Umwelteffekte durch Vergärung landwirtschaftlicher Reststoffe

Die Vergärung landwirtschaftlicher Reststoffe, wie beispielsweise Stroh oder Rübenblätter, verhindert zum einen, dass diese Rohstoffe ungenutzt am Feld verrotten und bietet zugleich die Möglichkeit, mit Biogas einen erneuerbaren Energieträger zu produzieren und durch Rückführung des entstehenden Gärprodukts auf das Feld, im Sinne einer Kreislaufwirtschaft, die Nährstoffe als auch den verbleibenden und sehr stabilen Kohlenstoff wieder dem Boden zuzuführen.

Mit der aufkommenden „Teller-Trog-Tank“-Diskussion kam relativ rasch das Thema der Vergärung alternativer Substrate auf, die in keiner Konkurrenz zur Nahrungs- und Futtermittelerzeugung stehen. Neben Wirtschaftsdüngern und organischen Abfällen bestehen speziell im Bereich pflanzlicher agrarischer Reststoffe vielfältige Einsatzmöglichkeiten innerhalb der Biogastechnologie. Bei der Produktion von Agrargütern fallen in der Regel Koppelprodukte an, beispielsweise Stroh aus der Getreide-, Mais- oder Ölsaatenproduktion, Presskuchen von Ölpflanzen aber auch Rübenblätter und -schnitzel aus der Zuckerrübenproduktion. Einer Abschätzung der JKU Linz zufolge, standen österreichweit alleine im Jahr 2015 theoretische Mengen von rund 1 Mio. t an Getreidestroh, 655.000 t Maisstroh, 58.000 t Rapsstroh und 454.000 t Rübenblätter zur Verfügung. Mehr als die Hälfte des Getreidestrohs (rund 583.000 t) fällt dabei in Niederösterreich an, gefolgt von Oberösterreich mit rund 266.000 t. Rund 30 % des theoretisch verfügbaren Maisstrohs fallen in der Steiermark an, rund 26 % in Niederösterreich sowie rund 24 % in Oberösterreich. In Niederösterreich sind zudem rund 63 % des theoretisch verfügbaren Rapsstrohs lokalisiert, gefolgt von Oberösterreich mit rund 22 %.

Die Studie der JKU Linz geht von einem jährlichen theoretischen Potential im Jahr 2030 von 348 Mio. Nm3 Biomethan aus der Verwertung pflanzlicher landwirtschaftlicher Reststoffe aus. In der Studie wird dabei berücksichtigt, dass nicht das gesamte anfallende Stroh von den Feldern abgefahren werden kann (aufgrund von Ernteverlusten). Diese verbleibenden Mengen an Stroh dienen, gemeinsam mit der Rückführung der Biogasgülle, dem notwendigen Erhalt der Bodenfruchtbarkeit. Auch andere, bereits bestehende Nutzungsmöglichkeiten für Stroh, wie z.B. in der Tierhaltung als Einstreu, aber auch zusätzliche zukünftige Konkurrenznutzungen wurden mitberücksichtigt. Für Getreidestroh und Rübenblätter wurde angenommen, dass 40 % der gesamten Reststoffernte für die Verwertung in Biogasanlagen zur Verfügung stehen, während für Mais- und Rapsstroh angenommen wurde, dass 100 % der geernteten Menge zur Erzeugung von Biogas zur Verfügung stehen wird.

Der Vorteil der Verwendung landwirtschaftlicher Reststoffe besteht darin, dass diese als Koppelprodukte oder Reststoffströme anfallen und dadurch keine zusätzlichen landwirtschaftlichen Flächen benötigt werden. Außerdem stehen sie in keiner Konkurrenz zu einer anderen Nutzung. Verbleiben die Reststoffe ungenutzt am Feld, entstehen durch den natürlichen Rotteprozess mit der Zeit CO2-Emissionen, die in die Atmosphäre entweichen. Führt man sie jedoch einer Verwertung in Biogasanlagen zu, kann mit der Erzeugung von Biogas ein erneuerbarer Energieträger produziert werden, wodurch der Einsatz fossiler Energien reduziert wird. Betrachtet man die Treibhausgasbilanz der Strohvergärung (siehe Abbildung 1), zeigt sich, dass trotz der sehr kurzen Entwicklungsphase im Bereich der Nutzung von Stroh für die Biogasproduktion, diese bereits heute eine Treibhausgaseinsparung von ungefähr 85 % gegenüber fossilen Energieträgern erreicht.

Zusätzlich führt die Nutzung von Reststoffen zu einer besseren Bodenhygiene, da durch die Ernte potentiellen Schädlingen die Nahrungsquelle entzogen wird und andererseits viele Krankheitserreger als auch Unkrautsamen in der Vergärung abgetötet werden. Darüber hinaus wird durch den Erntevorgang eine schnellere Schließung der Fruchtfolge möglich. Nicht einzeln lagerfähige bzw. nur sehr bedingt lagerfähige Substrate wie Maisstroh oder Zwischenfrüchte können durch gemeinsame Lagerung außerdem zu Synergieeffekten führen.

Der Verbleib von Stroh bzw. die Rückführung von dessen Umsatzprodukten stellt jedoch auch einen wichtigen Beitrag zur Deckung des Bedarfs an organischer Substanz und Nährstoffen von Ackerböden dar. Im Zuge des beginnenden Einsatzes von Stroh und Zwischenfrüchten für die Biogaserzeugung kam dadurch die Diskussion zu deren Auswirkungen auf den Humusgehalt der Böden etc. auf. Während die Nährstoffrückführung (N, P, K, etc.) durch Aufbringung des bei der Biogasproduktion entstehenden Gärprodukts mit verbesserter Düngerwirkung einhergeht, da die Nährstoffe direkt in den Boden gelangen, wird speziell die Wirkung des Gärprodukts auf die Humusersatzleistung kontrovers diskutiert. Basierend auf Studienergebnissen (Projekt BIOSURF) zu möglichen Erträgen, Kohlenstoffgehalten und maximal erntebaren Strohmengen wurden in weiterer Folge die klassischen Kohlenstoffwege bei der Vergärung nachgerechnet und in nachfolgender Abbildung dargestellt. Daraus ergibt sich, dass auch im Gärprodukt nach wie vor entsprechende Mengen an Kohlenstoff verbleiben.

Die Humuswirkung setzt sich letztlich aus dem am Feld verbleibenden Kohlenstoff und den durch das Gärprodukt zurückgeführten Kohlenstoff zusammen. Wesentlich dabei ist die unterschiedliche Humuswirkung. Die nächste Abbildung zeigt diese unterschiedliche Anrechnung der Humuswirkung des Kohlenstoffs im Gärprodukt im Speziellen auf. Demnach ergibt sich je nach Anrechnung des Kohlenstoffs im Gärprodukt eine leicht positive bis leicht negative Humuswirkung.

Vergleichend dazu kann auch die Vergärung von Zwischenfrüchten betrachtet werden. Allerdings kann hier davon ausgegangen werden, dass jedweder Zwischenfruchtanbau auch bei Nutzung der oberirdischen Masse einen positiven Effekt auf die Humusbilanz haben müsste. Vielfach kritisch hinterfragt wurde, ob eine Aberntung der Zwischenfrucht einen negativen Einfluss auf die Humusbilanz haben könnte. Nachfolgende Abbildung zeigt den relativen Ertrag an oberirdischem Kohlenstoff, dem verbleibenden Kohlenstoff nach einer Rottephase und der alternativen Möglichkeit der Aberntung, Vergärung und Rückführung des Kohlenstoffs im Gärprodukt. Letzteres wurde dabei kalkulatorisch ermittelt. Demnach kommt die Vergärungsvariante in Summe fast auf den gleichen oberirdischen Kohlenstoffanfall (~ - 15 %) gegenüber dem Verbleib der oberirdischen Masse am Feld (nicht berücksichtigt die Wurzelmasse).

Veröffentlicht am 26.07.2022