Dauerkulturen als Energieträger

Richtige Energiepflanze: Der Standort macht’s

Fo_Silphie
Lena Förster, TFZ Rohstoffpflanzen, Straubing
am Donnerstag, 12.11.2020 - 17:15

Mehrjährige Energiepflanzen und Dauerkulturen rücken ins Blickfeld. Beim Biomasse- und Methanertrag reichen sie zwar an gängige Energiepflanzen oft nicht heran, doch sie bringen dafür ein Plus bei den Umweltleistungen.

Auf einen Blick

  • Dauerkulturen reichen ertragsmäßig nicht an den Mais heran.
  • Sie können durch eingesparte Arbeitszeit und Ressourcen trotzdem wirtschaftlich sein.
  • Sie hinterlassen am Vegetationsende nur geringe Nmin-Gehalte im Boden. Daher sind sie vielversprechend für den Gewässerschutz.
  • Entscheidend für hohe Erträge ist die Wahl des geeigneten Standortes.
  • Die Silphie benötigt einen Standort mit guter Wasserversorgung.
  • Riesenweizengras übersteht Sommertrockenheit gut, zur Hauptwachstumsphase im Frühling und Herbst braucht es ausreichend Wasser.
  • Für warme trockene Standorte ist Switchgras gut geeignet, aufgrund seiner Trockentoleranz liefert es stabile Erträge.

Dauerkulturen erhöhen die Biodiversität

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Dauerkulturen erhöhen die Biodiversität und verringern durch ihren kontinuierlichen Bewuchs der Fläche sowie meist intensive Durchwurzelung das Risiko für Bodenerosion und Nährstoffauswaschung. Durch die mehrjährige Nutzung kann nach dem Ansaatjahr auf Bodenbearbeitung verzichtet werden. Dadurch werden nicht nur Zeit und Kosten, sondern auch Ressourcen eingespart. Nach der Etablierungsphase werden meist keine chemischen Pflanzenschutzmittel benötigt. Ein Forschungsprojekt am Technologie- und Förderzentrum (TFZ) in Straubing hat die Anbaueignung der Dauerkulturen Durchwachsene Silphie, Sida, Riesenweizengras, Miscanthus und Switchgras an verschiedenen Standorten in Bayern untersucht.

Das erste Jahr dient bei Dauerkulturen der Etablierung. Ein erntewürdiger Aufwuchs wird meist nicht gebildet, die Kulturpflege während der Anwuchsphase ist beim Anbau von Dauerkulturen aber besonders wichtig. Ein ungleichmäßiger und lückiger Bestand mit Verunkrautung kann zu Ertragsminderung während der gesamten Standdauer oder sogar zu vorzeitigem Umbruch führen. Dies zeigte sich besonders bei Sida. Sie war schwierig zu etablieren und die Bestände verunkrauteten, wodurch die Erträge massiv zurückgingen.

Durchwachsene Silphie

Durchwachsende Silphie_süß

Die Durchwachsene Silphie stammt ursprünglich aus Nordamerika. Die Staude wird bis zu drei Meter hoch und blüht von Juli bis September. Die Saat ist mittlerweile gängig und hat die Pflanzung verdrängt. Besonders die Untersaat unter Mais hat stark zugenommen. Das Verfahren hat den Vorteil, dass man im normalerweise ertragslosen ersten Jahr eine Maisernte einfahren kann. Allerdings verringert sich dadurch zumindest in den ersten Erntejahren der Ertrag der Silphie. Ob sich dieses Verfahren lohnt, hängt davon ab, ob und wie schnell sich die Silphieerträge an die der Reinsaat angleichen.

In Wolferkofen und Rosenau mit guter Nährstoff- und Wasserversorgung konnte die Silphie im Versuch in Reinsaat hohe Erträge bis über 180 dt TM/ha liefern. Das kommt fast an die Maiserträge heran. Die Silphie profitierte als einzige Dauerkultur von der hohen Stickstoffnachlieferung und der guten Wasserversorgung des ehemaligen Niedermoors in Rosenau. Auf den trockenen, flachgründigen Standorten in Aholfing und Hötzelsdorf gingen die Erträge zurück, wie in Abbildung rechts zu sehen ist. Dadurch wurden im Mittel nur 149 dt TM/ha erreicht. Für tiefgründige oder grundwassernahe Standorte ist die Silphie zu empfehlen. Dies gilt insbesondere, wenn arbeitswirtschaftliche Aspekte wie ungünstiger Flächenzuschnitt und weit entfernte Lage oder auch ökologische Gesichtspunkte dazukommen.

Energieertrag

Die Methanausbeute der Silphie ist mit 243 Normlitern pro kg organische Trockensubstanz (lN/kg oTS)deutlich niedriger als die von Mais. Berechnet man aus dem Ertragsmittelwert und der Methanausbeute den Methanertrag, werden nur knapp 3323 mN³/ha Methan erreicht. Die Ernte sollte auf bayerischen Standorten Ende August bis spätestens Ende September erfolgen. Die Trockensubstanzgehalte der Silphie liegen meist unter den geforderten 28 %, die Silierung ist aber trotzdem verlustarm möglich.

Sida aus Nordamerika

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Die ursprünglich nordamerikanische Sida bildet einen bis zu drei Meter hohen, strauchartigen Aufwuchs. Sie ist als Biogassubstrat und für die thermische Nutzung verwendbar. Die Methanausbeuten liegen mit etwa 271 lN/kg oTS im mittleren Bereich. Für die thermische Nutzung bringt die Sida einen guten Heizwert und eine hohe Ascheerweichungstemperatur von etwa 1400 °C mit. Aus pflanzenbaulicher Sicht kann Sida aufgrund ihrer unsicheren Etablierung, der starken Neigung zur Verunkrautung und dem geringen Ertrag von nur 80 dt TM/ha als Biogassubstrat und 55 dt TM/ha in der thermischen Variante aber nicht überzeugen.

Riesenweizengras

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Riesenweizengras ist ein horstbildendes Gras aus Vorderasien. Häufig wird es auch Hirschgras oder – nach einer Sorte – Szarvasi genannt. Auch das Riesenweizengras zeigte auf Standorten mit guter Wasser- und Nähstoffversorgung, wie etwa Wolferkofen, die höchsten Erträge. Es hat die Hauptwachstumsphasen im Frühjahr und Herbst, im Sommer legt es eine Wachstumspause ein. Dadurch kam es mit der Sommertrockenheit in Aholfing gut zurecht. Zu den Hauptwachstumsphasen müssen aber ausreichend Niederschläge fallen, sonst kommt es zu Ertragseinbußen.

Es wurden im Versuch Erträge bis zu 180 dt TM/ha erreicht, im Mittel über alle getesteten Standorte lagen sie aber nur bei 136 dt TM/ha. Durch die hohe Methanausbeute von ca. 340 lN/kg oTS hatte das Riesenweizengras mit mittleren 4354 mN³/ha die höchsten Methanerträge der mehrjährigen Biogaskulturen.

Durch die Wachstumspause im Sommer besteht die Gefahr, dass sich Unkräuter etablieren, eine Herbizidbehandlung kann nötig sein. Lager ist beim Riesenweizengras ein Problem und kann zu Ernteverlusten führen. Zwischen Ende Rispenschieben und Mitte Blüte lag der Trockensubstanzgehalt im optimalen Bereich zwischen 28 und 35 %. Der erste Schnitt sollte bis Ende Juni erfolgen, der zweite Schnitt im Oktober.

Switchgras

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Switchgras ist ein wärmeliebendes Gras aus Nordamerika. Es ist sowohl als Biogassubstrat als auch thermisch nutzbar, je nach Sorte. Für die Biogasnutzung wird es im Sommer sowie im Herbst geschnitten. Auf den trockeneren Standorten und in den Trockenjahren 2018 und 2019 zeigte sich Switchgras sehr ertragsstabil – dies zeigen die Erträge in Aholfing. Auf den Hochertragsstandorten kam es nicht an die Erträge von Durchwachsener Silphie und Riesenweizengras heran. In Hötzelsdorf waren die Temperaturen zu kalt für das Gras. Im Durchschnitt lag die Ernte bei 131 dt TM/ha.

Switchgras ist eine gute Alternative für Grenzertragsstandorte, besonders wenn in Zukunft trockene Jahre häufiger auftreten werden. Die Methanausbeute ist mit ca. 306 lN/kg oTS gut und der Methanertrag je Hektar lag mit 3805 mN³/ha auf ähnlichem Niveau wie bei Silphie und Riesenweizengras. Das gute Abschneiden von Switchgras lag sicher auch daran, dass zwei von drei Versuchsjahren überdurchschnittlich warm und trocken waren und dem wärmeliebenden Gras damit sehr günstige Witterung boten.

Der erste Schnitt sollte ab Anfang Juli erfolgen, sobald 28 % TS-Gehalt erreicht sind; der zweite zum Ende der Vegetationsperiode. Für die thermische Nutzung wird der über Winter abgetrocknete Bestand im zeitigen Frühjahr vor Wiederaustrieb geerntet. Die Erträge lagen mit durchschnittlich 90 dt TM/ha deutlich unter denen von Miscanthus. Bei Schneefall im Winter kommt es zu starkem Lager mit entsprechenden Ertrags- und Qualitätsverlusten, deshalb kann für bayerische Standorte für die thermische Nutzung keine Anbauempfehlung gegeben werden.

Silomais als Referenz

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Der als Referenz angebaute Silomais hatte mit durchschnittlich 187 dt TM/ha die höchsten Erträge. Auch die Methanausbeute von Mais lag mit 357 lN/kg oTS relativ hoch, wodurch sich auch die höchsten errechneten Methanerträge mit 6436 mN³/ha ergaben. Den Vergleich zum GPS-Roggen brauchen Silphie, Riesenweizengras und Switchgras nicht zu scheuen. Der GPS-Roggen erreichte 119 dt TM/ha mit einer Methanausbeute von 336 lN/kg oTS, woraus sich 3854 mN³/ha ergeben.

Auch wenn die Dauerkulturen ertragsmäßig nicht an den Mais heranreichen, können sie durch eingesparte Arbeitszeit und Ressourcen wirtschaftlich sein. Sie hinterlassen am Vegetationsende nur geringe Nmin-Gehalte im Boden. Daher sind sie vielversprechend für den Gewässerschutz. Entscheidend ist die Wahl des passenden Standorts, denn nur so können hohe Erträge erzielt werden.

  • Die Silphie benötigt einen Standort mit guter Wasserversorgung.
  • Das Riesenweizengras kann Sommertrockenheit gut überstehen, zur Hauptwachstumsphase im Frühling und Herbst braucht es ausreichend Niederschläge.
  • Für warme trockene Standorte ist Switchgras gut geeignet, aufgrund seiner Trockentoleranz liefert es stabile Erträge.
  • Miscanthus kann auf den meisten Standorten erfolgreich angebaut werden, nur sehr trockene Standorte sind nicht geeignet.

Miscanthus: Viel Trockenmasse für den Ofen

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Miscanthus kommt aus dem ostasiatischen Raum. Als Energiepflanze für die thermische Verwertung wird vornehmlich der sterile Klon Miscanthus x giganteus angebaut. Er war auf allen Standorten die beste thermisch nutzbare Kultur mit einem Durchschnittsertrag von 142 dt TM/ha. Dieser für Miscanthus noch vergleichsweise geringe Ertrag ist auf seine drei- bis fünfjährige Etablierungsphase mit stetiger Ertragssteigerung zurückzuführen, die hier in die Datenermittlung einfließen musste.

Beschreibung der Versuchsstandorte

Standorte für den Energiepflanzenversuch
Standort Beschreibung   Wasserspeicherfähigkeit Bodenart AZ
Wolferkofen  sehr guter Boden, mild, Gäulage   hoch  uL 76
Aholfing      leichter Boden, mild, Schotterstandort     gering lS 45
Rosenau     humoser Boden, mild, degradiertes Niedermoor   hoch  huL 58
Hötzelsdorf    Hochlage bzw. Mittelgebirgslage, kalt  gering   lS 35–45
Parsberg    lehmiger, steiniger Boden, kühl,  Jurastandort     mittel   tL 32–59

 

So wurde geforscht

An sechs bayerischen Standorten wurde die Anbaueignung der mehrjährigen Energiepflanzen im Vergleich zur Fruchtfolge mit Mais, Ganzpflanzen-Roggen (GPS) und Winterweizen untersucht. Die Feldversuche wurden 2014 bzw. 2015 angelegt und bis Herbst 2019 (Parsberg und Gelchsheim) oder Frühjahr 2020 (alle anderen Orte) bewirtschaftet.