NAWARO Bioenergie AG

Mit einem Festakt feiert die NAWARO BioEnergie Park „Güstrow“ GmbH heute die erste Einspeisung von aus Biomasse hergestelltem Bioerdgas ins Ferngasleitungsnetz. Damit geht die Anlage planmäßig in Betrieb und wird ab Herbst 2009 voll leistungsfähig sein. In seiner Dimension und Leistungsfähigkeit ist der NAWARO BioEnergie Park Güstrow ein einzigartiges Projekt: Nach der abschließenden Fertigstellung wird die dann weltgrößte Biogasfabrik circa 46 Millionen m³ Biogas mit Erdgasqualität erzeugen. Circa 160 Millionen kWh Strom und 180 kWh Wärme – Energie für rund 50.000 Haushalte – können so pro Jahr bedarfsgerecht erzeugt und über das Erdgasnetz bereitgestellt werden.

Mecklenburg-Vorpommern: Ziel ist Versechsfachung der Biogasnutzung

„Der NAWARO BioEnergie Park in Güstrow leistet einen elementaren Beitrag zur Realisierung der energiepolitischen Ziele der Bundes- und der Landesregierung“, sagt Felix Hess, Geschäftsführer der NAWARO BioEnergie Park „Güstrow“ GmbH und Vorstand der NAWARO BioEnergie AG. „Wenn wir in Zukunft eine sichere und zuverlässige Energieversorgung aus erneuerbaren Energien realisieren wollen, sind Anlagen von der Größenordnung wie in Güstrow notwendig.“ Besonders Bioerdgas aus Biomasse spiele dabei eine entscheidende Rolle, weil es jederzeit als verlässlicher Energielieferant zur Verfügung stehe, so Hess weiter. Bei der ersten Einspeisung von Bioerdgas in das Ferngasleitungsnetz ist auch Dr. Graham Butt, Referatsleiter Energie im Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes Mecklenburg-Vorpommern, zugegen: „Das erklärte Ziel der Landesregierung Mecklenburg-Vorpommern ist es, den Ausbau der erneuerbaren Energien voranzutreiben. Mit der Inbetriebnahme des BioEnergie Parks kommen wir nicht nur diesem Ziel ein großes Stück näher, mit dem Standort Güstrow festigen wir zugleich die zentrale Rolle unseres Bundeslandes bei der Versorgung mit alternativen Energien.“ Das Energiekonzept des Landes Mecklenburg Vorpommern „Energieland 2020“ sieht vor, die Nutzung von Biogas bis zum Jahr 2020 in dem Bundesland fast zu versechsfachen.

Standort Güstrow: Investitionen von 100 Millionen Euro

Der BioEnergie Park Güstrow ist deutschlandweit eine der ersten Anlagen, die Bioerdgas produzieren und einspeisen. Errichtet wurde er von Deutschlands größtem Biogasanlagen-Hersteller, der EnviTec Biogas AG aus dem niedersächsischem Lohne. Die Investitionen in den Standort belaufen sich auf rund 100 Millionen Euro. Auf einer Fläche von 20 Hektar wird hier in 20 Fermentern Bioerdgas in industriellem Maßstab erzeugt. Die nachwachsenden Rohstoffe – z.B. Mais, Getreide und Grasschnitt – werden von Landwirten aus der Region im Umkreis von 50 Kilometern bezogen. Mit der so genannten Druckwasserwäsche wird Biogas auf Erdgasqualität aufbereitet und im Anschluss in das Ferngasleitungsnetz der ONTRAS – VNG Gastransport GmbH eingespeist; ab 2010 sollen es circa 46 Millionen m³ Biogas pro Jahr sein. Dadurch ist eine dezentrale Nutzung an den Verbrauchsschwerpunkten möglich.

Hauptabnehmer VNG: Bioerdgas erweitert Produktportfolio

Für den Hauptabnehmer, die VNG – Verbundnetz Gas AG Leipzig (VNG), ist Bioerdgas aus Güstrow ein wichtiger Bestandteil des Produktportfolios: „Unsere Strategie der Diversifizierung von Bezugsquellen und Transportwegen hat sich bislang bestens bewährt. Wir erweitern mit den Bioerdgas-Mengen aus Güstrow unser Portfolio um einen erheblichen Anteil an Erneuerbaren Energien. Zum einen ermöglichen wir damit unseren Kunden, Bioerdgas aus einheimischen Ressourcen zu beziehen. Zum anderen leisten wir einen Beitrag zum klimafreundlichen Energieeinsatz“, so Dr. Gerhard Holtmeier, Vorstand Gasverkauf/Technik der VNG. „Dank der Netzeinspeisung des Bioerdgases in das Erdgasnetz können wir eine umweltfreundliche Produktpalette entwickeln, die sich von der Verwertung des Bioerdgases in BHKW-Anlagen über Beimischprodukte für Haushaltskunden bis zur Vertankung erstreckt.“ Der NAWARO BioEnergie Park Güstrow stellt dabei gegenwärtig den Hauptlieferanten der VNG dar.

Die Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) droht die ersten Biogasprojekte in die Insolvenz zu stürzen. Das seit Jahresbeginn geltende neue Gesetz kürzt Anlagenparks die Einspeisevergütungen. Der entscheidende Punkt findet sich in Paragraf 19: Stehen mehrere Kleinanlagen “in unmittelbarer räumlicher Nähe”, gelten diese als eine Großanlage. Da Großanlagen pro erzeugter Kilowattstunde geringere Vergütungen erhalten, kommt dieser Passus einer zum Teil drastischen Kürzung der Einnahmen gleich. Bundesweit sollen 250 Projekte von der Gesetzesnovelle betroffen sein. Am härtesten trifft es den Biogas-Anlagenpark Klarsee in Penkun in Mecklenburg-Vorpommern. Er besteht aus 40 Anlagen zu 500 Kilowatt und bekommt nun 45 Prozent weniger Einspeisevergütung als kalkuliert. Die Anlagen gehören 5.600 Investoren, vor allem Kleinanlegern. Der Fonds wurde auch über Volks- und Raiffeisenbanken vertrieben. “Der durchschnittliche Investor ist 55 Jahre alt, das heißt, es geht um seine Altersvorsorge”, sagt Georg Stieler von der Nawaro Bioenergie AG, die den Fonds aufgelegt hat.

Alleine am Biogaspark Penkun hängen nach Betreiberangaben direkt 50 Arbeitsplätze und indirekt noch einmal so viel. In der Region mit 28 Prozent Arbeitslosigkeit ist die Anlage der größte Arbeitgeber. Auf einer Fläche von 20 Fußballfeldern wurden 78 Millionen Euro investiert. Der erzeugte Strom reicht aus, um 40.000 Haushalte zu versorgen. Noch im Sommer 2007, am Rande des G8-Gipfels in Heiligendamm, hatte das Bundeswirtschaftsministerium in einer Broschüre zum “Land der Ideen” die Anlagen als Vorzeigeprojekt gefeiert.

Auf juristischer Ebene ist der Kampf gegen die Insolvenz schon verloren. Ein Antrag der Betreiber beim Bundesverfassungsgericht auf Erlass einer einstweiligen Anordnung war vergangene Woche vom Ersten Senat mit fünf gegen drei Stimmen abgelehnt worden. Bis zu einem Urteil in der Hauptsache können Jahre vergehen. Einigen Projekten dürfte bis dahin das Geld ausgehen.

Letzte Rettung erhoffen sich die Biogasanlagenbetreiber von der Politik. Bereits am 28. November 2008 hatte der Bundesrat einen Antrag der Bundesländer Schleswig-Holstein und Niedersachsen auf Nachbesserung des EEG angenommen. Danach sollen Anlagen, die bis Ende 2008 errichtet wurden, Bestandsschutz bei der Vergütung erhalten. Dieser Antrag sei am 4. Februar beim Bundestag eingegangen, ist vom Umweltausschuss zu erfahren. Wann das Gesetz im Bundestag behandelt wird, ist allerdings offen.

Ausgerechnet die FDP, die sonst gegen die gesetzlich garantierten Vergütungen des EEG zu Felde zieht, gesellt sich nun zu den Unterstützern: Die Absenkung der Vergütung sei “ein verheerendes Signal”, sagte die Energieexpertin der Bundestagsfraktion, Angelika Brunkhorst. Sie treffe Anlagenparks, die aus ökologisch und ökonomisch überzeugenden Gründen entsprechend dimensioniert worden seien.

Grundsätzlich sind von der Novelle des EEG alle erneuerbaren Energien betroffen, in der Praxis tangiert der neue Paragraf jedoch neben dem Biogas allenfalls noch die Photovoltaik. Auch große Solarstromanlagen wurden in der Vergangenheit formal in kleine Projekte aufgeteilt, um höhere Einspeisevergütungen zu erzielen – bis die EEG-Novelle 2004 den Sachverhalt präzisierte. Allerdings nur in Sachen Photovoltaik, nicht beim Biogas.

Aus der im Bundesumweltministerium eingerichteten Clearingstelle zum EEG hieß es zudem zuletzt, dass der neue Absatz “nicht auf Anlagen zur Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie anzuwenden sei, die vor Januar 2009 in Betrieb” gingen. Eine solche Zusage wünschen sich auch die Biogasinvestoren. Warum die Clearingstelle sich in ihrer Aussage auf die Photovoltaik beschränkt, war am Freitag nicht zu erfahren.

Dieser Artikel auf taz.de

Das neu am 1. Januar 2009 in Kraft getretene Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) beinhaltet, dass “Anlagensplitting” unzulässig ist – und zwar auch für bereits bestehende Anlagen. Dabei geht es – so wird es auf der Webseite Ihres Bundesministeriums beschrieben – um das in der Vergangenheit praktizierte Aufteilen großer Anlagenparks in mehrere Anlagen, um auf diese Weise höhere Vergütungen zu erzielen. Nach Auffassung der Bundesregierung war das “Anlagensplitting” bereits nach der vorherigen Fassung des EEG aus dem Jahr 2004 unzulässig.

Antrag auf Einstweilige Anordnung zurückgewiesen

Gegen diese Regelung wandte sich nun ein großer Biogasanlagenpark per Eilantrag an das Bundesverfassungsgericht: Er klagte gegen § 19 des EEG, wonach mehrere Kleinanlagen, die “in unmittelbarer räumlicher Nähe stehen” als Großanlage gelten. An diesem Punkt hielt der Unternehmer das Erneuerbare-Energien-Gesetz für verfassungswidrig. Der Antrag auf Einstweilige Anordnung wurde am 19. Februar von den Richtern zurückgewiesen.

Ist es klug, die Entscheidung der Richter zu begrüßen

Nun begrüßen Sie die Eilentscheidung des Bundesverfassungsgerichts in Sachen “Anlagensplitting” bei Biogasanlagen. Ist das klug?

Drastische Kürzung der Einnahmen

Großanlagen erhalten pro erzeugter Kilowattstunde eine geringere Vergütung als kleine Anlagen. Dies kommt, laut taz, einer “zum Teil drastischen Kürzung der Einnahmen gleich”. Bundesweit – schreibt Kollege Bernward Janzing – sollen 250 Projekte von der Gesetzesnovelle betroffen sein. Am härtesten träfe es den Biogas-Anlagenpark Klarsee in Penkun in Mecklenburg-Vorpommern. Er bestehe aus 40 Anlagen zu 500 Kilowatt und bekomme nun 45 Prozent weniger Einspeisevergütung als kalkuliert. Die Anlagen gehörten 5.600 Investoren, vor allem Kleinanlegern. Der Fonds wurde auch über Volks- und Raiffeisenbanken vertrieben. “Der durchschnittliche Investor ist 55 Jahre alt, das heißt, es geht um seine Altersvorsorge”, sagt Georg Stieler von der Nawaro Bioenergie AG, die den Fonds aufgelegt hat.

Rund 100 Arbeitsplätze hängen an der Anlage

Alleine am Biogaspark Penkun hängen nach Betreiberangaben direkt 50 Arbeitsplätze und indirekt noch einmal so viel. In der Region mit 28 Prozent Arbeitslosigkeit ist die Anlage der größte Arbeitgeber. Auf einer Fläche von 20 Fußballfeldern wurden 78 Millionen Euro investiert. Der erzeugte Strom reicht aus, um 40.000 Haushalte zu versorgen. Noch im Sommer 2007, am Rande des G8-Gipfels in Heiligendamm, hatte das Bundeswirtschaftsministerium in einer Broschüre zum “Land der Ideen” die Anlagen als Vorzeigeprojekt gefeiert.

Biogas-Anlagen für Gülle werden benachteiligt

Ein weiter Aspekt kommt hinzu: Betreiber von Biogasanlagen, die nachwachsende Rohstoffe (NawaRo) verwerten, erhalten heute sechs Cent je KWh mehr als jene, die in ihren “Koferment-Anlagen” auch Gülle oder verdorbene Lebensmittel verwerten können. Nach der anstehenden weiteren Novelle des EEG sollen die NawaRo-Anlagen zusätzlich eine Vergütung von zwei Cent je KWh für die Stromeinspeisung ins Netz erhalten. Das ist nicht gerecht! Aus diesem Grund fordert etwa das Kreislandvolk Oldenburg-Land einen so genannten Gülle-Bonus: Betreiber von “Koferment-Anlagen” bis 500 kW sollten zusätzlich drei Cent pro KWh erhalten; Besitzer von Kleinanlagen bis 150 kW vier Cent. Außerdem sollte die Nutzung der Kraft-Wärme-Kopplung, etwa beim Beheizen landwirtschaftlicher Ställe, anerkannt werden. Ich finde das richtig!

Unterstützt das EEG eine Entwicklung in die richtige Richtung?

Nun meine Frage: Halten Sie diese Regelungen für gerecht? Bringen Sie uns dem klimapolitischem Ziel näher, den CO2-Ausstoß weiter zu senken? Sorgen Sie für eine wirtschaftliche Neuerung? Belohnen Sie Kleinanleger, die anstatt auf fallende Kurse zu wetten, auf umweltverträgliche Technologien und nachhaltige Wirtschaftsbereiche gesetzt haben? Helfen Sie, die Überdüngung zu reduzieren? Steigern Sie die Akzeptanz der Biogas-Anlagen? Eher nicht!

Alles Fragen, die man eher mit einem “Nein” beantworten muss. Oder etwa nicht? Ich finde, wir brauchen eine Novelle des EEG, um es stärker zukunftskompatibel und nachhaltiger zu machen. Finden Sie nicht auch?

Beste Grüße aus München
Olaf Deininger, Redaktionsleitung agrarheute.com

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Veränderte wirtschaftliche Rahmenbedingungen haben neuerdings die Zuckerrüben als Substrat für Biogasanlagen interessant werden lassen. Um die Rüben auch außerhalb der Zeit ihrer Lagerfähigkeit nutzen zu können, wird dafür ihre Konservierung als Silage erwogen [2, 6]. Dabei kann auf die Ergebnisse früherer Untersuchungen zurückgegriffen werden, deren Ziel es war, einen ganzjährigen Einsatz von Zuckerrüben in der Fütterung zu ermöglichen [3, 4, 11].

Erste Tests in der Praxis zeigten, dass sich auch unzerkleinerte Zuckerrüben unter Luftabschluss im Folienschlauch eine gewisse Zeit lagern lassen [6]. Unter Sauerstoffmangel erstickt das Rübengewebe, es gibt Zellsaft frei und geht erwartungsgemäß in Gärung über, wie das von der Silierung zerkleinerter Rüben her bekannt ist.

Für die Beurteilung von Verfahren zur Konservierung von Zuckerrüben sind Untersuchungen über die Bilanz des Gasbildungspotenzials notwendig. Voraussetzung für derartige Bilanzen ist die vollständige Erfassung aller flüchtigen Bestandteile. Ziel der vorliegenden Studie war es, die Spannweite der in Zuckerrübensilagen vorkommenden Konzentrationen an den einzelnen flüchtigen Stoffen zu ermitteln und eine aktualisierte, substratspezifische Korrekturgleichung zur Korrektur des TS-Gehaltes solcher Silagen vorzuschlagen.

Material und Methoden

Für diese Studie standen die Untersuchungsergebnisse von 35 Proben silierter Zuckerrüben aus älteren Versuchen zur Verfügung [4], deren vollständige Dokumentation eine solche Auswertung zuließ. Die Zuckerrüben waren gewaschen, geschnitzelt und in luftdicht verschlossenen Foliesäcken gelagert worden. Die Lagerungsdauer variierte zwischen zwei Wochen und neun Monaten. Zur gezielten Beeinflussung der Gärung wurden bei der Herstellung eines Teils der Silagen chemische Konservierungsstoffe zugesetzt, und zwar Kaliumoder Natriumpyrosulfit zur Unterdrückung der Milchsäuregärung oder Natriumbenzoat zur Unterdrückung der alkoholischen Gärung. Von den Gärsäuren wurden nur Milchsäure, Essigsäure und die Summe aus höheren Homologen der Essigsäure („Buttersäure“ nach Lepper-Flieg) bestimmt. Der Gesamtgehalt an Alkoholen wurde oxidimetrisch gemessen und als Ethanol angegeben.

Diese älteren Laborbefunde wurden ergänzt durch die Untersuchung von neun Proben aus im Folienschlauch gelagerten Zuckerrüben von den unter [6] beschriebenen Praxistests. Die Rüben waren vor der Einlagerung weder gewaschen noch zerkleinert worden. Die Lagerung erfolgte hier sechs Monate lang (von Dezember 2007 bis Juni 2008). Bei diesen Proben wurden neben Milchsäure alle einzelnen niederen Fettsäuren und Alkohole gaschromatographisch bestimmt.

Im Trocknungsrückstand möglicherweise noch verbliebene Reste an potenziell flüchtigen Stoffen konnten nicht erfasst werden. Ursache dafür war die Erscheinung, dass bei der Extraktion der getrockneten Proben hier große Mengen an Pektinstoffen in Lösung gehen und die chromatographische Analyse stören.

Ergebnisse und Diskussion

Im Mittel stimmten die Ergebnisse für die Gehalte an Zucker, Gärsäuren und Alkoholen zwischen den Silagen aus geschnitzelten mit denjenigen aus unzerkleinerten Zuckerrüben weitgehend überein. Es war deshalb möglich, alle Daten zusammenzufassen.

Die große Spannweite der Einzelbefunde resultiert jedoch allein aus den älteren Versuchen. Sie hat ihre Ursache in den dort sehr unterschiedlichen Lagerungszeiten und Gärungsverläufen. Die Informationen über die Gehalte an einzelnen Fettsäuren (neben Essigsäure) und einzelnen Alkoholen (neben Ethanol) stammen dagegen nur aus den neueren Untersuchungen. Sie zeigen, dass in silierten Zuckerrüben die Homologen der Essigsäure und des Ethanols nur in geringen Mengen vorkommen und dass diese deshalb bei der TS-Korrektur nicht gesondert berücksichtigt werden müssen. Buttersäuregärung findet nicht statt. Das in silierten Zuckerrüben regelmäßig auftretende Methanol dürfte aus der Zersetzung der hier reichlich vorhandenen Pektine hervorgehen.

Ein großer Teil des Zuckers aus den Rüben wird bei längerer Lagerung im Silo vergoren und zwar zu Milch- und Essigsäure, vor allem aber zu Ethanol. Es ist bekannt, dass die Milchsäuregärung der alkoholischen Gärung in zuckerreichen Materialien zeitlich vorausläuft [4]. Bei Zuckerrüben ist wegen ihrer geringen Pufferkapazität nur relativ wenig Milchsäure nötig, um eine Ansäuerung auf unter pH 4 zu erreichen und damit die Milchsäuregärung ausklingen zu lassen. Der dann noch verbliebene Zucker wird von den Hefen, die bekanntlich säuretolerant sind, zu Ethanol vergoren. Wie weit dieser Prozess voranschreitet, hängt von der Lagerungsdauer und den Lagerungsbedingungen ab. Der großen Spannweite des Restzuckergehaltes entspricht die enorme Variabilität der Gehalte an flüchtigen Gärprodukten. Bild 1bestätigt die Erwartung, dass zwischen der Abnahme des Zuckergehaltes und der wachsenden Anreicherung von Ethanol ein enger Zusammenhang besteht.

Das Ausmaß der Flüchtigkeit der einzelnen Gärprodukte konnte hier zwar nicht gemessen werden, die Flüchtigkeitsquote lässt sich aber aus den vorausgegangenen Untersuchungen problemlos abschätzen. Wie bei Maissilagen liegt der pH-Wert bei silierten Zuckerrüben in der Regel unter 4, so dass mit einer Flüchtigkeitsquote der niederen Fettsäuren auch hier von 95 % gerechnet werden kann [9]. Desgleichen lässt sich die für den Durchschnitt aller Silagearten ermittelte Wasserdampfflüchtigkeit der Milchsäure von 8 % auf Zuckerrübensilagen übertragen [1, 7, 8]. Als Flüchtigkeitsquote für die einwertigen Alkohole waren bei Mais- und Grassilagen generell 100 % gefunden worden [9, 10]. Da zweiwertige Alkohole bei silierten Zuckerrüben nur in Spuren vorkommen, kann das vollständige Verdampfen hier praktisch auch für die Summe aller Alkohole unterstellt werden.

Mit diesen Flüchtigkeitsquoten wurden die auf übliche Weise bestimmten Trockensubstanzgehalte (TSn) in die korrigierten Trockensubstanzgehalte (TSk) umgerechnet. In den letzten Zeilen der Tabelle 1ist das Ergebnis dargestellt. Im Mittel beträgt der Fehler von TSnrund 35 %. Die enorme Spannweite dieses Fehlers ergibt sich im Wesentlichen aus den großen Unterschieden im Ethanolgehalt, wie Bild 2anhand des Quotienten TSk/TSnzeigt.

Schlussfolgerungen und Anwendungsempfehlung

Da die Trockensubstanz erntefrischer Zuckerrüben zu rund 70 % aus Zucker besteht und dieser bei der Silierung in sehr unterschiedlichem Ausmaß der Vergärung unterliegt, ist damit zu rechnen, dass ein erheblicher und stark wechselnder Anteil der organischen Trockensubstanz von Zuckerrübensilagen auf flüchtige Substanzen entfällt. Angaben zur substratspezifischen Gasausbeute sind deshalb generell nur dann sinnvoll, wenn sie auf die korrigierte TS (oder korrigierte oTS) bezogen werden. Dafür ist eine vollständige chemische Analyse der Silage auf flüchtige Gärprodukte unerlässlich.

Es wird daher empfohlen, auf der Basis der Gärproduktanalyse den durch Trocknung im Trockenschrank (Vortrocknung bei 60…65°C, Endtrocknung 3 h bei 105°C) gemessenen TS-Gehalt von Zuckerrübensilagen mit Hilfe folgender Gleichung zu korrigieren:

TSk = TSn+ 0,95 NFS + 0,08 MS + 1,00 AL [g kg-1FM]
NFS = Summe der Gehalte an niederen Fettsäuren (C2…C6)
MS = Gehalt an Milchsäure
AL = Summe der Gehalte aller Alkohole (C1…C4, inclusive der Diole)

Alle Gehaltswerte sind in der Dimension g je kg FM in die Gleichung einzusetzen.

Als Folge der Korrektur des TS-Gehaltes sind dann auch alle auf TS bezogenen Gehaltsangaben zu korrigieren. Die direkt in der getrockneten Probe gemessenen und üblicherweise auf TSnbezogenen Größen – so auch XA – müssen durch Multiplikation mit dem Quotienten aus TSn/TSkkorrigiert werden. Alle Differenzfraktionen – so auch die oTS – müssen mit Hilfe der auf TSkbezogenen Messgrößen neu berechnet werden.

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In der Futtermittelanalyse ist die Notwendigkeit, den Gehalt der Silagen an Trockensubstanz (TS) auf flüchtige Stoffe zu korrigieren, seit längerem anerkannt. Bei der Untersuchung von Silagen als Substrat für die Biogasgewinnung ist diese Korrektur dagegen bisher nicht allgemein üblich. Die seit 2005 vorliegende VDI-Richtlinie 4630 „Vergärung organischer Stoffe“ [3] enthält zwar den Hinweis, dass der auf konventionelle Weise bestimmte Gehalt an oTS bei fehlender Berücksichtigung flüchtiger Stoffe „eine verfälschte Bezugsgröße hinsichtlich des ermittelten Biogaspotenzials darstellt“, ohne jedoch hinreichend genaue Empfehlungen für eine vollständige Erfassung dieser Stoffverluste zu geben.

Versuchsergebnisse von Mukengele und Oechsner [2] haben kürzlich gezeigt, dass sich der häufig beschriebene scheinbare Anstieg der Biogasausbeute vom Grünfutter zur Silage größtenteils durch fehlende oder unzulängliche Korrektur des TS-Gehaltes der Silage erklären lässt. Ähnliches dürfte für Untersuchungen gelten, bei denen auf eine höhere Gasausbeute nach Einsatz bestimmter Silierzusätze geschlossen wurde.

Die Autoren [2] folgten dabei Empfehlungen zur Korrektur des TS-Gehaltes von Weißbach und Kuhla [5], die unter anderem auf den Ergebnissen bereits älterer experimenteller Untersuchungen von Berg und Weißbach [1, 4] beruhen. Unklar blieb bei diesen Untersuchungen die Flüchtigkeitsquote einzelner Alkohole, weil diese damals noch nicht chromatographisch getrennt werden konnten.

Für die Verbesserung der aeroben Stabilität von Maissilagen, insbesondere solcher, die als Substrat für Biogasanlagen dienen, wird die Anwendung bestimmter bakterieller Silierzusätze empfohlen. Diese Zusätze verändern das Gärproduktspektrum der Silagen, wobei, neben mehr Essigsäure als sonst, verstärkt 1,2-Propandiol gebildet wird. Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, die Flüchtigkeitsquoten der zweiwertigen Alkohole zu ermitteln und eine verbesserte Korrekturgleichung für die Korrektur des TSGehaltes von Maissilagen vorzuschlagen.

Material und Methoden

Es wurden 117 Proben von Maissilagen aus Praxissilos entnommen und untersucht. Die Silagen waren mindestens sechs Monate alt. Diese Silagen wurden auf alle potenziell flüchtigen Gärsäuren und Alkohole untersucht. Außerdem wurden TS-Gehalt und pHWert gemessen. Der TS-Gehalt ist auf die in der Futtermittelprüfung übliche Weise, nämlich durch Vortrocknung bei 60 bis 65°C und anschließende Endtrocknung von genau drei Stunden bei 105°C, bestimmt worden.

Aus den Silagen wurden 20 ausgewählt, die einen relativ hohen Gehalt an 1,2-Pro-pandiol oder 2,3-Butandiol hatten. Von diesen Silagen sind dann auch die Trocknungsrückstände (nach der Endtrocknung von 3 h bei 105°C) auf die potenziell flüchtigen Gärprodukte untersucht worden. Aus der Differenz der Gärproduktgehalte zwischen Silage und getrockneter Probe erfolgte schließlich die Berechnung der Flüchtigkeitsquoten.

Ergebnisse und Diskussion

Alle hier untersuchten Silagen waren von guter bis sehr guter Gärqualität. Der nicht korrigierte TS-Gehalt variierte zwischen 224 und 492 g kg-1(Mittelwert = 337 g kg-1). Der pH-Wert lag bis auf wenige Ausnahmen zwischen 3,5 und 4,0 (Mittelwert = 3,8). Tabelle 1fasst die Mittelwerte und die Streuungsmaße des Gehalts an den einzelnen potenziell flüchtigen Gärprodukten der Maissilagen zusammen.

Der bei weitem überwiegende Anteil der als flüchtig bekannten niederen Fettsäuren bestand aus Essigsäure. Ihr Gehalt schwankt jedoch erheblich. Regelmäßig wurde auch Propionsäure nachgewiesen, obgleich in bedeutend geringerer Konzentration. Buttersäure und deren höhere Homologe (Valerinund Capronsäure) traten nur in Spuren auf. Der Gehalt an der weniger flüchtigen Milchsäure lag im Mittel auf erwartungsgemäßem Niveau, wenn auch bei unerwartet großer Variabilität. Der Hauptteil der Alkohole bestand aus Ethanol. Der Ethanolgehalt schwankte innerhalb eines sehr weiten Bereiches. Die anderen einwertigen Alkohole (Propanol und Butanol) kamen in viel geringeren Konzentrationen und lediglich bei einem Teil der Silagen vor. Unter den zweiwertigen Alkoholen gilt das auch für 2,3Butandiol, was nur in Spuren auftrat. Im Gegensatz dazu wurde 1,2-Propandiol in mehr als 90 % der Maissilagen gefunden, und zwar fallweise in beträchtlicher Konzentration.

In den Tabellen 2 und 3 sind die Analysenergebnisse für die 20 ausgewählten Silagen und deren Trocknungsrückstände dargestellt. Um einen Vergleich zu ermöglichen und die Flüchtigkeitsquoten berechnen zu können, sind alle Gehaltsangaben – also auch die für die Trocknungsrückstände – auf die Frischmasse (g kg-1FM) bezogen worden. Im Hinblick auf die Säuren bestätigen die Ergebnisse frühere Befunde [1, 4]. Die Essigsäure war zu 95% flüchtig. Diese Flüchtigkeitsquote kann bei einem so niedrigen pH-Wert, wie er in Maissilagen stets zu erwarten ist, als praktisch konstant angesehen und auf die Gesamtfraktion der niederen Fettsäuren übertragen werden. Auch die bislang für die beschriebenen Trocknungsbedingungen unterstellte Flüchtigkeitsquote der Milchsäure von 8 % [1, 4] erwies sich im Mittel als zutreffend. Gleichfalls bestätigte sich die bisherige Annahme [5], dass alle einwertigen Alkohole beim Trocknen vollständig verdampfen.

Erstmals wird durch diese Untersuchungsergebnisse auch eine Aussage über die Flüchtigkeit des 1,2-Propandiols möglich. Sie betrug unter den hier angewandten und definierten Trocknungsbedingungen im Mittel 77%. Die Flüchtigkeitsquote schwankte in einem relativ engen Bereich und erwies sich nach statistischer Prüfung als weitgehend unabhängig von der Konzentration dieses Alkohols in der Silage. Die gefundenen Gehalte an 2,3-Butandiol waren zu klein, um eine Flüchtigkeitsquote zu bestimmen.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Flüchtigkeitsquoten der einzelnen Gärprodukte – im Gegensatz zu deren Gehalten in den Maissilagen – als weitgehend konstante Größen anzusehen sind. Das ermöglicht es, die mittleren Flüchtigkeitsquoten zu verallgemeinern und für die Korrektur des TS-Gehaltes anhand einer Gärproduktanalyse der Maissilage zu nutzen. Die Gültigkeit der Flüchtigkeitsquoten ist allerdings an die Einhaltung der definierten Trocknungsbedingungen gebunden.

Schlussfolgerungen und Anwendungsempfehlung

Maissilagen enthalten beträchtliche Mengen an flüchtigen organischen Verbindungen, denen ein Gasbildungspotenzial zukommt und die deshalb bei der Messung der Gasausbeute nicht vernachlässigt werden dürfen. Die Konzentration dieser flüchtigen Säuren und Alkohole unterliegt von Silage zu Silage sehr großen Schwankungen. Deshalb ist im Zusammenhang mit Fermentationsversuchen zur Bestimmung der Gasausbeute eine vollständige Analyse der Silage auf flüchtige Gärprodukte unumgänglich. Vereinfachte Methoden zur Korrektur des TS-Gehaltes, die eine mittlere, nur vom TS-Gehalt selbst abhängige Konzentration an flüchtigen Stoffen voraussetzen, sind für diesen Zweck ungeeignet.

Es wird empfohlen, auf der Basis der vollständigen Gärproduktanalyse der Silagefrischmasse den durch Trocknung im Trockenschrank (Vortrocknung bei 60 bis 65°C, Endtrocknung 3 h bei 105°C) gemessenen TS-Gehalt (TSn) von Maissilagen nach folgender Gleichung in den korrigierten TS-Gehalt (TSk) umzurechnen:

TSk = TSn + 0,95 NFS + 0,08 MS + 0,77 PD + 1,00 AA [g kg-1FM]

Darin bedeuten:

NFS = Summe der Gehalte an niederen Fettsäuren (C2 bis C6)
MS = Gehalt an Milchsäure
PD = Gehalt an 1,2-Propandiol
AA = Summe der Gehalte an anderen Alkoholen (C2 bis C4, inclusive 2,3-Butandiol)

Alle Gehaltswerte sind in der Dimension g je kg FM in die Gleichung einzusetzen. Als Folge der Korrektur des TS-Gehaltes sind dann auch alle auf TS bezogenen Gehaltsangaben zu korrigieren. Die direkt in der getrockneten Probe gemessenen und üblicherweise auf TSnbezogenen Größen – so auch XA – müssen durch Multiplikation mit dem Quotienten aus TSn/TSkkorrigiert werden. Alle Differenzfraktionen – so auch die oTS – müssen mit Hilfe der auf TSkbezogenen Messgrößen neu berechnet werden.

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Vorraussetzung für die Korrektur des Trockensubstanzgehaltes von Silagen auf flüchtige Gärprodukte ist die Kenntnis, in welchem Ausmaß die einzelnen Stoffe unter definierten Bedingungen verdampfen. Für die zu erwartenden Flüchtigkeitsquoten liegen bereits ältere experimentelle Studien vor [1, 4]. In diesen Untersuchungen wurde nachgewiesen, dass sich die Flüchtigkeitsquoten in der Regel durch den Vergleich der Gehalte an dem jeweiligen Stoff in der Silage und im Trocknungsrückstand bestimmen lassen. Die einzige Ausnahme betrifft die Milchsäure. Wegen chemischer Umsetzungen (Lactid-Bildung), denen die Milchsäure bei Wasserentzug durch Erhitzung unterliegt, kann die Abnahme des Milchsäuregehaltes durch das Trocknen – je nach Trocknungsbedingungen – größer ausfallen als ihr Übertritt in die Dampfphase.

Unklar blieb bei diesen Untersuchungen die Flüchtigkeit einzelner Alkohole, weil diese damals noch nicht chromatographisch getrennt werden konnten [5]. Das gilt insbesondere für die zweiwertigen Alkohole. Für das in Maissilagen nach Einsatz spezieller Silierzusätze verstärkt gebildete 1,2-Propandiol wurde kürzlich eine mittlere Flüchtigkeitsquote von 77 % bestimmt [6]. Für das in Grassilagen vorkommende 2,3-Butandiol fehlen bisher entsprechende Messungen.

Ziel der vorliegenden Studie war es, die Spannweite der in Grassilagen vorkommenden Konzentrationen an den einzelnen flüchtigen Stoffen sowie deren Flüchtigkeitsquoten zu ermitteln und eine aktualisierte Korrekturgleichung zur Korrektur des TSGehaltes von Grassilagen unter Einschluss der beiden genannten zweiwertigen Alkohole vorzuschlagen.

Material und Methoden

Für eine entsprechende Auswertung standen die Untersuchungsergebnisse von 182 Grassilagen aus der Praxis zur Verfügung. Die Silagen waren aus Gras von sehr verschiedenem Vorwelkgrad hergestellt worden und wiesen eine sehr unterschiedliche Gärqualität auf. Über das Alter der Silagen und die Art eventuell eingesetzter Siliermittel ist nichts bekannt. Diese Silagen wurden im frischen und alle auch im getrockneten Zustand auf den Gehalt an potenziell flüchtigen Gärprodukten untersucht.

Der TS-Gehalt ist nach entsprechender Vortrocknung der Silage und wie üblich durch anschließende Endtrocknung von 3 h bei 105°C bestimmt worden. Für die Untersuchung des Gärproduktgehaltes in den Trocknungsrückständen ist hier jedoch – abweichend von früheren Untersuchungen [1, 4, 6] – nicht das 3 h lang bei 105°C getrocknete Material verwendet worden, sondern das lufttrockene und gemahlene Probenmaterial ist vor der Analyse einer zusätzlichen Trocknung bei 70°C „über Nacht“ (etwa 16 Stunden) ausgesetzt worden.

Ergebnisse und Diskussion

Der nicht korrigierte TS-Gehalt der hier untersuchten Silagen variierte zwischen 179 und 597 g kg-1(Mittelwert = 428 g kg-1), der pH-Wert zwischen 3,8 und 6,1 (Mittelwert = 4,8). Die gemessenen Gehalte an potenziell flüchtigen Gärprodukten sowie deren Flüchtigkeitsquoten sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Auch bei Grassilagen besteht der überwiegende Anteil der als flüchtig bekannten niederen Fettsäuren aus Essigsäure. Hinzu kommen hier aber neben Propionsäure mit bedeutender Häufigkeit und in teilweise beträchtlicher Konzentration auch Buttersäure und deren höhere Homologe (Valerian- und Capronsäure). Es ist bekannt, dass die Flüchtigkeit dieser Säuren vom pH-Wert abhängt, und zwar verflüchtigt sich ein umso größerer Anteil, je saurer die Silage ist [1, 5]. Die große Variabilität des pH-Wertes der Grassilagen erklärt, warum die Standardabweichung der Flüchtigkeitsquoten bei den einzelnen Säuren relativ hoch ausfällt, zumindest wesentlich höher, als sie etwa für dieselben Säuren bei Maissilagen gefunden worden ist [6]. Der Fehler, der bei Verallgemeinerung von Mittelwerten für die Flüchtigkeitsquote entstünde, lässt sich dadurch einschränken, dass der pH-Wert der Silagen berücksichtigt wird. Für die Flüchtigkeitsquote (FQ) der Gesamtfraktion der niederen Fettsäuren in Grassilagen ließ sich die folgende futterartenspezifische Regressionsgleichung berechnen:

FQ [%] = 105 – 0,059 pH sR= 5,7

Die Flüchtigkeit der Milchsäure ist dagegen vom pH-Wert der Silage unabhängig und insgesamt nur gering. Die hier im Durchschnitt gemessene Flüchtigkeitsquote von 10 % unterscheidet sich praktisch nicht von dem bei früheren Untersuchungen [1] gefundenen und als allgemeingültig angenommenen Mittelwert (8%).

Die Grassilagen enthalten im Durchschnitt weniger Alkohole als die Maissilagen, aber auch bei diesen überwiegt das Ethanol und kann im Einzelfall erhebliche Konzentrationen erreichen. Propanol und besonders Butanol kommen seltener und in viel geringerer Konzentration vor. Alle diese einwertigen Alkohole verdampften beim Trocknen vollständig. Für das 1,2-Propandiol, welches bei Grassilagen in ähnlichen Konzentrationen wie bei Maissilagen auftrat, ließ sich die dort ermittelte Flüchtigkeitsquote von durchschnittlich 77 % voll bestätigen. Erwartungsgemäß enthielten die Grassilagen häufiger als Maissilagen auch etwas 2,3-Butandiol. Die vorliegende Untersuchung gestattet erstmalig eine Aussage auch über die Flüchtigkeitsquote dieses Stoffes. Im Mittel waren 87 % des 2,3 Butandiols flüchtig.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Gehalte an potenziell flüchtigen Gärprodukten in Grassilagen einer enormen Variation unterliegen. Daran gemessen unterliegen die festgestellten Flüchtigkeitsquoten der einzelnen Stoffe unter definierten Trocknungsbedingungen nur relativ geringen Schwankungen.

Schlussfolgerungen und Anwendungsempfehlung

Grassilagen können, so wie auch Maissilagen, beträchtliche Mengen an flüchtigen organischen Verbindungen enthalten, denen ein Gasbildungspotenzial zukommt und die deshalb bei der Messung der Gasausbeute nicht vernachlässigt werden dürfen. Im Zusammenhang mit Fermentationsversuchen zur Messung der Gasausbeute ist deshalb eine chemische Analyse von Grassilagen auf alle potenziell flüchtigen Gärprodukte unerlässlich. Vereinfachte Methoden zur Korrektur des TS-Gehaltes ohne Gärproduktanalyse, etwa durch alleinige Nutzung des bestehenden Zusammenhangs zwischen dem Niveau des TS-Gehaltes selbst und den Stoffverlusten beim Trocknen der Silageproben, können zu großen Fehlern führen.

Für die 182 hier untersuchten Grassilagen sind diese Stoffverluste, so wie sie sich aus dem direkten Vergleich der Gehalte an Gärprodukten im Frischmaterial und im jeweiligen Trocknungsrückstand ergaben, berechnet und in Bild 1 dargestellt worden. Die Stoffverluste betrugen im Mittel rund 4 %, im Einzelfall jedoch bis zu 16 %. Da die Gärungsintensität im Silo, und folglich auch der Gehalt an Gärprodukten in den Silagen, vom TS-Gehalt des Grases, aus dem die Silagen hergestellt wurden, abhängt, ergibt sich erwartungsgemäß eine Tendenz zu umso höheren Stoffverlusten, je geringer der TS-Gehalt ist. Im Einzelfall können sich die Stoffverluste aber selbst bei Silagen mit gleichem TS-Gehalt, je nach vorliegendem Gärproduktspektrum, um bis zu 10 % unterscheiden.

Es wird empfohlen, auf der Basis der vollständigen Gärproduktanalyse den durch Trocknung im Trockenschrank (Vortrocknung bei 60…65°C, Endtrocknung 3 h bei 105°C) gemessenen TS-Gehalt (TSn) von Grassilagen nach folgender Gleichung in den korrigierten TS-Gehalt (TSk) umzurechnen:

TSk = TSn + (1,05 – 0,059 pH) NFS + 0,08 MS + 0,77 PD + 0,87 BD + 1,00 AA [g kg-1FM]

Darin bedeuten:

NFS = Summe der Gehalte an niederen Fettsäuren (C2…C6)
MS = Gehalt an Milchsäure
PD = Gehalt an 1,2-Propandiol
BD = Gehalt an 2,3-Butandiol
AA = Summe der Gehalte an anderen Alkoholen (C2…C4)

Alle Gehaltswerte sind in der Dimension g je kg FM in die Gleichung einzusetzen. Als Folge der Korrektur des TS-Gehaltes sind dann auch alle auf TS bezogenen Gehaltsangaben zu korrigieren. Die direkt in der getrockneten Probe gemessenen und üblicherweise auf TSnbezogenen Größen – so auch XA – müssen durch Multiplikation mit dem Quotienten aus TSn/TSkkorrigiert werden. Alle Differenzfraktionen – so auch die oTS – müssen mit Hilfe der auf TSkbezogenen Messgrößen neu berechnet werden.

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Bei der Kennzeichnung von Substraten zur Biogasgewinnung ist es seit langem üblich, den Einfluss unterschiedlicher Gehalte an Rohasche (XA) auf die Gasausbeute dadurch auszuschalten, dass man die XA von der Trockensubstanz abzieht und die substratspezifische Gasausbeute je kg organischer Trockensubstanz (oTS) angibt. Diese auf oTS bezogene Gasausbeute ist aber eine äußerst variable Größe. Hauptursache dieser Variation ist bei pflanzlichen Ernteprodukten in der Regel jedoch nicht so sehr der unterschiedliche Anteil an den drei organischen Nährstofffraktionen Protein, Fett und Kohlenhydrate, denen jeweils eine unterschiedlicher Gasbildungsrate zugesprochen wird [2, 10]. Entscheidender scheint vielmehr der sehr unterschiedliche Anteil von biologisch nutzbarer organischer Substanz zu sein. Zwischen der „Verdaulichkeit der oTS“ im Fermenter und dem Methanertrag je kg oTS wurde kürzlich von Kaiser [6] eine sehr enge Beziehung nachgewiesen. Es könnte deshalb sinnvoll sein, zur Kennzeichnung der substratspezifischen Gasausbeute nicht nur die XA von der TS zu subtrahieren, sondern auch den Anteil an biologisch nicht nutzbarer oTS. Das Ergebnis wäre ein Parameter, den man den Gehalt an „fermentierbarer organischer Trockensubstanz“ (FoTS) nennen könnte. Ziel dieser Studie ist es, die Voraussetzungen und Möglichkeiten einer solchen Bewertung von nachwachsenden Rohstoffen zu erkunden.

Material und Methode

Die bisher vielfach genutzte Methode zur Berechnung der Gasausbeute [7] beruht auf der Untersuchung der Substrate nach der kompletten Weender Futtermittelanalyse und der Verwendung von Verdauungsquotienten, die aus der DLG-Futterwerttabelle für Wiederkäuer entnommen werden. Mit diesen Verdauungsquotienten werden die Gehalte an den einzelnen verdaulichen Nährstoffen berechnet und diese schließlich mit Werten für die spezifische Gasbildungsrate der Nährstoffe multipliziert, die auf Angaben in einer Arbeit von Baserga [2] zurückgehen. Die dabei als allgemeingültig vorausgesetzten Biogasbildungsraten betragen 790, 1250 und 700 Liter je kg Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen, die entsprechenden Methangehalte 50, 68 und 71 %. Die Allgemeingültigkeit dieser Werte ist jedoch zu bezweifeln [10]. Neben dieser und anderen Schwächen der Methode, die hier nicht alle diskutiert werden können, besteht ihr Hauptmangel darin, dass sie im Vergleich zu zahlreichen Messungen aus Fermentationsversuchen wesentlich zu niedrige Gasausbeuten ergibt.

Ursache dafür ist, dass hier fälschlich die am Tier gemessene scheinbare Verdaulichkeit mit der biologischen Abbaubarkeit der Nährstoffe gleichgesetzt wird. Der Kot der Tiere besteht aber nicht nur aus den unverdaulichen Stoffen des verzehrten Futters, sondern auch aus metabolischen Nährstoffausscheidungen endogenen Ursprungs [9]. Die tatsächlich biologisch nicht nutzbaren Anteile der Nährstoffe lassen sich errechnen, wenn man die metabolische Nährstoffausscheidung der Tiere kennt und diese von der insgesamt ausgeschiedenen Nährstoffmenge abzieht. Das ist jedoch nur dann möglich, wenn die Versuche zur Messung der Verdaulichkeit in einem so weitgehenden Maße standardisiert sind, dass annähernd konstante metabolische Nährstoffausscheidungen erwartet werden können [11]. Bei Angaben aus Futtermitteltabellen kann dieses hohe Maß an Standardisierung nicht generell vorausgesetzt werden.

Für die hier vorgenommene Auswertung standen die Ergebnisse einer großen Zahl von Verdauungsversuchen zur Verfügung, die diese Forderung erfüllen [13, 14]. Insgesamt wurde folgende Anzahl von Versuchen, die in der Regel mit je vier Schafen durchgeführt worden waren, ausgewertet: 44 mit Getreidekorn und Mühlennachprodukten, 63 mit Silomais und verschiedenen Maisernteprodukten, 72 mit Getreideganzpflanzen, 75 mit Luzerne, 52 mit Grünroggen, 41 mit Grünhafer sowie 135 mit Acker- und Wiesengras.

Ergebnisse

Zunächst ist geprüft worden, wie groß der Einfluss der unterschiedlichen Nährstoffgehalte einerseits und der Einfluss der biologischen Abbaubarkeit der oTS andererseits auf die Gasausbeute ist. Dazu sind für ein weites Spektrum von Futterarten anhand von Beispielen für deren jeweils typische chemische Zusammensetzung und bei Unterstellung der Gültigkeit der Gasbildungsraten nach Baserga [2] aus den Gehalten an „wahr verdaulichen Nährstoffen“ die Gasausbeuten berechnet worden. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 1. Die Futterarten sind nach der Rangfolge ihres Gehaltes an FoTS aufgelistet. Außerdem ist der Fermentationsquotient (FQ) als Maß für die biologische Abbaubarkeit der oTS (und als Analogon zum Verdauungsquotienten VQ) angegeben.

Wie sich zeigt, sind die berechneten Erwartungswerte für die Biogasausbeute, wenn man sie auf die FoTS bezieht, bei allen hier betrachteten Futterarten praktisch gleich. Ursache dafür ist, dass der bei weitem überwiegende Teil der fermentierbaren Stoffe in den hier betrachteten Substraten stets aus Kohlenhydraten besteht und Unterschiede im Gehalt an den anderen Nährstoffen nur wenig ausmachen. Im Mittel kann mit etwa 800 Litern Biogas und davon 420 Litern Methan je kg FoTS gerechnet werden. Der Schätzfehler, den man bei einer so getroffenen Vorhersage der substratspezifischen Gasausbeute zu erwarten hat, ist – gemessen an den verfahrenstypischen Messfehlern zum Beispiel von Batchversuchen – überraschend gering.

Es wurde dann untersucht, auf welche Weise sich der biologisch nicht nutzbare Anteil der oTS anhand von Laboranalysen schätzen lässt. Frühere Auswertungen hatten bereits gezeigt [11], dass die auf die verzehrte Futtertrockensubstanz bezogenen tierischen Ausscheidungen – gewissermaßen der „Gehalt an unverdaulichen Nährstoffen“ – bei Rohprotein (XP) und Rohfett (XL) innerhalb der jeweiligen Futterart nur geringen Schwankungen unterliegt. Dadurch ist es möglich, bei diesen beiden Nährstoffen mit Mittelwerten für die tierische Ausscheidung bei der jeweiligen Futterart zu rechnen.

Die Ausscheidung der Tiere an Kohlenhydraten (Summe aus Rohfaser und N-freien Extraktstoffen) ist dagegen außerordentlich variabel und muss anhand eines geeigneten Laborparameters geschätzt werden. Dabei wurde von dem auf Bild 1dargestellten Modell ausgegangen. Der von bestimmten Labormethoden gelieferte organische Hydrolyserückstand (x) – etwa der Gehalt an Rohfaser (XF) in der TS – ist der tierischen Ausscheidung an Kohlenhydraten (y) analog, wenn diese auf die verzehrte Menge an Futtertrockensubstanz bezogen wird. Der Zusammenhang zwischen beiden Größen lässt sich durch eine einfache Regressionsfunktion beschreiben. Das Intercept dieser Funktion „a“ repräsentiert die metabolische Ausscheidung, der Regressionskoeffizient „b“ den Anstieg der Ausscheidung – etwa mit wachsendem Rohfasergehalt – und das Produkt „b•x“ die biologisch tatsächlich nicht nutzbare Menge an Kohlenhydraten. Die Funktionen sind in der Regel nicht linear, sondern verlangen die Anpassung einer Polynomialgleichung zweiten Grades, und zwar steigen die Regressionskurven für die nicht nutzbare Substanz – zum Beispiel mit wachsendem XF-Gehalt – progressiv an.

Für die Bedingungen der hier ausgewerteten Verdauungsversuche wurde eine metabolische Ausscheidung je kg Futtertrockensubstanz von durchschnittlich 35 g Kohlenhydraten, 20 g Rohprotein und 5 g Rohfett – zusammen somit 60 g oTS – ermittelt und in Rechnung gestellt.

Die Ableitung der Gleichungen zur Schätzung der FoTS soll am Beispiel von Silomais erläutert werden. Alle Laborparameter, wie auch die Zielgröße FoTS, sollen dabei die Dimension g je kg TS haben. Im Mittel belief sich bei dieser Futterart die Ausscheidung an XP auf 36 g und die an XL auf 5 g je kg TS. Die Ausscheidung an Kohlenhydraten ließ sich durch die Regression

y = 35 + 0,47 (XF) + 0,00104 (XF)2
sR= 24 g/kg

beschreiben. Der Modellansatz zur Schätzung von FoTS lautet:

FoTS = 1000 – (XA) – 36 – 5 – [35 + 0,47 (XF) + 0,00104 (XF)2] + 60,

woraus folgt:

FoTS = 984 – (XA) – 0,47 (XF) – 0,00104 (XF)2

In Tabelle 2 sind solche Gleichungen für alle untersuchten Futterarten aufgeführt. Als Labormethode zur Schätzung der nicht nutzbaren Kohlenhydrate oder der nicht nutzbaren oTS erwies sich bei den meisten Futterarten der Rohfasergehalt als gut geeignet. Andere Faserfraktionen (wie etwa NDF, ADF oder ADL) brachten meist keine höhere Genauigkeit. Die einzige Futterart, bei der weder mit XF noch mit anderen Faserfraktionen eine hinreichende Genauigkeit erreicht wurde, sind die verschiedenartigen Grasaufwüchse. Deshalb sollte bei allen Gräsern und Grassilagen die Schätzung von FoTS über den „Gehalt an enzymunlöslicher organischer Substanz“ (EulOS) bevorzugt werden. EulOS ist der organische Rückstand, der nach Hydrolyse mit Pepsin und Cellulase zurück bleibt [13, 14]. Er wird in g je kg TS angegeben und kann als Analogon zu XF verstanden werden, nur dass hier die Hydrolyse nicht durch Kochen in Säure und Lauge, sondern durch Behandlung mit Verdauungsenzymen bei 40 °C erfolgt.

Alle diese Gleichungen gelten sowohl für das jeweilige frische Erntegut als auch für Silagen oder schonend getrocknetes Material. Voraussetzung für die Anwendung der Gleichungen auf Silagen ist allerdings, dass ihr TS-Gehalt auf flüchtige Gärprodukte korrigierte wurde [12, 15, 16].

Die mit diesen Gleichungen und der Unterstellung von 800 Litern Biogas und 420 Litern Methan je kg FoTS errechneten Erwartungswerte für die Gasausbeute stimmen nicht immer mit publizierten Resultaten von Fermentationsversuchen [1] überein. Das kann sehr unterschiedliche Ursachen haben. Eine relativ gute Übereinstimmung wurde mit Versuchsergebnissen nach dem Hohenheimer Biogastest [8] gefunden, wenn diese auf Normbedingungen berechnet waren [1]. Tabelle 3zeigt das am Beispiel verschiedener Silomaisproben, von denen die gemessenen Methanausbeuten wie auch die Nährstoffgehalte zugängig waren. Sowohl hinsichtlich der Größenordnung der substratspezifischen Gasausbeute als auch der wesentlichsten Qualitätsunterschiede zwischen den Proben wurde eine passable Annäherung der nach beiden Methoden erhaltenen Werte erreicht.

Schlussfolgerungen

Der Gehalt an FoTS eignet sich zur Kennzeichnung des Gasbildungspotenzials der nachwachsenden Rohstoffe. Diese Kennzahl hat den Vorteil, dass sie frei ist von den Einflüssen unterschiedlicher Durchführungsweise der Fermentationsversuche in den verschiedenen Laboratorien. Außerdem ist sie wesentlich schneller und kostengünstiger zu ermitteln. Der Gehalt an XA wird in jedem Fall auch jetzt schon gemessen. Allein durch die Bestimmung eines einzigen zusätzlichen Laborparameters (XF oder EulOS) und die dadurch mögliche Berechnung von FoTS entsteht ein erheblicher zusätzlicher Informationsgewinn.

Die FoTS ist als diejenige Menge an oTS zu definieren, die unter anaeroben Bedingungen potenziell durch Mikroorganismen abgebaut werden kann und die sich deshalb unter optimalen Prozessbedingungen und bei ausreichend langer Prozessdauer in Biogasanlagen biologisch nutzen lässt. Sie ist identisch mit dem Gehalt an wahr verdaulicher organischer Substanz, wie dieser anhand von besonders strikt standardisierten Verdauungsversuchen an Schafen [11, 13, 14] berechnet werden kann. Sie sollte fernerhin jedoch vorzugsweise durch geeignete Labor-Fermentationstechniken gemessen werden.

Eine Umrechnung der FoTS-Gehalte mit einer konstanten Gasbildungsrate in Biogasund Methanausbeuten muss für die Bewertung des Gasbildungspotenzials von nachwachsenden Rohstoffen nicht notwendiger Weise erfolgen. Der Gehalt an FoTS allein hat bereits einen hohen Aussagewert. Soweit es nötig ist, sollte vielmehr künftig mit substratspezifischen Gasausbeuten je kg FoTS gerechnet werden. Erkennbarer Bedarf für das Rechnen mit vom Durchschnitt abweichenden Gasbildungsraten je kg FoTS dürfte beispielsweise bei Ölfrüchten (wegen ihres im Vergleich zu anderen Substraten höheren Fettgehaltes) oder bei silierten Zuckerrüben (wegen ihres hohen Alkoholgehaltes) bestehen.

Die Allgemeingültigkeit der hier unterstellten Gasbildungsraten je kg Nährstoff ist, auch wenn man von den beiden genannten Sonderfällen absieht, überdies umstritten [10]. Auch ist bei Fermentationsversuchen nicht immer mit einem konstanten Anteil von in die bakterielle Biomasse inkorporierter FoTS zu rechnen. Wenn man die Variationsursache „Fermentierbarkeit der oTS“ ausschaltet, was durch die Benutzung von FoTS als Bezugsgröße für die substratspezifische Gasausbeute erreicht wird, dürften sich aber auch neue Möglichkeiten zur Herleitung oder biochemischen Begründung von Gasbildungsraten mit Hilfe stöchiometrischer Berechnungen [3, 4, 5] eröffnen.

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Der BioEnergie Park in Mecklenburg Vorpommern feierte im Oktober letzten Jahres Richtfest. In ihrer Dimension und Leistungsfähigkeit ist die Anlage weltweit einmalig: Auf einer Fläche von rund 20 Hektar soll hier Biogas aus nachwachsenden Rohstoffen wie Mais, Getreide und Grasschnitt in industriellem Maßstab erzeugt werden. Mit einem speziell entwickelten Verfahren wird das Biogas zu Biomethan, auch Bioerdgas genannt, aufbereitet. Die erste Abnahme der VNG von Bioerdgas ist im Juni geplant.

„Der Bezug von Bioerdgas ist eine weitere Ergänzung unseres Bezugsportfolios“, so Dr. Gerhard Holtmeier, Vorstand Gasverkauf/Technik bei VNG. “Gleichzeitig leisten wir mit der Unterstützung dieses Pilotprojekts einen weiteren Beitrag für eine sichere und zukunftsorientierte Erdgasversorgung.“

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Egon Rattei (62) weist stolz auf die Biogasanlage, die die Agrargenossenschaft Forst (Spree-Neiße) seit 2006 betreibt. Die Gülle wird unterirdisch aus den angrenzenden Rinderställen in die Tanks des Energieerzeugers eingespeist. Die Maissilage als „Futter“ für die Biogasanlage könnte praktisch mit der Schubkarre in den Vorratstrichter gefüllt werden, so dicht dran stehen die Erdsilos. Auch der Transportweg für den Roggen ist kurz.

Auf 500 Kilowatt pro Stunde ist die Anlage ausgelegt. Die Elektroenergie nehmen die Stadtwerke Forst ab. Mit der Wärme werden die Produktionsstätten, Verwaltungs- und Sozialräume der Agrargenossenschaft auf Temperatur gehalten. Die Gärreste kommen als Dünger auf die Felder. 180000Euro Einnahmen bringt die Biogasanlage pro Jahr für die Genossenschaft. Sie gehört zu den kleineren Anlagen im Land, die aus nachwachsenden Rohstoffen Strom und Wärme erzeugen. 22000Kubikmeter Gülle verbraucht sie im Jahr. Dazu 3000Tonnen Maissilage und 500Tonnen Roggen. Die 300Hektar, die für diese Produktionsmengen benötigt werden, beanspruchen knapp 14Prozent der landwirtschaftlichen Nutzfläche der Agrargenossenschaft.

Vorrang für Lebensmittel

„Das genau ist der Konflikt zwischen Teller und Tank“, sagt Rattei. Er meint den Zwiespalt zwischen der Sicherung der Produktion für Nahrungsmittel und der Erweiterung der Fläche für nachwachsende Rohstoffe zur Energiegewinnung und für andere Industriezweige. Rattei ist Chef der Forster Agrargenossenschaft und Mitglied des Beirates für Nachhaltigkeit und Ressourcenschutz beim brandenburgischen Landwirtschafts- und Umweltministerium. Bei all den Diskussionen um Anbaustrukturen und Preise steht für ihn fest: „Erste Aufgabe muss es immer sein, Nahrungsmittel herzustellen.“ Aber, so sagt er, bei der Erzeugung von Bioenergie müsse der Bauer „einen Fuß in der Tür haben“.

In der Lausitz entzündete sich der Streit über die sinnvolle Nutzung der Bioenergie am Bau einer Biogasanlage von 20Megawatt (MW) auf dem ehemaligen Militärflugplatz in Preschen (SpreeNeiße). Für einen effektiven Betrieb wären rund 300000Tonnen Maissilage, 20000Tonnen Getreide und 60000Tonnen Gülle notwendig gewesen. Allein die benötigte Maismenge wäre doppelt so hoch wie die gesamte Maisernte im Spree-Neiße-Kreis in diesem Jahr. Der Kreisbauernverband Spree-Neiße, dem der Forster Egon Rattei ebenfalls vorsteht, bekämpfte das Vorhaben heftig. „Biomasse statt Tierund Pflanzenproduktion schädigt die Fruchtfolge, nachhaltige Produktion und damit die Sicherung von Ressourcen“, begründet er die Ablehnung.

Das Vorhaben in Preschen ist inzwischen zu den Akten gelegt. Nun will die Leipziger Firma Nawaro Bio-Energie AG im Industriepark an der Autobahnabfahrt in Forst eine kleiner ausgelegte Anlage von zwölf Megawatt bauen. „Die Planungen laufen“, sagt Rüdiger Albert von der Wirtschaftsfördergesellschaft des Spree-Neiße-Kreises. Über die Hälfte der Biomasse würde aus Polen kommen. Für die dortigen Bauern sei das Vorhaben besonders interessant, weil sie dank ausgedehnter Wiesen einen Absatzmarkt für ihr Gras hätten. Nawaro will in Forst Biogas in Erdgasqualität erzeugen und ins Netz einspeisen. Baubeginn soll nach Unternehmensangaben noch in diesem Jahr sein.

Für Jürgen Claus, Referatsleiter Klimaschutz im Potsdamer Umweltministerium, ist das eine „durchaus gute Idee“. Größere Anlagen mit Erdgasqualität hätten ihre Berechtigung. Sie müssten allerdings wenig störend in die Landschaft passen. In der Region müsste die Rohstoffbasis ausreichend sein, ebenso die Flächen zur Ausbringung der Gärreste als Dünger. Zudem liege die Zukunft von Biogasanlagen in der effizienten Kraft-Wärme-Kopplung. Inzwischen gibt es in Brandenburg 111Biogasanlagen. Ende2007 liefen noch 60Genehmigungsverfahren.

In Sachsen waren Ende vergangenen Jahres 140Biogasanlagen, überwiegend (131) bei Landwirtschaftsbetrieben am Netz. Der Biogasverband rechnet in diesem Jahr bundesweit mit einem Zuwachs von 800Biogasanlagen. Dramatische Verschiebungen in der Anbaustruktur sehen Experten noch nicht. Für Jürgen Claus vom Umweltministerium ist das „ohnehin ein Feld, das dem Willen der Landwirte überlassen bleibt“. Die Entwicklung hin zur Produktion von Biomasse ist unverkennbar. In Deutschland erhöhte sich der Anteil von Maisanbau für Biogasanlagen zwischen 2005 und 2006 von 70000Hektar auf 162000Hektar. Der Verlust ging vor allem zulasten der Körnermais-Ernte.

Zunehmende Konflikte

Der Rapsanbau erhöhte sich in den Jahren 2000 bis 2007 bundesweit um über 600000Hektar auf jetzt 1,7Millionen Hektar. In Brandenburg ist der Anbau nachwachsender Rohstoffe laut Jürgen Claus von 90000Hektar im Jahr2006 auf 200000 Hektar gestiegen. „Das ist deutlich mehr, als wir erwartet haben“, räumt der Klimaschutzexperte ein. Das Potenzial sei in Brandenburg allerdings noch längst nicht ausgeschöpft. Auch für den Forster Egon Rattei ist es noch ein Stück bis zum Ende der Fahnenstange. Im Jahr2030, so schätzt er, wird die Agrargenossenschaft etwa 30Prozent ihrer 2200Hektar Nutzfläche für die Biomasseproduktion nutzen.

Daraus folgt aus seiner Sicht eine weitere Intensivierung der Landwirtschaft. Zunehmende Interessenkonflikte beispielsweise mit dem Naturschutz seien vorprogrammiert. Denn Land stehe nun einmal nicht unbegrenzt zur Verfügung. Im Gegenteil: Täglich würden in Deutschland der Landwirtschaft 115Hektar Boden entzogen: durch Tagebaue, Gewerbegebiete, Verkehrswege, Windkraftanlagen und anderes. „Es ist eine Herausforderung für alle Seiten, mit dem begrenzten Faktor Land vernünftig umzugehen“, sagt er.

Biomasse ist gespeicherte Sonnenenergie

Zunächst scheint es einfach: Biomasse ist nichts anderes als Sonnenenergie, die von Pflanzen durch Photosynthesein biochemische Energie verwandelt wurde: Aus Kohlendioxid aus der Atmosphäre wurden Kohlehydrate. Als Biomasse wird definiert, was durch Lebewesen an organischer Substanz entsteht. Das sind Pflanzen wie Mais, Getreide, Gras oder Holz. Es ist aber auch die nette Umschreibung von Kot der Tiere, etwa aus Schweine- und Rinderställen.

Die Idee, in Biomasse gespeicherte Energie zu nutzen, ist nicht neu. Holzfeuer begleiteten den Menschen bei seiner Zivilisation. In vielen Ländern der Erde sind organische Substanzen noch heute wichtige Bestandteile der Energieversorgung. Auch in Deutschland nimmt deren Bedeutung wieder zu.

Biomasse ist jedoch nicht nur, was in festen Bestandteilen vorliegt. Es gibt auch flüssige Brennstoffe wie Biodiesel, der aus Raps- oder Sonnenblumenöl gewonnen wird. Auch Biogas, das mithilfe von Mikroben aus der Vergärung von Gülle und Pflanzen entsteht, kann in Strom und Wärme verwandelt werden. Eine rechtsgültige Definition gibt in Deutschland die Biomasseverordnung. Denn nicht alles, was ursprünglich aus organischen Substanzen entstand, wird zur „Biomasse“ gezählt. Fossile Brennstoffe wie Kohle oder Erdöl gehören danach nicht dazu.

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