nachfrage ab. Weniger konkurrenzbehaftet, d.h. bisher wenig genutzt, sind andererseits das Stroh vom Mais- und Rapsstroh. Insbesondere für Körnermaisstroh liegen erste Forschungsversuche hinsichtlich der Silierung, Vergärung und der Methanausbeute vor (siehe oben). Durch einen weiteren Ausbau der Bioökonomie (8) könnte es in der Zukunft aufgrund der guten Eigenschaften von Rapsstroh für Biowerkstoffe auch hier zu Nutzungskonkurrenzen kommen. Hier würde dann eine stoffliche Nutzung des Strohs in jedem Fall vor der energetischen Verwertung (Kaskadennutzung) erfolgen müssen.
Ökologie
Wenn die für die Bodenökologie von Ackerflächen notwendige Humusbilanz durch die Entnahme von Stroh nicht negativ beeinträchtigt wird, also wenn diese ausgeglichen oder im leicht positiven Bereich liegt, dann spricht aus ökologischer Sicht nichts gegen den Einsatz von Stroh zur energetischen Nutzung (1). Wenn zusätzlich noch durch den Stroheinsatz der Anteil von Energiemais in sehr maishaltigen Fruchtfolgen reduziert werden kann, dann wäre diese Verschiebung sicherlich auch als positiv einzustufen. Durch eine Ausbringung des Gärprodukts auf die Flächen, von denen das Stroh entnommen worden ist, findet zudem eine gute Rückführung von Nährstoffen und humusbildenden Stoffen statt. Generell kann daher gesagt werden, dass eine nachhaltige Nutzung von Stroh zur Biogasgewinnung aus Sicht der Agrarökologie durchaus sinnvoll sein kann.
Betriebliche Umsetzung
Stroh gilt aufgrund seines hohen Ligninanteils und der wachsartigen Oberfläche als schwer zersetzbares Material in Biogasanlagen. Daher muss Stroh möglichst mechanisch gut zerkleinert werden (z.B. Hächsler), damit die Fermenterbakterien genügend Angriffsfläche für die Zersetzung bekommen. Auch Schneckenextruder, bakterielle, enzymatische oder thermo-chemische Verfahren kommen für das Aufschließen der Strohoberfläche in Frage. Eine weitere Möglichkeit hohe Gasausbeuten aus Stroh zu erreichen, besteht darin, eine dem Fermenter vorgeschaltete Hydrolysestufe in die Anlage zu integrieren. In der Hydrolyse werden die schwer vergärbaren Substrate sozusagen „vorverdaut“ , bevor diese dann in den eigentlichen Fermenter in die Methanisierung gelangen. Alle diese Aufschlussverfahren bringen selbstverständlich Investitions- und Betriebskosten mit sich, die in einer Kosten-Nutzen-Analyse sorgfältig abgewogen werden müssen.
Praxisbeispiel
Biogasanlage von Landwirt Jens Geveke im Ammeland, Niedersachsen (10)
Zum Weiterlesen
1. Zeller, V.; Weiser, C.; Hennenberg, K.; Reinicke, F.; Schaubach, K.; Thrän, D.; Vetter, A.; Wagner, B. Basisinformationen für eine nachhaltige Nutzung von landwirtschaftlichen Reststoffen zur Bioenergiebereitstellung. Leipzig, 2012. DBFZ-Report. Verfügbar unter: https://www.energetische-biomassenutzung.de/fileadmin/media/6_Publikationen/02_Basisinformationen_Reststoffe_web.pdf
2. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) (Hrsg.). Biomassepotenziale von Rest- und Abfallstoffen – Status Quo in Deutschland [online], 2015. Verfügbar unter: https://mediathek.fnr.de/band-36-biomassepotenziale-von-rest-und-abfallstoffen.html
3. Andrade, D. Verwertung von Körnermaisstroh für die Biogaserzeugung, 2019. In: FNR/KTBL-Kongress „Biogas in der Landwirtschaft – Stand und Perspektiven, S. 75-81.
4. Boelhauve, M. und Laser, H. BaSiliKOM— Biomasseaufwertung und Silierung lignocellulosereicher Koppelprodukte zur Optimierung der Methanausbeute. Soest, 2018.
5. Lehmann, T.; Friedrich, E. Stroh statt Feldfrüchte, 2012. In: Landtechnik, 2012, 67(Nr.5), 358-360.
6. Lehmann, T.; Friedrich, E. Fraunhofer sagt „besser geht es nicht“ – Bioextrusion by Lehmann bringt 100% Ausnutzung der fermentierbaren Biomasse. Pöhl/Dresden, 2012.
7. Voelkel, A.K. Zellulosehaltige Substrate. Mehr Gas nach Aufschluss [online], 2012. In: Neue Landwirtschaft, 2012, (Sonderdruck 1-2012), 1-4. Verfügbar unter: http://www.lehmann-maschinenbau.de/uploads/media/2012-01_Neue_Landw.-Sonderdruck_Mehr_Gas_nach_Aufschl.pdf
8. BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) (Hrsg.). Nationale Forschungsstrategie Bioökonomie 2030. Unser Weg zu einer bio-basierten Wirtschaft [online], 2010. Verfügbar unter: https://www.bmbf.de/upload_filestore/pub/Nationale_Forschungsstrategie_Biooekonomie_2030.pdf
9. Münch, J. Nachhaltig nutzbares Getreidestroh in Deutschland – Positionspapier des IFEU zur nachhaltigen Nutzung von Getreidestroh in Deutschland [online], 2008. Verfügbar unter: https://www.ifeu.de/landwirtschaft/pdf/IFEU%20-%20Positionspapier%20Stroh.pdf
10. Karpenstein-Machan, M. Festmist statt Grassilage. Energie aus Pflanzen, Heft 4 2017