Technische Optimierung einer Versuchsanlage zur Herstellung von Miscanthuspellets

Diplomarbeit von Andreas Esser

Einleitung:

Die deutsche Erneuerbare-Energien-Branche ist eine der wichtigsten Wachstumsbranchen in Deutschland, wie Zahlen aus 2008 belegen. So deckten erneuerbare Energien in 2008 rund 9,6 % des Gesamt-Energiebedarfs der BRD. Die Branche beschäftigt derzeit ca. 278.000 Menschen. Außerdem werden 15,1 % des deutschen Stromverbrauchs, 7,3 % des Wärmeverbrauchs und 5,9 % des Kraftstoffverbrauchs aus erneuerbaren Energien gewonnen - Tendenz steigend. Im internationalen Vergleich ist der deutsche Erneuerbare-Energien-Sektor führend, Spitzenreiter bei der installierten Leistung von Windenergie- und Photovoltaikanlagen. Das Exportvolumen für Technik und Anlagen beläuft sich derzeit auf rund 10 Mrd. Euro. Da die Preise für fossile Brennstoffe stetig steigen und die Kosten für Erneuerbare-Energie-Systeme stetig sinken, ist ein anhaltendes Wachstum zu erwarten.

Bislang ist die BRD jedoch, was ihre fossilen Ressourcen betrifft, weitgehend von Importen abhängig, die aus einigen wenigen, zum Teil politisch instabilen Regionen kommen. Nachwachsende Rohstoffe hingegen, können einen Teil dieser Ressourcen durch heimische Land- und Forstwirtschaft ersetzen. Dies kann einen Teil zur sicheren und stabilen Versorgung beitragen und damit letztlich auch zur Entschärfung von Konflikten führen.

Der Anbau nachwachsender Rohstoffe birgt entgegen der öffentlichen Wahrnehmung, dass diese Anbauflächen für Lebensmittel verdrängen, auch Chancen für ein breiteres Artenspektrum in der Landwirtschaft. Standorttolerante Energiepflanzen wie Miscanthus können beispielsweise auf stillgelegten Flächen oder Flächen schlechter Bodenqualität angebaut werden und langfristig eine Verbesserung der Bodenstruktur bewirken.

Inhaltsverzeichnis:

Textprobe:

Kapitel 4, Energiepflanze Miscanthus:

Der in Europa am weitesten verbreitete Miscanthus x giganteus gehört zur Familie der Süßgräser. Er ist ein triploider Artbastard, der durch eine zufällige Kreuzung von Miscanthus sacchariflorus und Miscanthus sinesis in Mitteljapan entstand. Über den Botaniker Aksel Olsen gelangte die Pflanze vermutlich schon Ende der 1920er Jahre nach Dänemark und fand von dort aus die Verbreitung nach Europa. Wie die Pflanze genau nach Europa gelangte ist nicht belegt, da Olsen selbst nie in Japan war. Als Zierpflanze in Gärten ist Miscanthus schon seit einigen Jahrzehnten bekannt, nun etabliert sich die Pflanze zunehmens als nachwachsender Rohstoff in der Landwirtschaft.

Miscanthus x giganteus ist ein ausdauerndes C4-Gras. Es bildet dichte bis lockere Horste. Eine Gattung bildet weitläufig kriechende Rhizomstrukturen, Miscanthus sacchariflorus. Sie kann so in kurzer Zeit große Flächenareale einnehmen. Diese Eigenschaft ist von Vorteil für die Bepflanzung erosionsgefährdeter Hänge und Trockenflächen.

Anbau:

Für den Miscanthus-Anbau auf landwirtschaftlichen Flächen ist die Horst bildende Form Miscanthus x giganteus zu bevorzugen, um eine unkontrollierte Ausbreitung zu vermeiden.

Die Blätter sind wechselseitig am Halm angeordnet und zeigen die für C4-Pflanzen charakteristische aufrechte Blattstellung. So wird eine maximale Aufnahme des in den Bestand einfallenden Lichtes erreicht. C4-Pflanzen sind Pflanzen, die effektiver Kohlendioxid (CO2) binden als C3-Pflanzen und an wärmere Regionen mit höherer Lichteinstrahlung, also tropisches und subtropisches Klima angepasst sind.

Diese Pflanzen werden C4-Pflanzen genannt, weil das erste Produkt der Photosynthese ein Kohlenstoffkörper mit vier Kohlenstoff-Atomen, vier C-Atomen, ist.

Die Bindung des Kohlendioxids wird durch ein Enzym unterstützt, bei C3-Pflanzen ist es RuBisCO, bei C4-Pflanzen ist es die PEP-Carboxylase. Die PEP-Carboxylase arbeitet effektiver als das RuBisCO. C4-Pflanzen können bei hoher Lichteinstrahlung und Temperatur in kürzerer Zeit mehr Biomasse aufbauen als C3-Pflanzen und benötigen je gebildetem kg Trockenmasse weniger Wasser als C3-Pflanzen.

Der Transpirationskoeffizient vom Miscanthus beträgt 300 l/kg, C3-Pflanzen dagegen benötigen 500…650 Liter Wasser je Kilo gebildeter Trockenmasse.

Boden und Wasser:

Als unterirdisches Speicher- und Überwinterungsorgan bilden die Pflanzen ein horizontal wachsendes Rhizom, bei den meisten Arten mit kurzen starken Ästen. Nur Miscanthus sacchariflorus unterscheidet sich durch sein kriechendes und Ausläufer treibendes Rhizom von den horstbildenden Formen. Das eng mit dem Rhizomaufbau verbundene Wurzelsystem kann in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Bodens bis in eine Tiefe von 2,5 m vordringen. Dies begünstigt die Nährstofferschließung und die Wasseraufnahme in den unteren Bodenschichten. Die Bedingungen des Anbaustandortes haben einen großen Einfluss auf das Spross-Rhizom-Verhältnis: Je ungünstiger die konkreten Wuchsbedingungen sind, desto mehr wird der Aufbau des Speicherorgans gefördert.

Generell lässt sich sagen, dass Miscanthus auf einem breiten Spektrum an Bodenqualitäten angebaut werden kann, Es stellt keine hohen Ansprüche an die Bodenqualität. Die besten Erträge liefert die Pflanze jedoch in Böden mit gleichmäßiger Wasserversorgung ohne Staunässe, in den Maisanbauzonen 1 bis 3. Wie alle C4-Pflanzen ist auch Miscanthus wärmeliebend, bringt dennoch aber in Gebieten mit Durchschnittstemperaturen über 7,5°C gute Massenerträge von 15…25 t TM/ha über einen Zeitraum von 20 Jahren, sofern die Wasserversorgung gleichmäßig ist.

Ernte:

Bei der Ernte, die je nach Standort zwischen Januar und April erfolgt, ist der Trieb ausgedörrt und die Blätter in der Regel abgefallen. Da der Anteil ungebundener Mineralien im Blatt größer ist als im Halm, sollte eine Ernte, die zur Verbrennung bestimmt ist, möglichst spät erfolgen, um den Blattanteil im Erntegut zu minimieren.

Ein später Erntezeitpunkt hat den Vorteil, dass bei der Verbrennung unerwünschte Mineralien wie Chlor, Kalium und Schwefel von Niederschlägen weitestgehend ausgewaschen sind, bzw. in das Speicherorgan des Rhizoms durch den Nährstoff-Rücklagerungsprozess zurückgezogen sind.