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03.05.2010

Energie aus Pappeln und Co.

Erneuerbare Energien kommen nicht aus dem Nichts. Ein nachhaltiger Brennholzanbau zum Beispiel erfordert Plantageflächen. Immer wieder kritisieren Gegner, dass der pflanzlichen Nahrungsmittelproduktion sprichwörtlich der Boden entzogen wird. Wie man dieses sogenannte „Teller-Tank“-Dilemma umgehen kann, untersucht unter anderem die Forstwissenschaftlerin Janine Fischbach und ihre Kollegen von der Universität Freiburg.

Zu sehen sind grüne Bäumchen auf einem Feld.
Eine fünf Monate alte Kurzumtriebsplantage. (© Janine Fischbach)

Pappeln oder Weiden wachsen sehr schnell - das wissen auch große Industriekonzerne wie RWE. Um die Biomasse als nachhaltige und brennbare Energiequelle zu nutzen, kaufen sie in Deutschland immer mehr Anbauflächen für so genannte Kurzumtriebsplantagen (KUP) auf. Der Naturschutz sieht das eher ungern, denn die selben Anbauflächen könnten Gemüse oder Getreide hervorbringen. Die Diskussion um das „Teller-Tank“-Dilemma ist bisweilen emotional, reflektiert aber ein gesellschaftliches Problem: In welchen Anteilen verteilt man die vorhandene landwirtschaftlich nutzbare Fläche auf die Interessenten?

Eine Lösung ist, die Konkurrenzsituation zu entschärfen. Zum Beispiel, indem man energetisch nutzbares Holz auf Böden anbaut, die so karg sind, dass sich auf ihnen Nahrungsmittelanbau nicht rentiert. „Das ist einer der Gründe, warum wir in einem großen Projekt biologische, ökologische und wirtschaftliche Aspekte solcher Marginalstandorte für Kurzumtriebsplantagen untersuchen“, sagt Janine Fischbach, wissenschaftliche Mitarbeiterin und Doktorandin am Institut für Forstbenutzung und Forstliche Arbeitswissenschaft der Universität Freiburg.

Welcher Klon kann es am besten?

Das Projekt mit dem Titel „Nachhaltige PROduktion von BIOmasse mit Kurzumtriebsplantagen der PAppel auf Mariginalstandorten (ProBioPa)“ ist Teil des Programms Bioenergie 2021 des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und ist auf fünf Jahre angelegt. Beteiligt sind neben dem Institut für Forstbenutzung und Forstliche Arbeitswissenschaft Forscher vom Freiburger Institut für Forstbotanik und Baumphysiologie, vom Karlsruhe Institute of Technology (KIT), von der Forstlichen Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg (FVA) und die Netafin GmbH als Industriepartner. Ziele sind, die Wasser- und Nährstoffausnutzung schnellwachsender Pappellinien zu verbessern; das bedeutet die forstwirtschaftliche Optimierung für eine ressourcenschonende Biomasseproduktion sowie eine Nachhaltigkeitsanalyse, bei der alle Treibhausgase und flüchtigen organischen Verbindungen erfasst und quantifiziert werden.

Zum einen stellen sich rein biologische Probleme: Wie lassen sich die Produktion von brennbarer Biomasse maximieren und der Ausstoss von schädlichen Emissionen möglichst gering halten? Kann die Biotechnologie dazu beitragen, dass die Physiologie der verwendeten Pflanzen an die wasser- und nährstoffarmen Anbauflächen optimal angepasst ist?

Die Biologen im Projekt untersuchen in diesem Zusammenhang verschiedene Pappelklone. Auf Freilandversuchsflächen pflanzen sie Setzlinge zehn verschiedener Klone und beobachten verschiedene Rahmenbedingungen: Wie reagieren die Pflanzen auf künstliche Bewässerung? Wie auf zusätzlichen Dünger? Wie ist der Zuwachs ganz ohne Unterstützung? Am Ende hoffen sie, den am besten angepassten Pappelklon für Marginalstandorte und eine optimale Anbaumethode zu finden.

Im Labor werden hingegen genetisch veränderte Pflanzen getestet. Die Forscher untersuchen etwa, welche Pappelmutante besonders effizient Wasser und Nährstoffe aufnehmen kann, welche daraus die größte Menge an Biomasse erzeugt, welche Eigenschaften von Wurzeln hierfür benötigt werden und welche Gene dafür verantwortlich sind.

Was kommt „rein“ und was geht „raus“?

Zu sehen ist eine landwirtschaftliche Erntemaschine in einem winterlichen Feld, die Hackgut direkt in einen Container befördert.
Ernte in einer Kurzumtriebsplantage: Es handelt sich um ein sogenanntes einstufiges Verfahren, bei dem das Hackgut direkt in den Container befördert wird. (© Janine Fischbach)

„Durch Fachliteratur und Fachtagungen versuche ich zunächst, verschiedene typische Prozessketten beim Anbau von KUP zu identifizieren“, sagt Fischbach. Die Prozessketten unterscheiden sich etwa durch die Wahl der Bepflanzungsart (händisch oder maschinell), durch die Wahl eines bestimmten Erntesystems (Hacker oder Häcksler) und Maschinentyps, durch die Wachstumszeit der Pflanzen, durch die Verarbeitung des Hackguts zu unterschiedlichen Endprodukten wie Hackschnitzeln oder den weiter veredelten Pellets und durch den Bestimmungsort des Endprodukts (etwa die Art des Ofens).

„Als nächstes untersuche ich jeden einzelnen der Schritte auf die 'Inputs' und die 'Outputs' hin. Konkret bedeutet das zum Beispiel, stundenlang mit einer Stoppuhr in einem Feld zu sitzen und die verschiedenen Arbeitsschritte eines bestimmten Erntemaschinentyps zu erheben“. Wie lange braucht die Maschine für das Anfahren? Für das Baumgreifen? Für das Fällen? Wie lange braucht ein Häcksler, um eine Reihe zu ernten? Muss die Maschine auf den Container warten, um das Hackgut abzuliefern? Lässt sich einer der Schritte optimieren? In diesem Zusammenhang sollen in dem Projekt auch Kosten-Nutzenbilanzen typischer Prozessketten aufgestellt werden.

Energiequelle für die Zukunft?

Erneuerbare Energien sollen in Zukunft die fossilen Brennstoffe ersetzen, das wünscht sich auch die Bundesregierung. Dazu bedarf es aber effizienter und innovativer Verfahren, um die Energie aus den nachhaltigen Energieträgern zu gewinnen. Von dem ProBioPa-Projekt werden nicht nur Industrieriesen profitieren. „Viele kleine Landwirte bepflanzen ihre weniger nährstoffreichen Böden in den letzten Jahren mit Kurzumtriebsplantagen“, sagt Fischbach. Gerade für sie ist es wichtig, zu wissen, welches Verfahren für welche Art von Fläche optimal ist.

Ein Landwirt sollte sich auch schon im Vorfeld Gedanken machen, was aus seinem Holz am Ende werden soll. Ist das Hackgut zum Beispiel eher für eine kleine Heizanlage bestimmt, die kein allzu feuchtes Holz verträgt und sind die Lager- und Trocknungsmöglichkeiten begrenzt, sollte eher ein so genanntes zweistufiges Ernteverfahren angewendet werden, bei dem die abgeschnittenen Ruten vier bis sechs Wochen am Feldrand lufttrocknen können. Fischbachs Arbeit könnte die Vor- und Nachteile der verschiedenen Bereitstellungsketten deutlich machen. Und so die ökologische und wirtschaftliche Bilanz der Energiegewinnung aus einer zukunftsweisenden Quelle verbessern.
Ein Beitrag von:
Logo BioRegion Freiburg
mn - 03.05.2010
© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH

Weitere Informationen zum Beitrag:
Diplom-Forstwirtin Janine Fischbach
Institut für Forstbenutzung und Forstliche Arbeitswissenschaft
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Werthmannstraße 6
D-79085 Freiburg

Tel. +49 761-203 3754
Fax +49 761-203 3763
E-Mail: janine.fischbach(at)fobawi.uni-freiburg.de

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