Vorteile Biogasanlage: Nachhaltige Energiepflanzen für Biogas

Biogas in der Landwirtschaft: Welche Alternativen habe ich zu Mais als Energiepflanze für Biogas?

Der Anbau von Nutzpflanzen für die Energiegewinnung in Biogasanlagen ist  bereits ein wichtiger Wirtschaftsfaktor für viele landwirtschaftliche Betriebe. Vor allem hat sich Energiemais – als sogenanntes Biogassubstrat – dank hoher Flächenerträge (hohe Biomasse-Ertragsmenge und hohe Biogaserträge) als hochwirtschaftliches Biogas-Substrat etabliert.

Um die Bio-Diversität auch auf den landwirtschaftlichen Nutzflächen zu verbessern, wird seit geraumer Zeit über Alternativen zum Biogas-Mais diskutiert und geforscht. Ziel ist eine optimale, möglichst gleichwertige und dennoch nachhaltige Alternative und Ergänzung zur Energiepflanze Nr. 1 für Biogas.

Mais für Biogasanlagen – die Energiepflanze Nr. 1 für Biogas

Was macht den Mais als Energiepflanze für Biogas so erfolgreich?
Hier wirken gleich mehrere Eigenschaften der Futterpflanze zusammen. Energiemais präsentiert sich auch in nördlichen Klimazonen als sehr effektiv und wuchsfreudig. Dank einer besonderen Stoffwechsel-Charakteristik gelingt es den Maispflanzen , hohe Temperaturen und Sonnenstrahlen bzw. Tageslicht in hohe Zuwachsraten an Biomasse zu übersetzen.

Fruchtfolge und Aussaat

Da Energiemais (bzw. Silomais) grundsätzlich zu den selbstverträglichen Arten zählt, lässt sich die Energiepflanze einwandfrei  über mehrere Jahre hinweg auf derselben Nutzfläche anbauen. Auch ein Anbau als Zweitpflanze im Wechsel mit Grünroggen oder Getreideganzpflanzen als Biosubstrat ist möglich.

Seit 2007 sind Energiemaisflächen in Deutschland immer wieder vom westlichen Maiswurzelbohrer (Diabrotica virgifera virgifera) bedroht. Kommt es zu einem Befall der Energiepflanze, müssen die lokalen Fruchtfolgeregelungen eingehalten werden, um eine Ausbreitung des Maiswurzelbohrers zu verhindern.

Die Aussaat von Energiemais erfolgt in ca. 5 Zentimetern Tiefe per Einzelkornsaat, idealerweise sollte die Bodentemperatur dabei und während der folgenden Keimphase die 8°-Celsius-Marke nicht unterschreiten. Überhaupt wirken sich kühle Temperaturen während der gesamten Vegetationszeit hemmend auf das Wachstum der leistungsstarken Energiepflanze aus – insbesondere  in der Jugendzeit, wenn die biologischen Grundlagen für ihre guten Ertragseigenschaften gelegt werden.

Ernte und Erträge

Erntezeit der Energiepflanze Nr. 1 für Biogas ist im Spätsommer. Gegen Ende September sollte die beste Erntereife spätestens mit einem Trockensubstanzgehalt von 30 bis 35 % gegeben sein. Für den raschen Stoffaufschluss in der Biogasanlage ist eine kurze Häcksellänge zu empfehlen. Wichtig ist eine luftdichte Abdeckung gegen Schimmelbildung und Verderb. Die Mindestgärdauer beträgt 3 bis 4 Wochen.

Langzeitliche Sortenversuche in Baden-Württemberg (1985 bis 2011) haben gezeigt, dass mit der Energiepflanze Mais bei günstigen Standortbedingungen Biogas-Erträge in Höhe von 6.000 bis 7.000 m3/ha erzielt werden können. An ungünstigeren Standorten sind durchschnittlich noch Biogas-Erträge in Höhe von 5.000 bis 5.500 m3/ha möglich. Dabei spielt für eine gute Biogas-Ausbeute weniger die Maissorte, als vielmehr die Menge der Biomasse, eine Rolle.

Silomais: Sinnvolle Alternativen zu Energiemais

Wie oben skizziert, ist Energiemais aufgrund verschiedener Faktoren hierzulande die bevorzugte Energiepflanze zur Biogasgewinnung. Doch in Regionen mit einer hohen Dichte von Biogasanlagen kann ein hoher Maisanteil in der Fruchtfolge zum Problem werden. Um ökologische Nachteile, für Boden und Grundwasser, aber auch für die Artenvielfalt und das Landschaftsbild zu verstärken, sind Alternativkulturen zu empfehlen.

Die Suche nach der idealen Alternative zur Energiepflanze Mais ist längst nicht endgültig beantwortet, noch stehen die Ergebnisse von Langzeitstudien aus. Dennoch lassen  sich jetzt schon eine ganze Reihe Sorten als Mais-Ersatz für Biogas benennen, die als temporäre Wachablösung infrage kommen.

Energiereiches Getreide wie

• Hafer,
• Gerste und Roggen als Ganzpflanzensilage (GPS),
• Triticale / Wintertriticale,
• Zuckerhirse (Sorghum bicolor) und Sudangras (Sorghum sudanese),
• Gras und Klee,
• Zuckerrübe (Beta vulgaris),
• die Durchwachsene Silphie,
• Topinamburkraut
• oder Wildpflanzen und Blühmischungen

zählen zu den allseits gehandelten Sorten.

Doch worauf genau kommt es eigentlich bei der Beurteilung einer Bio-Ressource als Energiepflanze an? Wie sähe das Ideal der Energiepflanze aus?

 
Merkmale einer idealen Energiepflanze für Biogas

• Hohe Ertragsleistung an Biomasse
• Gute Vergärbarkeit durch hohen Trockensubstanz- und Zuckergehalt
• Hohe Ertragsleistung in der Biogasproduktion
• Geringe Pufferkapazität (Widerstand gegen Säuerung)
• Mehrjähriger Anbau für ökologische Vorteile wie Bodenschutz/Erosionsstopp
• Hohe Widerstandsfähigkeit in der Jugendzeit der Energiepflanze
• Bindung von Stickstoff nach der Ernte
• Nahrungsquelle für Insekten

Trockensubstanzgehalt und Silierbarkeit

Abgesehen von ökologischen Überlegungen, Perspektiven, Zielsetzungen: Aus rein wirtschaftlicher Sicht sind die wichtigsten Bewertungskriterien zum einen  die Silier-Eignung und zum anderen ein bestmögliches Ergebnis in der Biogasproduktion. Gefragt sind biologische Inhaltsstoffe mit möglichst hohen Potenzialen zur Methangasbildung. Dies  macht die Pflanze erst zur Energiepflanze.

Für Biogasanlagen gut geeignetes Pflanzenmaterial, hat insofern einen ausreichend hohen Gehalt an Trockensubstanz und Zucker , um  somit beste Voraussetzungen für das Ingangsetzen und Potenzieren der Gärprozesse.

Zur besseren Unterscheidung der Silierbarkeit von alternativen bzw. ergänzenden Energiepflanzen ordnet man die Pflanzenarten nach ihrem Trockensubstanzgehalt (TS-Gehalt):

• Silierbarkeit leicht bis mittel = TS-Gehalt größer als 35 %
• Silierbarkeit mittel bis schwer = TS-Gehalt ca. 26 bis 35 %
• Silierbarkeit schwer = TS-Gehalt 25 % und weniger

 
Je geringer der Trockensubstanzgehalt, desto nachteiliger ist dies für die Silierbarkeit. Zu den leicht bis mittelgut silierfähigen Pflanzen bzw. Fruchtarten zählen Sommerroggen mit durchschnittlich 43 % TS-Gehalt, gefolgt von Hafer und Wintertriticale sowie Sommergerste.

Fruchtfolgeversuche des Verbundprojektes EVA* ergaben folgende Probenmittelwerte (gerundet) an Trockensubstanzgehalt:

• Sommerroggen: 43 %
• Hafer: 41 %
• Wintertriticale: 40 %
• Sommergerste: 39 %
• Topinamburkraut: 30 %
• Grasmischung: 29 %
• Mais: 28 %
• Grünroggen: 25 %
• Sorghum: 25 %
• Gras/Luzerne: 20 %
• Sonnenblume: 19 %

*Ergebnisse des Verbundprojektes „Entwicklung und Vergleich von optimierten Anbausystemen für die landwirtschaftliche Produktion von Energiepflanzen unter den verschiedenen Standortbedingungen Deutschlands. Ein bundesweites Forschungsprojekt mit dem Ziel der nachhaltigen Produktion von Biogassubstraten. Wissenschaftliche Institutionen und Landeswirtschaftliche Technologie- und Kompetenzzentren für Umwelt und nachwachsende Rohstoffe forschten u.a. an der Erweiterung von Energiepflanzenfruchtfolgen, um die Substratproduktion vielseitiger und nachhaltiger zu gestalten.“

Energiemais – in Puncto TS-Gehalt nur Mittelmaß

Bemerkenswert erscheint, dass Energiemais – die Energiepflanze für Biogas schlechthin – mit einem Trockensubstanzgehalt von durchschnittlich 28 % zu den mittel bis schwer silierbaren Energiepflanzen zählt. Allerdings kompensiert die Höhe der Biogasproduktion diesen Nachteil.

Auch Getreide und Grasmischungen zählen zu den mittel bis schwer silierbaren Energiepflanzen. Insbesondere Luzerne-Gras-Mischungen, aber auch Sonnenblumen, gelten aufgrund ihrer hohen Pufferkapazitäten und geringen Trockensubstanzgehalte zur Zeit der Ernte als schwer silierbar. Zur Unterstützung des Vergärprozesses und Optimierung des Gärverlaufes empfehlen wir Siliermittel der Wirkrichtung 1.

Biogas Grassilage: Drei potenzielle Alternativen als Energiepflanze für Biogas

Getreide-Ganzpflanzensilage (GPS)

• Getreide ist eine gute Ergänzung zum Maisanbau als Energiepflanze
• Generell sind alle Getreidearten zur Silierung zwecks Energiegewinnung in Biogasanlagen geeignet
• Späträumende Arten (Triticale) und Zwischenfruchtanbau bevorzugen
• Krankheiten können in höherem Maße toleriert werden
• Besonders gut geeignet sind massenwüchsige Sorten mit ausgeprägter Blattgesundheit und einer hohen Standfestigkeit, um Schmutzeinträge in die Biogasanlage zu vermeiden
• Wintertriticale zählt zu den ertragreichsten Wintergetreidearten
• Ernte als Hauptfrucht zwischen der Milchreife und Teigreife der Körner
• Idealerweise erfolgt die Ernte per Feldhäcksler
• Der Trockensubstanzgehalt sollte möglichst zwischen 30 und 35 % betragen
• Wintergetreide hat höhere Ertragspotenziale als Sommergetreide
• Methanertrag** Triticale-GPS unter günstigen Standortbedingungen bis zu 3.000 m3 CH4/ha

**alle Angaben ohne Gewähr
 

Die Zuckerhirse (Sorghum bicolor) als Energiepflanze

• Sorghum-Hirse zählt zu den C4-Pflanzen und ist wie Mais eine gute Energiepflanze
• Sorghum bicolor ist eine besonders massewüchsige Sorte und eignet sich daher aufgrund ihres hohen Biomassepotenzials besonders gut als Substrat für Biogas
• Zuckerhirse bevorzugt Wärme und reagiert empfindlich auf Frost
• Besonders vorteilhaft ist eine hohe Trockentoleranz der Zuckerhirse: während einer Trockenperiode wechselt die Energiepflanze in eine Art Trockenstarre, sobald es wieder regnet, beginnt sie wieder zu wachsen
• Kälte und Staunässe sind für Zuckerhirse keine guten Standortbedingungen (vom Zuckerhirse-Anbau in kühl-feuchten Klimaregionen ist abzusehen)
• Optimal sind sandige Lehmböden, die sich bei Sonneneinstrahlung rasch erwärmen
• Die Ernte kann mit herkömmlicher Häckseltechnik erfolgen
• An nährstoffreichen Standorten konnten mit neueren Zuckerhirse-Sorten vergleichbar gute Biomasseerträge erzielt werden wie mit Mais
• Methanertrag** Sorghum unter günstigen Standortbedingungen bis zu 3.500 m3 CH4/ha

Mehr zum Thema GPS silieren, erfahren Sie in unserem Ratgeber:
Sorghum silieren
 

Die Zuckerrübe (Beta vulgaris) als Energiepflanze

• Die Zuckerrübe gilt als interessante Alternative zum Energiemais und ist als Biogas-Substrat auf dem Vormarsch
• Die Energiepflanze überzeugt durch hohe Gehalte an Zucker und Trockenmasse
• Die Ausbringung der Zuckerrübensaat erfolgt zwischen Mitte März und Mitte April als Einzelkornsaat
• Überdurchschnittlich hohe Erträge lassen sich in wärmeren Klimaregionen erzielen
• Ähnlich wie mit Energiemais sind auch mit der Zuckerrübe hohe Biomasseerträge auf sommertrockenen Anbauflächen möglich
• Mit der Zuckerrübe als Ergänzung zum Energiemais lässt sich der Durchsatz in der Biogasanlage erhöhen und die Biogaserträge erhöhen
• Methanertrag** Zuckerrübe unter günstigen Standortbedingungen bis zu 4.200 m3 CH4/ha
• Nachteile für die Zuckerrübe als Biogas-Substrat sind in den Punkten Reinigung und Konservierung zu sehen
• Zuckerrüben müssen vor der Silierung sehr zeitaufwändig von Sand und Steinchen gereinigt werden, um Ablagerungen und mechanische Folgeschäden an der Technik der Biogasanlage (Rührwerk, Pumpen) zu vermeiden
• Bezüglich der Konservierung können abschließend noch keine Empfehlungen gegeben werden; viele Verfahren sind noch in der Testphase

**alle Angaben ohne Gewähr

Empfehlungen zur Silierung von Biogaspflanzen

• Verschmutzungen beim Ernteeintrag vermeiden
• Einlagerung zügig realisieren
• Kurze Häcksellänge (Mais und Getreide/GPS ca. 6-8 mm)
• Zerkleinerung in gleichmäßiger Größe anstreben
• Energiepflanze ausreichend hoch verdichten
• Lufteintritt verhindern durch sorgfältiges Abdecken der Silage
• Siliermittel zur Verbesserung der Silagequalität und der Biogasproduktion
• Siliermittel zur Optimierung des Gärverlaufs bei schwer silierbarer Energiepflanze
• Siliermitteln zum Verbessern der aeroben Stabilität
• Silage-Anschnitt glatt und kleinflächig gestalten (Blockschneider, Fräse) und sorgfältig abdecken
• Vorschub mindestens um 2,5 m je Woche im Sommer (im Winter mind. 1,5 m)

Erfolgsfaktoren für hohe Biogaserträge

Die Menge des Methanertrags in der Biogasanlage, ist wesentlich abhängig von der chemischen Zusammensetzung der silierten Energiepflanze. Hierbei spielt Energiemais besondere Stärken aus, vorrangig  mit geringen Anteilen an Lignin und Cellulose.

Eine vergleichsweise hohe Biogaserzeugung ist bekanntlich mit Energiemais gewährleistet, doch  auch verschiedene Ganzpflanzensilagen wie Grünschnittroggen und Sommergerste erzielen hohe Erträge in der Biogasanlage. Gleiches gilt für Grasmischungen und Ackerfuttermischungen mit sehr geringem Lignin-Gehalt.

Darüber hinaus wird die Ertragsmenge an Biogas von einer Reihe weiterer Faktoren wie Fruchteigenschaften und Standortbedingungen beeinflusst. Dazu zählen neben der Bodenqualität unter anderem das Mikroklima und die Witterung, die Anbau- und Erntebedingungen sowie letztlich der Konservierungserfolg.

Bei Graslängen von weniger als 40 mm zur Erntezeit empfiehlt sich der Einsatz von Corn-Crackern. Wird eine Energiepflanze mit geringem TS-Gehalt geerntet, empfiehlt es sich, das Erntegut nach Möglichkeit zart anwelken zu lassen. Extreme Welkgrade sind dagegen zu vermeiden.