Analyse eines Gemenges aus Triticale und Wintererbs en

zur Verwendung als Substrat für Biogasanlagen

- Kurzbericht -

Auftraggeber:

Wirtschaftsförderung Lüchow-Dannenberg

z. Hd. Frau D. Angel

Auftragnehmer:

Dr. Krista Dziewiaty, Seedorf

Dipl. Biol. Petra Bernardy, Hitzacker

Hitzacker, Juli 2012

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Analyse eines Gemenges aus Triticale und Wintererbs en

zur Verwendung als Substrat für Biogasanlagen

Inhalt

1 Hintergrund............................................................................................................... 2

2 Probennahme........................................................................................................... 3

3 Erfahrungswerte ....................................................................................................... 3

4 Ergebnis ................................................................................................................... 4

5 Glossar ..................................................................................................................... 6

6 Literatur .................................................................................................................... 6

1 Hintergrund

In den Jahren 2009 bis 2011 wurden im Landkreis Lüchow-Dannenberg und in der Prignitz im Auftrag des Bundesumweltministeriums (BMU) verschiedene Ackerkulturen, die für die Biogasnutzung angebaut werden, auf ihre ökologische Bedeutung als Brutvogellebensraum hin untersucht. Es zeigte sich, dass unter anderem Gemenge aus Wintererbsen und Triticale sehr günstige Bedingungen als Brutvogellebensraum aufwiesen. Auch Vorkommen geschützter Ackerwildkräuter wurden darin nachgewiesen.

Bisher wird das Gemenge aus Wintererbsen und Triticale in Lüchow-Dannenberg nur auf wenigen biologisch bewirtschafteten Flächen vornehmlich als eiweißreiches Futtermittel angebaut. Wissenschaftler der Universität Kassel / Witzenhausen konnten in ihren Untersuchungen zu Zweikulturnutzungssystemen jedoch zeigen, dass Wintererbsen-Gemenge auch als Substrat für Biogasanlagen interessant sein könnten.

Um den potentiellen Energieertrag des Gemenges unter den standörtlichen Gegebenheiten in Lüchow-Dannenberg beurteilen zu können, wurde im Juli 2012 eine Probe genommen und vom Institut für Boden und Umwelt (LUFA Nord-West) hinsichtlich des Energiegehaltes, der theoretischen Gasausbeute und des Methangehaltes analysiert. Die Durchführung der Untersuchung wurde durch "Bioenergie-Region Wendland-Elbetal" finanziert.

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Die ermittelten Werte werden im Folgenden mit einer Probe zur Ermittlung des Gasertrages von Maissilage aus demselben Betrieb verglichen. In die Bewertung des Wintererbsen-Triticale-Gemenge als Substrat für Biogasanlagen werden neben dem Biogasertrag Aspekte des Natur- und Umweltschutzes einbezogen, denn vor dem Hintergrund des Erhalts der Artenvielfalt, der Sicherung des Bodenschutzes und Wasserhaushaltes ist der Einsatz von alternativen Kulturen zum Fruchtwechsel mit Mais erforderlich.

2 Probennahme

Im Herbst 2011 wurden in Lüchow-Dannenberg von verschiedenen Biobetrieben mehrere Flächen mit einem Gemenge aus Wintererbsen und Triticale bestellt. Aufgrund des frostreichen und zum Teil schneefreien Winters sind jedoch mehrere dieser Flächen ausgewintert. Insbesondere die Wintererbse hielt dem strengen Frost häufig nicht stand. Trotz der ungünstigen Witterung konnte eine Fläche westlich von Woltersdorf gefunden werden, die zwar ebenfalls Auswinterungsschäden aufwies, jedoch dennoch einen akzeptablen Ernteertrag erwarten lies.

Auf dieser Fläche wurde am 24. Juli 2012 eine ca. 1,5 qm große Fläche abgeerntet. Es wurden sowohl Stroh als auch Körner geerntet und zur Analyse an das Institut für Boden und Umwelt (LUFA) geschickt. Im Rahmen der Analyse wurden Gasertrag, Methangehalt und Trockenmassegehalt bestimmt sowie Untersuchungen zum Energiegehalt durchgeführt.

3 Erfahrungswerte

Wenn Bakterien unter sauerstofffreien Bedingungen die organischen Bestandteile von Biomasse zersetzen, entsteht ein brennbares Gas, das so genannte Biogas. Biogas ist ein Gasgemisch, das sich größtenteils aus Methan (MH4) und Kohlendioxid (CO2) zusammensetzt. Daneben enthält es kleine Mengen an Wasser (H2O), Schwefelwasserstoff (H2S), Ammoniak (NH3) und andere Spurengase. Die genaue Zusammensetzung des Gases ist allerdings abhängig von der eingesetzten Biomasse. Für die energetische Verwertung des Biogases ist der Methananteil entscheidend, denn je höher der Methananteil im Gas, desto höher ist der Brennwert des Gases. Der Methangehalt im Biogas schwankt zwischen 50 bis 70%.

In Biogasanlagen werden als Substrate u.a. Wirtschaftsdünger (vor allem Gülle), Pflanzenmaterial, Reststoffe oder Speisereste und gezielt angebaute Energiepflanzen eingesetzt. Gerade der Energiemais wird aufgrund seiner hohen Ertragsfähigkeit und der relativ einfachen Konservierbarkeit sehr häufig angebaut. Besonders an Standorten mit einer ausreichenden Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit ist der Mais anderen Feldfrüchten bislang deutlich überlegen. Außerdem liegt der Biogasertrag pro Tonne Frischmasse mit durchschnittlich 202 m³ höher als bei vielen anderen Feldfrüchten. Der Methangehalt im Biogas aus Maissilage beträgt i.d.R. 52%.

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4 Ergebnis

Die vorliegende von einem Bio-Betrieb zur Verfügung gestellte Probe des Wintererbsen-Triticale-Gemenges wies einen Methangehalt von 53.1% auf. Bei einer Vergleichsanalyse einer Maissilageprobe des selben Betriebes konnte ein Methangehalt von 54% festgestellt werden. Insofern liegt der Methangehalt in beiden Proben über dem in der Literatur angegebenen Mittel von 52% für Maissilage.

Die theoretische Biogasausbeute der vorliegenden Probe des Wintererbsen-Triticale-Gemenges liegt laut Analyse bei 403 m³ pro Tonne Frischmasse. Bei einem Methangehalt von 53,1% beträgt die Methanausbeute rund 214 m³ pro Tonne Frischmasse. Der Vergleichswert der vorliegenden Maissilageprobe wird in der Analyse mit 220 m³ pro Tonne Frischmasse angegeben. Bei einem Methangehalt von 54% entspricht dies einer Methanausbeute von ca. 119 m³ pro Tonne Frischmasse.

Allerdings ist hier zu berücksichtigen, dass die Erntetermine der beiden Kulturen stark voneinander abweichen und das Gemenge sehr trocken geerntet wurde, d.h. der TS-Gehalt liegt deutlich höher (TS = ca. 86%) als beim Mais (TS = ca. 33%). Würde die Wintererbsen-Triticale zu ihrem „normalen“ Erntetermin geerntet, d.h. ca. Anfang Juli, hätte das Gemenge ebenfalls einen angestrebten TS-Gehalt von ca. 33%. Die Biogasausbeute pro Tonne Frischmasse läge dann bei ca. 182 m³ (Methanausbeute ca. 97 m³ pro Tonne FM). (Hinweis: vorzeitige Ernte = wahrscheinlich geringerer TS-Gehalt). Der Vorteil des Maises gegenüber dem Gemenge liegt aber vor allem in seiner hohen Ertragsfähigkeit und Ertragssicherheit begründet.

Als Folge von Auswinterungsschäden wurde 2012 mit 8 t pro Hektar etwa 30% weniger Wintererbsen-Triticale-Gemenge (Stroh und Korn) geerntet als erwartet. In einem guten Jahr können 10-12 t Gemenge pro Hektar geerntet werden. In der Literatur wird von einem Grünertrag (GPS) von 5,5-6,0 t TM/ha und einem Rohproteingehalt von 18-22 Prozent beziehungsweise 2,5 bis 4,0 t TM/ha Kornertrag mit einem Rohproteingehalt von 24 bis 26 Prozent bei vollblättrigen Wintererbsen ausgegangen (Graß 2011)). Demgegenüber stehen 45-50 t Mais.

Tabelle 1: Maissilage und Wintererbsen-Triticale-Gemenge im Vergleich (Durchschnittswerte aus Erfahrung des Betriebes und Literatur)

TS-Gehalt und Ertrag des W.-T.-Gemenges bei Ernte Anfang Juli ist geringer (bez. hier: "schlecht")

Probenart Ernte Frischmasse in

t/ha TS-Gehalt

in % TS

t/ha oTS

t/ha Biogas- ausbeute

m³/ha

Methan- gehalt in %

Methan- ausbeute

m³/ha Maissilage

gut 50 33 16,5 15,90 9413 52,00 4895 schlecht 35 33 11,55 12,60 7459 52,00 3879

Wintererbsen-Tritikale gut 11 86 9,46 9,16 5047 53,00 2675 schlecht 8 86 6,88 6,58 3626 53,00 1922

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In der Tabelle 1 sind Maissilage und Wintererbsen-Triticale gegenübergestellt. Die Methanausbeute ist bei Mais pro Hektar etwa doppelt so hoch wie bei dem Wintererbsen-Triticale-Gemenge. Dies liegt vor allem an den hohen Ertragsmengen des Maises und begründet die Vorzüglichkeit des Maisanbaus als Substrat für Biogasanlagen. Im Vergleich zu anderen Kulturarten liefert Mais derzeit die höchste Methanausbeute je Hektar und ist damit wirtschaftlicher als andere Kulturen.

Ebenfalls von Bedeutung für den Biogasertrag und den darin enthaltenden Anteil an Methan ist der Anteil und die Zusammensetzung von Trockensubstanz (TS) und organischer Trockensubstanz (oTS) des Substrats. Vereinfacht gesagt, ist die Trockensubstanz die Frischmasse ohne Wasser und die organische Trockensubstanz die Frischmasse ohne Wasser und mineralische Bestandteile.

Die Analyse des Biogasertrages des Wintererbsen-Triticale-Gemenges und einer Vergleichsprobe mit Silomais aus demselben Betrieb zeigen mit 551 Litern pro Kilogramm organischer Trockensubstanz einen etwas geringeren Gasertrag als in der Vergleichsprobe mit Silomais mit 592 Liter pro Kilogramm organischer Trockenmasse.

Tabelle 2: Biogasausbeute (Analysen zweier Proben eines Betrie bs):

Maissilage Wintererbsen-Triticale 592 l/kg oTS

551 l/kg oTS

Tabelle 3: Methanausbeute (laut Analysen):

Maissilage Wintererbsen-Triticale 320 l/kg oTS

293 l/kg oTS

Bezieht man Anforderungen des Natur- und Umweltschutzes in die Bewertung ein, spricht einiges für den Einsatz von Alternativkulturen wie z.B. Leguminosen-Gemengen, denn einer hohe Flächenproduktivität von Mais steht hier der Erhalt der Artenvielfalt (Beikräuter, Insekten, Wirbeltiere) gegenüber.

Beim Anbau des Gemenges kann beispielsweise auf Pflanzenschutzmittel verzichtet werden, da die Kultur eine hohe Beikrautdominanz aufweist, und ebenso wird auf den Einsatz von Stickstoff als Dünger aufgrund der stickstofffixierenden Leguminosen verzichtet. Diese Aspekte sind in der ökonomischen Berechnung bisher nicht berücksichtigt. Wintergemenge bieten zudem Erosionsschutz und nutzen die Winterfeuchtigkeit für die Entwicklung der Kultur. Voraussetzung für den Anbau ist jedoch, ebenso wie bei Mais, die ausreichende Verfügbarkeit von Wasser während der Vegetationsphase. Ein Anbau des Gemenges zu Futterzwecken ist ebenso zu empfehlen.

Die vorliegende Probe des Wintererbsen-Triticale-Gemenges wurde am 24. Juli geerntet. Durch eine Vorverlegung des Erntetermins zur Milchreife könnte der Ertrag optimiert werden, ggf. ist sogar der Anbau und die Ernte einer Folgekultur denkbar. Der Erntezeitpunkt sollte in

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Abstimmung mit den Belangen des Naturschutzes (z. B. Beendigung der Brutzeit der Vögel und der Setzzeit von Reh und Haase) festgelegt werden.

5 Glossar

ADF: Schwer verdauliche Teile der Pflanzenfaser

Gasbildung: Je mehr Gas gebildet wird, desto besser verdaulich ist das Futter, bzw. der Energiegehalt steigt.

GPS: Ganze, grün geerntete Pflanze wird durch Gärung konserviert (Silierung) und dient u.a. als Substrat für Biogasanlagen.

Milchreife: Reifezustand des Getreidekorns vor der Vollreife. Körner sind noch weich und mit einer weißen süßen Flüssigkeit gefüllt.

ME-Rind (HFT): Umsetzbare Energie in Kraftfutter für Rinder.

NEL (HFT): Nettoenergie in der Trockensubstanz

NFE: Stickstofffreie Stoffe wie Zucker, Stärke, Pektin, Hemizellulose und organische Säuren.

Organische Trockensubstanz (oTS): Anteil der organischen Bestandteile eines Stoffes, nach vollständigem Entzug von Wasser und aller mineralischer Bestandteile.

Rohasche: Probe wird bis zur Gewichtskonstanz erhitzt. Zurück bleiben anorganische Substanzen wie Mineralstoffe und Sand.

Rohfaser: „Unverdaulicher“ Bestandteil des Futtermittels

Rohfett: Der Rohfettgehalt ist der Teil des Futtermittels, der sich in Fettlösungsmitteln wie beispielsweise Petrolether löst.

Rohprotein: Ist die Summe aller Verbindungen, die Stickstoff enthalten.

Stärke: Kohlenhydrat

Trockensubstanz (TS): Der Probe wird durch Trocknung Rohwasser und flüchtige organische Verbindungen entzogen, zurück bleiben die essentiell verwertbaren Nahrungsbestandteile wie z.B. Eiweiße und Fette.

6 Literatur

Rüdiger Graß und Konrad Scheffer (2003): orgprints.org/1265/1/pflanznebaut-energepfl.pdf

GRASS, R.; URBATZKA, P.; SCHÜLER, C.; TRAUTZ, D.; SCHLIEPHAKE, U. (2009): Wintererbse wieder entdeckt. dlz-agrarmagazin 8, S. 54-57

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Anhang

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