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Bioenergie – eine Milchmdchenrechnung? Gespch. Wrme, Strom und Kraftstoff aus der Landwirtschaft....

Date post:06-Feb-2018
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  • Pillnitzer GespchWrme, Strom und Kraftstoff aus der Landwirtschaft

    29. Mrz 2012

    Bioenergie eine Milchmdchenrechnung?

    Prof. Dr. agr. Knut SchmidtkeFachgebiet kologischer Landbau

    Hochschule fr Technik

    und Wirtschaft Dresden

  • Wie viel Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie kann unter

    mitteleuropischen Klimabedingungenein Pflanzenbestand in der pflanzlichen Biomasse binden?

  • Strahlungsnutzungseffizienz

    Pflanzenbestnde mit einer hohen Strahlungsinterzeption und TM-Bildung

    Zuckerrbe Rotklee

  • Strahlungsnutzungseffizienz

    Der Grad der Energieausnutzung lsst sich durch den energetischen Effizienzkoeffizienten (Eeff) beschreiben

    gebundene Energie in der pflanzlichen Biomasse (J m-2)Eeff

    = _________________________________________________________________________________________________eingestrahlte (absorbierte) photosynthetisch aktive Energie (PAR) (Jm-2)

    (PAR photosynthetic active radiation = photosynthetisch aktive Strahlung)

  • Strahlungsnutzungseffizienz

    Tab. 1 : Einfluss der N-Dngung auf die Energieausnutzung (EA, gebundene Energie in % der Einstrahlung, Bezugsbasis Einstrahlung (PAR) von

    Aussaat bis Ernte) der Sprossmasse von Winterweizen (Greef et al. 1993)

    N-Dngung [kg N/ha]

    EA Spross [%]

    Winterweizen0

    120240

    1,632,322,86

  • Strahlungsnutzungseffizienz

    Tab. 2 : Einfluss der N-Dngung auf die Energieausnutzung (EA, gebundene Energie in % der Einstrahlung, Bezugsbasis Einstrahlung (PAR) von

    Aussaat bis Ernte) der Sprossmasse von Winterweizen und Winterraps und llein (Greef et al. 1993)

    N-Dngung [kg N/ha]

    EA Spross [%]

    Winterweizen0

    120240

    1,632,322,86

    Winterraps080

    200

    1,422,003,41

    llein

    04080

    1,191,441,47

  • Strahlungsnutzungseffizienz

    Tab. 3 : Einfluss der N-Dngung auf die Energieausnutzung (EA, gebundene Energie in % der Einstrahlung, Bezugsbasis Einstrahlung (PAR) von

    Aussaat bis Ernte) der Sprossmasse und des Kornes von Winterweizen, Winterraps und llein (Greef et al. 1993)

    N-Dngung [kg N/ha]

    EA Spross [%]

    EA Korn [%]

    Winterweizen0

    120240

    1,632,322,86

    0,831,181,43

    Winterraps080

    200

    1,422,003,41

    0,700,951,52

    llein

    04080

    1,191,441,47

    0,530,660,67

  • Wie viel Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie kann unter

    mitteleuropischen Klimabedingungenein Pflanzenbestand in der pflanzlichen Biomasse binden?

    In der Regel zwischen1 und 3 %

    Strahlungsnutzungseffizienz

  • Wie viel Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie kann nach der Vergrung

    dieser pflanzlichen Biomasse in einer Biogasanlage elektrisch bzw. ber Wrme

    genutzt werden?

    In der Regel zwischen0,5 und 0,8 %

    (Mller 2011)

    Verwertungseffizienz

  • Schlussfolgerungen I

    1. Es ist sinnvoll, Energie aus organischen Reststoffen, ggf. auch Restflchen, in der Landwirtschaft einer energetischen Wertschpfung zuzufhren

    2. Die Nutzung von organischen Reststoffen ber eine energetische Verwertung ist zum Erhalt des Humusvorrates des Boden und der Bodenfruchtbarkeit zu begrenzen

    3. Es ist wegen der geringen Strahlungsnutzungseffizienz nicht sinnvoll, auf ertragreichen Standorten Energiepflanzen im Hauptfruchtbau anzubauen

  • Energieeinsatz in der Landwirtschaft

    Reduktion des Primrenergieeinsatzes in der Landwirtschaft

  • Energieeinsatz in der Landwirtschaft

    Abb. 1: Durchschnittlicher Energieeinsatz bei systemblichen Flchenanteilen einzelner Fruchtarten und Futtermittel-Zukufen der konventionell wirt-schaftenden Haupterwerbsbetriebe in Deutschland

    (Haas et al. 1995 )

    Dnger (ohne N)9,4%

    3,2%

    Futtermittel23,5%

    2,1%4,9%

    17,7%

    Pflanzenschutz2,3%

    36,9%

    Ener- gie

    Trocknung

    Saat- und Pflanzgut

    Maschinen = 19,4 GJ/haHaupt-

    erwerbsbetriebe(Konventionell)

    Treib- und Schmierstoffe

    N-Dnger

  • Energieeinsatz in der Landwirtschaft

    Reduktion des Primrenergieeinsatzes in der Landwirtschaft durch Direktsaat

    Biologisch-regenerativ den Boden bearbeiten

  • Energieeinsatz in der Landwirtschaft

    Abb. 1: Durchschnittlicher Energieeinsatz bei systemblichen Flchenanteilen einzelner Fruchtarten und Futtermittel-Zukufen der konventionell wirt-schaftenden Haupterwerbsbetriebe in Deutschland

    (Haas et al. 1995 )

    Dnger (ohne N)9,4%

    3,2%

    Futtermittel23,5%

    2,1%4,9%

    17,7%

    Pflanzenschutz2,3%

    36,9%

    Ener- gie

    Trocknung

    Saat- und Pflanzgut

    Maschinen = 19,4 GJ/haHaupt-

    erwerbsbetriebe(Konventionell)

    Treib- und Schmierstoffe

    N-Dnger

  • Bentigte Energiemenge

    zur Bereitstellung

    von 200 kg

    mineralischer N-Dngemittel

    entspricht in etwa dem Energiegehalt

    von 230 l Diesel

  • Kosten der Bereitstellung 1 kg Mineral-N1)2)

    49,1 MJ aus fossilen Energietrgern

    2984 g CO2 15,1 g N2 O + 7,45 g CH4 Emission

    4836

    g CO2

    Klimarelevanz

    7820 g CO21) aus

    Patyk & Reinhardt (1997)2)

    IPCC (1995)

    Klimarelevanz in der aktuellen N-Dngemittelbereitstellung:5844 g CO2

    je kg N (ART 2007, Wendrock 2008)

    entspricht ca. 40 km Fahrt mit PKW (150 g CO2

    /km)

  • Emissionen durch die Bereitstellung mineralischer N-DngemittelE

    mis

    sion

    en a

    us m

    iner

    alis

    chen

    N-

    Dn

    gem

    ittel

    n (C

    O2-

    qu

    ival

    ent i

    n t)

    Abb. 2: Jhrliche Emissionen klimarelevanter Spurengase (in t CO2

    - quivalente) durch die in den Bundeslndern abgesetzten

    mineralischen N-Dngemittel (Mittel der 2002 bis 2009) (Wendrock & Schmidtke 2011)

    BW BY BB HE MV NS NW RP SL SN ST SH TH

    2,0 Mio1,8 Mio1,6 Mio1,4 Mio1,2 Mio

    1,0 Mio

    0,8 Mio

    0,6 Mio

    0,4 Mio

    0,2 Mio

    0

    ca.10 Mio t CO2

    -quivalente a-1

  • Symbiotische Stickstoff-Fixierung

    Molekularer Luftstickstoff

    N2

    AmmoniakNH3

    Aminosu

    re-N

    -Protein

    -

    Energiereiche Fotosyntheseprodukte

  • Sym

    biot

    isch

    e

    N

    2-Fi

    xier

    leis

    tung

    (t)

    Abb. 3: Symbiotische N2

    -Fixierleistung der Leguminosen im Ackerbau in Deutschland im Mittel der Jahre 2002 bis 2009 (in t)

    020.00040.00060.00080.000

    2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

    Deutschland: zwischen 45.435 t N (2003) und 75.401 t N (2007)

    Ackerbohne: bis 230 kg N ha-1

    Luzerne Reinsaat: bis 340 kg N ha-1

    (Wendrock & Schmidtke 2011)

  • Ein

    gesp

    arte

    Em

    issi

    onen

    (CO

    2-

    quiv

    alen

    t in

    t)

    Abb. 3: Jhrlich eingesparte Emissionen durch die symbiotische N2

    -Fixierung der Leguminosen im Ackerbau in den Bundeslndern (in t CO2

    -quivalente a-1, Mittel 2002 bis 2009)

    BW BY BB HE MV NS NW RP SL SN ST SH TH

    Hierdurch wurde eine Emission in Hhe von rd. 400.000 t CO2

    -qui-Valente vermieden (Mittel 2002-2009)

    (Wendrock & Schmidtke 2011)

  • Abb. 4: Anteil der symbiotischen N2

    - Fixierung an der Gesamtmenge

    eingesetzten Stickstoffs aus mineralischen N-Dngemitteln und symbiotischer N2

    -Fixierung (Wendrock & Schmidtke 2011)

    Eigene Abbildung Bundesamt fr Kartographie und Geodsie

    Biologisch-regenerativ Stickstoff bereitstellen

  • Schlussfolgerungen1. Es ist sinnvoll, Energie aus organischen Reststoffen,

    ggf. auch Restflchen, in der Landwirtschaft einer energetischen Wertschpfung zuzufhren

    2. Die Nutzung von organischen Reststoffen ber eine energetische Verwertung ist zum Erhalt des Humusvorrates des Boden und der Bodenfruchtbarkeit zu begrenzen

    3. Es ist wegen der geringen Strahlungsnutzungseffizienz nicht sinnvoll, auf ertragreichen Standorten Energiepflanzen im Hauptfruchtbau anzubauen

    4. Primrenergieeinsatz in der Landwirtschaft senken durch gezielte Nutzung biologisch-

    regenerative Bodenbearbeitung und Stickstoffbereitstellung

  • Pillnitzer GespchWrme, Strom und Kraftstoff aus der Landwirtschaft

    29. Mrz 2012

    Bioenergie eine Milchmdchenrechnung?

    Prof. Dr. agr. Knut SchmidtkeFachgebiet kologischer Landbau

    Hochschule fr Technik

    und Wirtschaft Dresden

    Herzlichen Dank fr Ihre Aufmerksamkeit!

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