Thema: Reststoffe nutzen

von Roland Bauböck und Marianne Karpenstein-Machan

Warum sollte man auf diese Technik/Entwicklung umsteigen?

Reduzierung von Kosten durch Hackschnitzeleinkauf, Vermeidung von Konkurrenz um Holz-Ressourcen.

Stand der Entwicklung 

Hackschnitzel aus Landschaftspflegeholz können für Hackschnitzelkesselbetreiber eine kostengünstige oder ggf. auch kostenlose Alternative zu Hackschnitzeln aus Waldrest- und Waldschwachholz darstellen, wenn der Hackschnitzelkessel für Landschaftspflegeholz geeignet ist und über eine robuste Technik mit Störstoffauslese und „Brecherfunktion“ für überlange Holzstücke verfügt. Wichtig ist hierbei die Qualität des Brenngutes. Es sollte möglichst homogen sein und keine zu großen Stücke enthalten. Zu hohe Feuchtegehalte, hohe Fremdstoffanteile (Steine, Sand) und ein hoher Rindenanteil sollten für einen störungsfreien Anlagenbetreib vermieden werden Bei nicht besonders für Materialmix ausgelegten Kesseln, sollte der Anteil des Landschaftspflegeholzes nicht über 30 Prozent betragen.

Rechtliche Situation

Sofern die Hackschnitzel die Anforderungen eines Regelbrennstoffes nach 1. BImSchV, § 3 Absatz 1, können diese eingesetzt werden.

Wirtschaftlichkeit

Gehölze in der Agrarlandschaft und als Straßenbegleitgrün müssen aus landschafts- und wegepflegerischer Sicht regelmäßig geschnitten werden. Aus diesem Grund fällt Landschaftspflegeholz nahezu überall und kostengünstig an. Die zuständigen Kommunen und Gemeinden müssen das Material entweder zu entsprechenden Sammelplätzen abfahren oder vor Ort häckseln, beides ist mit Kosten verbunden. Auch Dienstleister aus der Privatwirtschaft sammeln Landschaftspflegeholz im Auftrag von Gemeinden ein, um es dann in Biomasseheizwerken zu verfeuern.

Ökologie

Aus Sicht der Ökologie wäre es sicherlich sinnvoll, wenn Hackschnitzel aus Landschaftspflegeholz im regionalen Umkreis thermisch genutzt würden. Wenn Hackschnitzelkesselbetreiber ihren Brennstoffbedarf durch kostenlose Anlieferungen durch Gemeinden und Kommunen abdecken können (Beispiel Bioenergiedorf Erfurtshausen), ergibt sich daraus eine „win-win“ Situation für beide Seiten. Auf Bundesebene gibt die FNR (1) ein Gesamtpotenzial von knapp 1,8 Mio. t Trockensubstanz pro Jahr an (technisches Biomassepotenzial). Durch eine vermehrte Nutzung dieser Art der Biomasse kann z.B. der Nutzungsdruck auf Waldhölzer gemindert werden.

Betriebliche Umsetzung

Hackschnitzel aus Landschaftspflegeholz können eine kostengünstige Biomasseheizquelle für Spitzenlastkessel zur Ergänzung einer Biogasanlage oder als Hauptlast-Heizquelle für Bioenergiedörfer mit einer Freiflächen-Solarthermieanlage darstellen.

Praxisbeispiel

Im Bioenergiedorf Erfurtshausen (siehe „Bioenergiedörfer“) werden für das Beheizen der Hackgut-Spitzenlastkessel ausschließlich kostenneutral angelieferte Hölzer aus der Landschaftspflege verwendet. Das Hacken/Schreddern wird auf dem Betriebshof der Anlage durch einen Dienstleister übernommen.

Zum Weiterlesen

1. FNR (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe) (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

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 Kaskadennutzung von Ressourcen.

Stand der Entwicklung 

Bei der Nutzung von Bioabfällen in Biogasanlagen müssen die Vorgaben der Bioabfallverordnung (BioAbfV) beachtet werden. Bioabfälle sind z.B. pflanzliche Reststoffe, die bei der Lebensmittelproduktion, in der Landwirtschaft, über die Biotonnen der Privathaushalte oder bei der Garten- und Parkpflege anfallen. Auch Abfälle, die aus dem Veterinärrecht ausgeschlossen sind, unterliegen der BioAbfV (1). Für den Einsatz von Bioabfällen in Biogasanlagen müssen zudem die genehmigungsrechtlichen Vorgaben beim Substrateinsatz/Substratwechsel für EEG-geförderte Anlagen beachtet werden. Nach FNR-Angaben (2) existiert in Deutschland ein jährliches Trockenmasseaufkommen (Braune Tonne) von weniger als 2 Mio. Tonnen. Zurzeit wird der größte Teil hiervon kompostiert und ein sehr geringer Anteil energetisch verwertet. Da diese Abfälle zum Großteil über die kommunalen Abfallentsorgungsunternehmen eingesammelt und zentral kompostiert werden, wäre auch die Anlieferung an einer Biogasanlage denkbar und möglich.

Rechtliche Situation

Die Anlage muss für die Vergärung von Bioabfällen genehmigt (BImSchG) sein und die Bioabfälle müssen getrennt erfasst sein und mind. 90 Massenprozent betragen (EEG). Bioabfälle und deren Verwertung in Biogasanlagen unterliegen in jedem Fall der Bioabfallverordnung (Abfallschlüsselnummern 20 02 01, 20 03 01 und 20 03 02 der BioAbfV). Emissionsarme Lagerung sicherstellen, evtl. in geschlossenen Containern, Technik zur Störstoffbeseitigung vorsehen. Wenn in einer Anlage Abfälle (nach Abfallrecht) oder tierische Nebenprodukte (nach Veterinärrecht) vergoren werden, muss das Gärprodukt auf jeden Fall vor dem Inverkehrbringen als Dünger hygienisiert werden.

Wirtschaftlichkeit

Bioabfälle haben als Abfallprodukt keine Erzeugungskosten und müssen lediglich eingesammelt und zum Anlagenstandort transportiert werden. Für die Bioabfälle, die bisher kompostiert werden, müssten neue Liefer-und Abnehmerbeziehungen zwischen Anlagenbetreibern und den Abfallentsorgern entstehen.  Inwieweit sich das umsetzen lässt, muss sicherlich für jeden Fall, also jede Kommune/Gemeinde im Einzelfall geprüft werden. Aus einem kg Frischmasse Bioabfall (40% TM) lassen sich nach KTBL (3) ca. 123 Nl Biogas mit einem CH₄-Gehalt von 60% gewinnen.⁴

Ökologie

Laut Umweltbundesamt (https://www.umweltbundesamt.de/daten/ressourcen-abfall/verwertung-entsorgung-ausgewaehlter-abfallarten/bioabfaelle#verwertungswege-biogener-abfalle) wurden im Jahr 2017 10,1 Mio. Tonnen biogene Siedlungsabfälle aus deutschen Haushalten, Gewerbebetriebn und aus der kommunalen Grünpflege eingesammelt. Der weitaus größere Teil hiervon wurde kompostiert und ein kleiner Teil in Biogasanlagen vergoren. Zwar wird aus dem kompostierten Bioabfall nährstoffreiche Erde, aber die darin gespeicherte Energie wird nicht genutzt. Für eine optimierte Kreislaufwirtschaft und zur Steigerung der Nutzung von Energie aus Rest- und Abfallstoffen wäre es daher besser, wenn mehr Bioabfälle in Biogasanlagen genutzt würden. Denn auch nach der Energiegewinnung stellt der Gärrest aus Bioabfall ja noch einen hochwertigen organischen Dünger dar, mit dem sich mineralischer Dünger in der Landwirtschaft gut ersetzen lässt.

Betriebliche Umsetzung

Bei bestehenden Biogasanlagen, die nach geltenden Fassungen des EEG und der Vergärung von NawaRos und/oder Gülle genehmigt sind, können Bioabfälle nicht eingesetzt werden. Anders sieht es hingegen beim Neubau einer Anlage oder einer Teilnahme an der 10-jährigen Weitervergütung nach dem Auslaufen der ersten Vergütungsperiode aus. In diesen beiden Fällen kann der Betreiber die Anlage unter Beachtung aller genehmigungs-, abfall-, veterinär-und wasserrechtlicher Vorgaben mit Bioabfällen beschicken. Dies gilt auch für reine NawaRo-Anlagen aus der ersten Förderperiode.

Praxisbeispiel

Die Marburger Entsorgungs GmbH betreibt am Standort ihrer Kompostanlage im Stadtteil Cyriaxweimar eine Biogasanlage zur Vergärung und Energiegewinnung von kommunalen Bioabfällen. Im Gegensatz zur reinen Kompostierung, können die Bürger nun auch Speisereste und Fette mit in die dafür vorgesehenen Tonnen entsorgen, da diese ein energiereiches Substrat für die Biogasgewinnung darstellen: Eine Win-Win Situation für beide Seiten.

Zum Weiterlesen

1. Wilken, D.; Knabel, M.; Ikenmeyer, K.; Lebuhn, M. Rechtliche Anforderungen beim Einsatz verschiedener Substrate in Biogasanlagen [online], 2016 [Zugriff am: 17. Oktober 2019]. Verfügbar unter: https://www.biogas-forum-bayern.de/media/files/0001/Einsatzstoffe-und-Konsequenzen-rechtlicher-Aenderungen-2013.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. Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL). Wirtschaftlichkeitsrechner Biogas [Online-Tool], 2017 [Zugriff am: 23. Oktober 2019]. Verfügbar unter: https://daten.ktbl.de/biogas/startseite.do;jsessionid=B2E169266CF6D1F8BD7E3963F7E1A5AA

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 Vermeidung von Methanemissionen aus Gülle und Mist, Beitrag zur Kaskadennutzung von Ressourcen.

Stand der Entwicklung 

Gülle (Rinder, Schweine) sowie Stallmist aus der Nutztierhaltung sind seit dem Aufkommen der ersten landwirtschaftlichen Biogasanlagen fast immer (Ausnahme bilden hier reine Anlagen aus nachwachsenden Rohstoffen) das Co- oder Hauptsubstrat in der Energiegewinnung. Die Methanausbeuten pro Tonne Frischmasse sind, je nach Höhe des Trockensubstanzgehaltes, bei Wirtschaftsdünger vergleichsweise niedrig. Bezogen auf die organische Trockenmasse (oTS) erreichen aber insbesondere Schweinegülle, Trockenkot und Stallmist, Werte (250-280 Nl CH₄/kg oTS), die sich an die von pflanzlichen Substraten annähern (300-350 Nl CH₄/kg oTS) (1).

Insbesondere Gülle liefert die für die bei der Nassfermentation notwendige flüssige Phase für eine bessere Rührbarkeit. Gegenwärtig befinden sich lediglich 30% des verfügbaren Wirtschaftsdüngers in der Nutzung zur Energiegewinnung (2). Da diese 30% das leicht erschließbare Potenzial, meist von größeren Betreiben mit mehreren Hundert Tieren, darstellt, werden es zukünftig Kosten-Nutzen-Abwägung oder die neueren Ausgestaltungen des EEG sein, die entscheiden, ob weitere Wirtschaftsdüngermengen in die Nutzung von Biogasanlagen gelangen werden. Aus diesem Grund haben die Interessenverbände der Bioenergie/Biogasnutzung im August 2019 eine gemeinsame Stellungnahme über das Hauptstadtbüro Bioenergie herausgebracht (3). Hier wird u.a. gefordert, den Klimaschutzbeitrag der Güllevergärung stärker als bisher zu honorieren und somit den genutzten Anteil auf 60% zu steigern. Dieses Ziel soll laut dem Positionspapier durch entsprechende Änderungen im EEG, durch eine Weiterentwicklung der technischen Anforderungen (Immissionsrecht, Abfallrecht) und eine Ausweitung der Agrarinvestitionsförderung (AFP der GEK) erreicht werden. Auch eine stärkere Nutzung von Festmist aus Tierhaltungsbetrieben sollte für eine bessere Ausnutzung der vorhandenen landwirtschaftlichen Wertstoffe vorangetrieben werden. Dass die Festmistnutzung in Biogasanlage ein gangbarer Weg ist, zeigen Praktikerbeispiele wie das von Landwirt Jens Geveke aus dem Ammerland (4).

Rechtliche Situation

Nach dem EEG 2009 kann Wirtschaftsdünger von Nutztieren (Gülle/Stallmist) zusätzlich zum Einsatz von NawaRos in der Höhe von 30 Massenprozent eingesetzt werden, ohne, dass dabei der Status als NawaRo-Anlage verloren geht. Diese 30% werden dann nach mit dem Güllebonus vergütet. Ab dem EEG 2012 entfällt der Güllebonus. Anstelle des Güllebonus werden im EEG 2012 Güllekleinanlagen besonders vergütet, wenn diese nicht mehr als 75 kW el. installiert haben und mind. 80% Gülle einsetzen (Ausnahme: Geflügelmist und Geflügeltrockenkot). Für größere Anlagen ist im EEG 2012 die Einsatzstoffvergütungsklasse II. Auch im EEG von 2017 sind die Güllekleinanlagen weiterhin als Sondervergütungsklasse enthalten. Eine Ausnahme bildet der Pferdemist. Bis zum EEG 2012 wird Pferdemist von Heim- oder Reittieren zum NawaRo-Anteil hinzugerechnet. Ausnahme, die Pferde sind laut Pass für den menschlichen Verzehr gedacht. Ab dem EEG 2012 kann jeglicher Anteil von Pferdemist für das Erreichen des 80% Gülleanteils im Falle von Güllekleinanlagen angerechnet werden. Wenn in einer Anlage Abfälle (nach Abfallrecht) oder tierische Nebenprodukte (nach Veterinärrecht) vergoren werden, muss das Gärprodukt auf jeden Fall vor dem Inverkehrbringen als Dünger hygienisiert werden.

Wirtschaftlichkeit

Wirtschaftsdünger ist ein in der Regel kostenneutral oder kostengünstig anfallendes Substrat für Biogasanlagen, bei dem lediglich die Transportkosten vom Entstehungsort zur Anlage zum begrenzenden Faktor werden können. Betriebe mit eigener Tierhaltung und einer Biogasanlage verfügen somit über ein quasi kostenloses Substrat für ihre Anlage. Da Wirtschaftsdünger und Gärprodukt aus Biogasanlagen, dem Düngegesetz mit seinen Verordnungen unterliegen und insbesondere Betriebe in Intensivtierhaltungsregionen häufig nicht über die notwendigen Flächen für die Ausbringung von Wirtschaftsdünger oder Gärprodukt verfügen, kann es durchaus auch sein, dass Anlagenbetreiber für die Annahme von Gülle oder Mist eine Entlohnung erhalten. Mit dem Gärprodukt selbst lässt sich eine teure mineralische Düngung substituieren und idealerweise schließt sich an dieser Stelle dann auch der Nährstoffkreislauf. Um auch für kleinere Anlagen die Vergärung von Gülle und Stallmist wirtschaftlich attraktiv zu machen, ist im EEG eine besondere Vergütungsklasse für Anlagen bis 75 kW Bemessungsleistung vorgesehen.

Ökologie

Aus ökologischer Sicht ist die Vergärung von Wirtschaftsdüngern in Biogasanlagen sehr sinnvoll und sie leistet einen wichtigen  Beitrag. Einerseits werden durch die Vergärung in der Biogasanlagen Treibhausgas-Emissionen verringert und andererseits ist sie ein Ausgangspunkt der Kaskadennutzung der Biomasse, erst energetische, dann in stofflicher Nutzung. Das aus Gülle gewonnene Gärprodukt ist durch die in der Biogasanlage abgebauten Schwefelverbindungen deutlich geruchsärmer und die Pflanzenverfügbarkeit der in ihm enthaltenen Nährstoffe ist gegenüber der unverarbeiteten Gülle erhöht. Im Fall einer Tierfütterung mit hofeigenem Tierfutter und anschließender Gärproduktdüngung wird der Nährstoffkreislauf geschlossen.

Sonderfall Pferdemist

Im Vergleich zu den etwa 30% des bereits in Biogasanlagen gelangenden Wirtschaftsdüngers von Rindern, Schweinen und Geflügel, ist der Einsatz von Pferdemist bisher noch kaum verbreitet. Oechsener et al. (5) berechnen für die mehr als 1 Mio. Pferde in Deutschland ein Mistaufkommen von 17-20 Mio. t pro Jahr. Mit nur der Hälfte dieses Potenzials könnten laut der Autoren 7,8 Mio. t Maissilage ersetzt werden. Da Pferdemist in der Regel mit Stroh aus dem Einstreu der Pferdeboxen vermischt ist, lässt sich dieses Substrat nur schwer in Biogasanlagen vergären (s.o.). Um den Aufschluss des Materials zu verbessern, hat sich eine mechanische Vorbehandlung mit einem Querstromzerspanner als erfolgreich erwiesen. Im Labormaßstab (Batch-Analysen) konnte eine um ca. 10% gesteigerte Methanausbeute und eine gesteigerte Abbaugeschwindigkeit aus dem vorbehandelten Mist gegenüber dem unbehandelten Mist nachgewiesen werden (6). Durch das Verfahren werden zudem die sonst bei der Strohvergärung üblichen Schwimmschichten vermieden. Die benötigte elektrische Energie für den Querstromzerspanner liegt im Bereich zwischen 13,8 und 20,5 kWh /t Frischmasse und somit bei ca. 3% der im Substrat enthaltenen Energiemenge (nach Vergärung und Verstromung im Blockheizkraftwerk) (5). Erschwernisse, die dem vermehrten Einsatz von Pferdemist in Biogasanlagen entgegen wirken sind z.B. der Einsatz von Holzspänen anstatt Stroh als Boxeneinstreu und Hufeisen als Fremdkörper im Substrat. Auch die räumliche Verfügbarkeit und die vermutlich eher kleinen Aggregationen in der Pferdehaltung könnten über den Transportkostenfaktor hinderlich wirken.

Betriebliche Umsetzung

Gülle und Mist können sowohl in NawaRo-Anlagen als auch in reinen Gülleanlagen vergoren werden (zur Vergütung siehe oben). Gülle hat als Substrat hohe Wasseranteile und somit einen geringeren Energiegehalt pro Volumeneinheit. Beim Einsatz von Stallmist mit hohem Strohanteil kann das Stroh zu einer verminderten Fließ- und Rührfähigkeit und zur Bildung von Schwimmdecken im Fermenter führen. Aus diesem Grund bietet sich eine mechanische Zerkleinerung von Stallmist vor dem Befüllen des Fermenters an (siehe oben).

Praxisbeispiel

Die Plesse Milch GmbH und Co KG (https://www.plesseland-agrar.de/) vergärt Rindergülle und Pferdemist in ihrer hofeigenen Biogasanlage.

Zum Weiterlesen

1. Reinhold, G.; Degner, J.; Gödeke, K.; Vetter, A. Leitlinie zur effizienten und umweltverträglichen Erzeugung von Biogas bei Einsatz von Ko-Substraten und Reststoffen in Bestandsanlagen [online], 2014 [Zugriff am: 23. Oktober 2019]. Verfügbar unter: http://www.tll.de/www/daten/publikationen/leitlinien/ll_bgas.pdf

2. Liebtrau, J. Perspektiven der Biogasentwicklung in Deutschland, 2019. In: FNR/KTBL-Kongress „Biogas in der Landwirtschaft – Stand und Perspektiven, S. 26-32.

3. Rostek, S. Maßnahmen zum Ausbau der Güllevergärung. Mehr Klimaschutz und Erneuerbare Energien mit einer nachhaltigen Tierhaltung verbinden [online], 2019 [Zugriff am: 23. Oktober 2019]. Verfügbar unter: www.hauptstadtbuero-bioenergie.de/application/files/4015/6757/9932/19-08-28_BBE_et_al_Massnahmen_zum_Ausbau_der_Guellevergaerung_update_final.pdf

4. Karpenstein-Machan, M. Festmist statt Maissilage. Durch die Vergärung von Festmist entlastet Jens Geveke Viehbetriebe in der Region [online], 2017. In: Energie aus Pflanzen, 2017, (4), 12-15. Verfügbar unter: http://idee-regional.de/files/eap-2017-4-Geveke_Festmitst.002.pdf

5. Oechsner, H. und Hülsemann, B. Mist und andere Alternativsubstrate für den Biogasprozess. Hemmnisse, Anforderungen, Chancen, 2019. In: FNR/KTBL-Kongress „Biogas in der Landwirtschaft – Stand und Perspektiven, S. 84-90.

6. Moench-Tegeder, M. Untersuchungen zur Verwertbarkeit von Pferdemist im Biogasprozess. Dissertation. Hohenheim, 2014.

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 zum Erhalt der Kulturlandschaft.

Stand der Entwicklung 

Im Gegensatz zu kultivierten Energiepflanzen oder als Futter angebautes Gras ist Landschaftspflegegras (LPG) aus extensiver Grünlandnutzung in seiner Vergärbarkeit und dem Gasertrag ein eher heterogeneres Substrat und die Ertrags- und Gaserwartungen liegen auch meist unter denen von Anbaubiomasse. Diese Nachteile können zum Teil dadurch kompensiert werden, dass ein großer Teil der üblichen Biomasse-Produktionskosten beim LPG nicht anfällt (Saatgut, Pflanzenschutz). Weiterhin können für die Bewirtschaftung von Extensivgrünlandflächen über die Agrarumweltprogramme der Länder Kompensationszahlungen in Anspruch genommen werden, die je nach Biotoptyp und Erschwernis bei der Ernte gezahlt werden. Auch besteht die Möglichkeit, die Vergärbarkeit von LPG durch mechanische (Querstromzerspanner, Hammermühle) und/oder enzymatische Aufbereitung zu verbessern, und so die Gasausbeute des Materials zu erhöhen.

Rechtliche Situation

Der Vergärung von Landschaftspflegeschnitt in der Biogasanlage steht aus rechtlicher Sicht nichts im Wege. Landschaftspflegegras ist per Definition ein nachwachsender Rohstoff und kann nach EEG 2009 auf den NawaRo-Anteil angerechnet werden (Positivliste). Nach dem EEG 2012 gibt es für Landschaftspflegematerial eine eigene Einsatzstoffvergütungsklasse mit einer Zusatzvergütung. Im EEG 2017 zählt Landschaftspflegematerial als NawaRo.

Wirtschaftlichkeit

Aufgrund der sehr unterschiedlichen Beschaffenheit von Extensivgrünlandschnitt kann von keiner „Ertragsfaustzahl“ wie beispielsweise beim Silomais ausgegangen werden. Die Ertragsspanne liegt nach Literaturangaben zwischen etwa 1 t Trockenmasse (TM) pro Hektar (ha) pro Jahr für sog. Magerrasen und mehr als 10 t TM/ha/a für feuchte Standorte wie z.B. Niedermoore oder Auengebiete (1). Generell gilt, umso niedriger der Hektarertrag, desto geringer ist auch die Transportwürdigkeit des Schnittes. Handelt es sich um viele kleinere Flächen (< 1-2 ha), müssen diese wiederum im räumlichen Bezug zu einander sein. Die Gaserträge von LPG können je nach Beschaffenheit des Standortes sehr stark schwanken. Sie werden nach Auswertung von Literaturangaben von Leible et al. (2) mit einer Spanne von 80–400 Nl CH₄/kg oTS angegeben. Je nach Annahme des Wertes können die Methanausbeuten im Vergleich zu Silomais also erheblich geringer sein. Trotz dieser Eigenschaften von LPG kann eine Nutzung in der Biogasanlage wirtschaftlich sein, wenn Möglichkeiten und Anreize des Vertragsnaturschutzes dabei ausgenutzt werden. Eine weitere Möglichkeit die Wirtschaftlichkeit der Substrate zu verbessern liegt in einem besseren Aufschluss des Materials durch spezialisierte Bakteriengruppen, auch Starterkulturen genannt. Die Hochschule für angewandte Wissenschaft Hamburg und die ISF-GmbH haben in einem gemeinsamen Forschungsvorhaben Bakterien aus belüfteten Kompostflüssigkeiten gewonnen, die sich positiv auf die Biogasausbeute verschiedener ligninhaltiger Substrate auswirkte. In Laborfermentern konnte gezeigt werden, dass nach Zusatz der Starterkulturen sich die Gasausbeute von Maissilage und Stroh um +10% bis +43% Prozent und von Grassilage von +10% bis +25% erhöhte. Die Versuche mit Silomais und Stroh zeigten sogar einen teilweisen Abbau des als schwer vergärbaren Ligninanteils, so die Autoren der Studie (3).

Ökologie

Extensivgrünland zählt aufgrund seiner besonderen Artenzusammensetzung und Artenvielfalt zu den wertvollsten Flächen unserer Agrar- und Kulturlandschaft. Durch Strukturwandel und Nutzungsaufgabe sind diese Flächen jedoch in ihrem Fortbestand oftmals bedroht. Als Beispiel sind hier die durch Nutzungsaufgabe betroffenen Weideflächen in den Mittelgebirgsregionen zu nennen. Folge sind dann oft der Umbruch zu Ackerland, Aufforstung oder das Zuwachsen der Flächen (4). Wenn es gelänge, Extensivgrünlandschnitt in nennenswertem Umfang in die Biogaserzeugung einzubinden, könnte damit ein Synergieeffekt aus Naturschutz und der Erzeugung von erneuerbaren Energien erzielt werden. Die Nutzung und Pflege von besonderen Biotoptypen im Grünlandbereich wird, je nach Bundesland, Biotoptyp und Bewirtschaftungsform, mit Ausgleichsprämien über die Agrarumweltmaßnahmen von teilweise mehreren 100 €/ha gefördert. Durch die Inanspruchnahme solcher Förderungen (Vertragsnaturschutz) kann die Nutzung von Extensivgrünlandschnitt als Substrat für Biogasanlagen wirtschaftlich werden. Dass die Nutzung von höheren Gras-Anteilen in einer Biogasanlage gut funktionieren kann, beweisen Beispiele aus der landwirtschaftlichen Praxis (5).

Betriebliche Umsetzung

Technische (Aufbereitungstechnik zur Zerkleinerung) und biologische (Enzyme, spezialisierte Bakterien) Anpassung der Biogasanlagentechnik an das Landschaftspflegegras (siehe oben).

Zum Weiterlesen

1. Sauter, P.; Billig, E.; Döhling, F.; Pilz, A.; Brosowski, A.; Kirsten, C.; Bosch, J.; Büchner, D.; Majer, S.; Weller, N.; Witt, J.; Seidenberger, T.; Schickentanz, S.; Peters, W.; Lochmann, Y.; Prochnow, A. Grünlandenergie Havelland. Entwicklung von übertragbaren Konzepten zur naturverträglichen energetischen Nutzung von Gras und Schilf am Beispiel der Region Havelland. Leipzig, 2013.

2. Leible, L.; Kälber, S.; Kappler, G.O.; Oechsner, H.; Mönch-Tegeder, M. Biogas aus Landschaftspflegegras. Möglichkeiten und Grenzen, 2015. Hannover: Technische Informationsbibliothek u. Universitätsbibliothek; KIT Scientific Publishing, 2015. KIT scientific reports. 7691. ISBN 9783731503538.

3. Scherer, P.; Off, S.; Wegner, K.; Fritz, T.; Ramhold, D.; Mähl, B. Bioaugmentation von Biogasanlagen durch Starterkulturen aus definierter Feststofffermantation: MethaKomp. Hamburg, 2019.

4. Isselstein, J.; Michaelis, T.; Bellof, G. Fachforum Grünland. Grünland innovativ nutzen und Ressourcen schützen: Forschungsstrategie der Deutschen Agrarforschungsallianz. Stand 12/2015. Braunschweig: dafa Deutsche Agrarforschungsallianz, 2015. ISBN 978-3-86576-146-0.

5. Karpenstein-Machan, M.: Gras. Energie aus Pflanzen, 2008, (1).

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