Bioenergy-Silphium und SIDecA

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Blühender Bestand von Durchwachsener Silphie

(Wien, 11.09.2014) Im Rahmen der Veranstaltungsreihe "AGES forscht" wurden am 11. September 2014 Forschungstätigkeiten der AGES zum Thema "BioEnergie(pflanzen) für Österreich" vorgestellt: Interessierte konnten Pflanzenbestände der zwei Forschungsprojekte SIDecA und Bioenergy-Silphium besichtigen, die Vorzüge der alternativen Energiepflanzen „Durchwachsene Silphie“ & „Sida“ als "Bienenweide" wurden erörtert sowie erste Forschungsergebnisse präsentiert.

„Bioenergy-Silphium“ - Erhöhung der Biomasseproduktion durch Silphium perfoliatum L. zur energetischen Verwertung in Österreich.

Das zentrale Ziel dieses aus Mitteln des Klima- und Energiefonds und im Rahmen des Programms „NEUE ENERGIEN 2020“ geförderten Projekts von AGES, Universität für Bodenkultur und Biogas Strem Errichtungs- und BetriebsGmbH & Co KG ist die Steigerung der Bioenergieproduktion durch den Einsatz von Silphium perfoliatum L. Die ausdauernde, hochwüchsige, gelbblühende Silphium-Pflanze weist ein hohes Biomasseertragspotential auf und führt zusätzlich zu positiven ökologischen Auswirkungen (Erosionsschutz, Grundwasserschutz, Reduktion von CO2 Emissionen, Förderung der Biodiversität).

In dem bis März 2015 laufendem Projekt „Bioenergie-Silphium“ werden Fragestellungen wie, ob die Bestandesbegründung durch eine geeignete Saatguttechnologie möglich ist, welche pflanzenbaulichen Parameter für die Kulturführung relevant sind, wie hoch das Biomasseertragspotential auf den unterschiedlichen Standorten ist, wie ausgewählte ökologische Parameter beeinflusst werden und wie die gewonnenen Biomasse energetisch verwertet werden kann, untersucht. Zuletzt wird ein ökonomischer Vergleich mit anderen Energiepflanzen unter österreichischen Bedingungen durchgeführt.

    V1_Poster_Bioenergy_Silphium_Mayr.pdf (9,30 M)
    Poster: Josef Mayr - Projekt „Bioenergy-Silphium“
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Bestandetablierung – Saat versus Pflanzung

Silphium perfoliatum L. (Durchwachsene Silphie) ist eine aus Nordamerika stammende, mehrjährige, hochwüchsige, gelb blühende C3-Pflanze aus der Familie der Asteraceae. Aufgrund ihrer hohen Biomasseertragsleistung und ihrer ökologischen Vorzüge stellt Silphium perfoliatum L. eine vielversprechende Alternative zu den herkömmlichen Energiepflanzen und Rohstoffen für die Biogaserzeugung dar.

In der Praxis erfolgt der Anbau zurzeit fast ausschließlich durch die Auspflanzung von vorkultivierten Jungpflanzen. Eine Aussaat erwies sich bisher aufgrund von fehlendem homogenem Saatgut, geringer Keimfähigkeit der Samen und mangelnder Saatguttechnologie als schwierig.

Im Zuge des Forschungsprojektes „Bioenergy-Silphium“ wurden Versuchsflächen angelegt, die mit vorgezogenen Jungpflanzen bepflanzt wurden. Zudem wurden Versuche zur Erhöhung der Keimfähigkeit und des Feldaufganges sowie zur maschinellen Aussaat im Freiland durchgeführt.

    V3_Saat_und_Pflanzenbauwissen_Von_Gehren.pdf (578 K)
    Poster: Philipp von-Gehren - Bestandetablierung - Saat versus Pflanzung
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Biomasse-Ertragspotential

Sowohl bei Silphium als auch bei Sida sind die Kosten für die Bestandgründung hoch und daher muss für diese ausdauernden Kulturarten mittelfristig der Absatz gesichert sein. Das Erntegut fällt bei den angeführten Kulturarten in einem extrem unterschiedlichen Zustand an, bei Silphium als Grünmasse mit einem relativ geringen Trockenmassegehalt im Sommer und Herbst, bei Sida als verholzte Biomasse im Spätwinter oder Frühjahr und guter Lagerfähigkeit.

Bei optimaler Bestandgründung und sachgemäßer Kulturführung können von beiden Kulturarten jährlich hohe qualitativ hochwertige Biomasseerträge erzielt werden. Im Vergleich zu anderen Kulturarten in der Produktion „Nachwachsender Biomasse“ müssen in der Gesamtbewertung zusätzlich die Zweitprodukte (z.B. Honigertragsleistung) und der hohe ökologische Gesamtnutzen für die Gesellschaft (Boden- und Grundwasserschutz, hochwertige Nahrung für alle blütenbesuchenden Insekten im Sommer und Herbst) miteinbezogen werden.

    V4_Poster_ERTRAGSPOTENTIAL_SILPHIUM_SIDA_Liebhard.pdf (286 K)
    Poster: Peter Liebhard - Biomasse-Ertragspotential
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Biogas und Biomethan aus Silphium perfoliatum L.

Biogas wird derzeit in Österreich hauptsächlich durch die Vergärung von Maissilage und Gülle produziert. Auch andere Energiepflanzen wie z. B. Gras oder Roggen werden eingesetzt. Die frische Biomasse der Silphiumpflanze kann, wie Mais, auch siliert und vergärt werden. Die ökologischen Vorteile einer blühenden, mehrjährigen Pflanze wie Silphium machen sie zu einem guten Ersatz-Biogassubstrat anstelle von Mais.

Das Biomethanpotential des Silphium-Ernteguts von vier österreichischen Standorten und zwei Ernteregimen wurde untersucht und mit Maissilage verglichen. Das Biomethanpotential der Silphiumpflanze nach einem Versuchsablauf von 30 Tagen war 249-305 Nl/kg oTS des Ertrags der Ernte im Juli und 228-253 Nl/kg oTS des Ertrags der September-Ernte. Diese Biomethanpotentiale sind im Durchschnitt 9 % (Juliernte) und 24 % (Septemberernte) niedriger als das der Maissilage. Die Biomethanpotentiale aus Proben der unterschiedlichen Erntestandorte zeigten keinen großen Unterschied. Alle Silphiumproben zeigten auch nach 30 Tagen noch Methanproduktion, daher eignet sich Silphium für Biogasanlagen mit längeren Retentionszeiten.

Da der Biomethanpotential-Test nur begrenzte Information liefert, werden derzeit kontinuierliche Gärversuche durchgeführt. Vorläufige Ergebnisse zeigen eine Methanproduktion von 180-210 m3/t oTS des Silphium-Ernteguts. Zusätzlich werden verschiedene Methoden der Vorbehandlung (thermochemisch, biologisch, mechanisch) untersucht, um den Methanertrag weiter zu erhöhen.

    V5_Poster_Biogas_Montgomery___Ludek.pdf (724 K)
    Poster: Ludek Kamarad / Lucy Montgomery - Biogas und Biomethan aus Silphium perfoliatum L.
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Bioenergiepflanzen und Biodiversität – Blütenbesucher auf Silphium perfoliatum L.

Im Rahmen eines Bachelor-Seminars Agrarbiologie wurden die Blütenbesucher von Silphium perfoliatum L., Medicago sativa (Luzerne) und Helianthus annuus (Sonnenblume) auf dem Versuchsgelände der AGES Wien kartiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Durchwachsene Silphie durch ihre attraktiven pollen- und nektarreichen Blüten eine gute Futterpflanze vor allem für die Honigbiene darstellt. In Bezug auf die Förderung der Biodiversität in der Agrarlandschaft ist sie jedoch hinter Luzerne und Sonnenblume einzuordnen. Silphium perfoliatum L. kann somit einen Beitrag zum Blütenangebot im sonst eher blütenarmen Hochsommer leisten, ersetzt jedoch keinesfalls eine vielfältige Landschaft mit unterschiedlichem Blütenangebot, das von einer artenreichen Bestäubergemeinschaft benötigt wird.

    V8_Poster_Blütenbesucher_Pachinger.pdf (381 K)
    Poster: Bärbel Pachinger - Blütenbesucher auf Silphium perfoliatum L.
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SIDecA - Sida: Intelligent Densified Energy Carriers for Austria

Sida hermaphrodita (L.) Rusby ist eine in Österreich relativ neue, sehr vielversprechende Energiepflanze, deren Potential bisher wenig erforscht ist. Im Rahmen des Projektes SIDecA werden nun Aspekte entlang der gesamten Wertschöpfungskette dieser Pflanze - von Saatgutentwicklung und Kulturführung über die Rohstoffaufbereitung bis hin zur Untersuchung verschiedener energetischer Nutzungsmöglichkeiten – aufgearbeitet und ökonomisch bewertet. Zentrales Ziel des Projektes ist die Bereitstellung eines konkurrenzfähigen Rohstoffes sowie die Entwicklung optimaler Nutzungsszenarien zur energetischen Verwertung in Form von thermischer Energie sowie die Konversion zu Bioethanol oder Biogas. Attraktivität, Leistbarkeit und Konkurrenzfähigkeit von Sida als neuer nachhaltiger Energieträger werden durch eine optimierte Bestandsetablierung, verwertungsoptimierte Kulturführung und Erhöhung der Energiedichte gesteigert. Die Produktion eines auf die verschiedenen, energetischen Nutzungsmöglichkeiten abgestimmten Rohstoffes ermöglicht die Ausschöpfung eines maximalen Energieertrages.

Standardisierte Festbrennstoffe aus verdichteter Halmgutartiger Biomasse

Halmgutartige Biomasse bringt gegenüber Holz einige Nachteile mit: hoher Lagerplatzbedarf, schwieriges Handling als Schüttgut, hoher Aschengehalt, Verschlackungsprobleme, Korrosion und Ablagerung an den Wärmetauschern sowie erhöhte Emissionswerte gehören zu den wichtigsten Probleme. Die Verdichtung dieser Brennstoffe, in erster Linie in Form von Pellets, ist eine Schlüsseltechnologie, mit der einige dieser Probleme gelöst werden können.

Die Schüttdichte und damit der Lagerplatzbedarf wird erhöht, die Brennstoffe werden sehr gut lager- und transportfähig und können in automatischen Beschickungssystemen eingesetzt werden. Zusätzlich können Brennstoffe in diesem Prozess aufbereitet, veredelt und standardisiert werden. Die Separation oder Auswaschung von Störstoffen bzw. eine gezielte Additivierung können die Eigenschaften der Biomasse verbessern.

Der Forschungsverbund BioUp (www.bioup.at) ist Partner im Projekt SIDecA und leitet hier die Arbeiten zur Charakterisierung und Aufbereitung der Sida-Pflanze als Festbrennstoff. Die ersten Versuchschargen aus der Ernte 2014 werden derzeit charakterisiert und erste Verdichtungsversuche wurden durchgeführt. Vorrecherchen und erste Ergebnisse lassen ein durchaus interessantes Spektrum von Eigenschaften erwarten. Sida wird bei geringem Wassergehalt geerntet und besitzt überdies keine sehr hohen Aschegehalte. Erste Pelletierversuche sind z. T. sehr erfolgreich verlaufen.

    V6_Poster_Bioup_Pichler.pdf (1,41 M)
    Poster: Wilfried Pichler - Standardisierte Festbrennstoffe aus verdichteter Halmgutartiger Biomasse
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Potential zur Nutzung als Brennstoff

Die Nutzung erneuerbarer Energieträger zur Wärmegewinnung hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Auf der Suche nach alternativen Brennstoffen wird seit längerer Zeit die Anwendbarkeit unterschiedlicher Biomassetypen, wie u. a. Energiegräser (z. B. Miscanthus) oder Nebenprodukte der Landwirtschaft (z. B. Stroh, Maisspindel) untersucht.

Verbrennungsrelevante Eigenschaften dieser Rohstoffe sind im Vergleich zu Pellets aus Fichtenholz ungünstig. Die zentralen Herausforderungen bestehen daher im Umgang mit der Bildung von Schlacke und Ablagerungen, erhöhter Korrosionsgefahr sowie höheren Emissionswerten – welche sowohl brennstoffbedingt (SO2, NOx, HCl), aber auch als Folge einer nicht optimierten Verbrennungsregelung der Anlage auftreten können (CO). Das Potential zur Nutzung von Sida als Brennstoff wird in praktischen Abbrandversuchen untersucht. Anhand einer bereits bestehenden Bewertungsmethode wird Sida als Brennstoff charakterisiert und mit verfügbaren Daten anderen Biomasse-Brennstoffen der Datenbank verglichen. Dabei wird auf eine mögliche Schwankungsbreite bei der Produktqualität basierend auf Analysendaten unterschiedlicher Rohstoffe eingegangen.

    V7_Poster_Bioenergy_Wopienka_Feldmeier.pdf (12,24 M)
    Poster: Elisabeth Wopienka / Sabine Feldmeier - Potential zur Nutzung als Brennstoff
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Beitrag alternativer Energiepflanzen für Österreichs Energie-Erzeugung

Als Energiepflanzen gelten Pflanzen, die zur Herstellung bestimmter Energieprodukte angebaut werden. Deren Eigenschaften geben die energetische Nutzungsrichtung vor. Trockene Biomasse ist für eine direkte thermische Verwertung einsetzbar, Rohstoffe mit einem hohen Wassergehalt werden bei der Biogaserzeugung verwendet.

Der Bruttoinlandsverbrauch Österreichs an Energie lag im Jahr 2011 bei 1.430 PJ. Die inländische Erzeugung an Rohenergie ist von den erneuerbaren Energieträgern dominiert. Der überwiegende Teil der erneuerbaren Energieträger entfällt auf holzartige Biomasse und Wasserkraft. Sonstige feste Biomasse, gasförmige Biomasse und biogene Treibstoffe haben einen Anteil von rund 29 PJ. Die aktuelle Anbaufläche von Miscanthus in Österreich liegt bei rund 1.000 ha. Bei 12 t TM-Ertrag / ha und einem Heizwert von 15,3 MJ / kg werden von dieser Fläche pro Jahr 0,22 PJ geerntet.

FAZIT: Der Anteil von Energiepflanzen am Bruttoinlandsverbrauch Österreichs ist beschränkt. Für den Einzelbetrieb können Energiepflanzen zur Eigenversorgung und für Energiedienstleistungen eine bedeutende Rolle spielen.

    V9_Poster_Bioenergiepflanzen_Rathbauer.pdf (760 K)
    Poster: Josef Rathbauer - Beitrag alternativer Energiepflanzen für Österreichs Energie-Erzeugung
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Forschung in der AGES

Als Wissensorganisation betreibt die AGES fachlich und unabhängig Risikominimierung und Risikokommunikation mit wissenschaftlicher Expertise entlang der Nahrungskette auf den Gebieten der Gesundheit, Lebensmittelsicherheit, Ernährungssicherung und VerbraucherInnenschutz. Oberstes Ziel ist die Gesundheit von Menschen, Tieren und Pflanzen.

Um dieses Wissen zur Erfüllung ihrer Aufgaben "State of the Art" zu halten, forscht die AGES gemäß § 8 Abs. 1 Gesundheits- und Ernährungssicherheitsgesetz (GESG) und vermittelt ihre wissenschaftlichen Erkenntnisse.

AGES Bericht über die Forschungs- und Wissenstransferaktivitäten im Jahr 2013

AGES Forschung und Wissenstransfer

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