Projekt 01858/01

Auswirkungen umweltfreundlicher Anbau- und Verarbeitungsverfahren auf die Eignung von Korngut verschiedener Getreidearten als Rohstoff für die Bioethanolproduktion in umweltfreundlicher Arbeitsweise

Projektdurchführung

Universität HohenheimInstitut für Pflanzenbau und GrünlandFachgebiet: Spezieller Pflanzenbau
Fruwirthstr. 23
70599 Stuttgart

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Umweltfreundlichkeit und die Effizienz der Ethanolgewinnung aus Getreide wird in Frage gestellt. Daher sollte die Bedeutung umweltfreundlicher Rohstoffproduktionsverfahren und energiesparender Konversionsverfahren untersucht werden. Moderne Niedertemperatur-Maischverfahren erlauben darüber hinaus den Einsatz Enzyme zur Stärkeverzuckerung. Die Vermeidung von Fremdenzymzusätzen bedeutet eine Kostenersparnis. Als Zielgrößen wurden der Kornertrag (dt/ha), die Bioethanolausbeute (l/dt Rohstoff), der Bioethanolertrag (l/ha) und die Energie-output-input-Relation definiert.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Rohstoffproduktion wurden an zwei klimatisch differenzierten Standorten faktorielle Feldversuche durchgeführt. Jeder Versuch umfaßte zwei Sorten der Arten Winterweizen und -triticale in Reinbeständen und in Mischbeständen aus den bis zu vier Komponenten bei variierter Produktionsintensität (Stickstoff-, Pflanzenschutzaufwand). Mischbestände dienten der Erweiterung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Schadfaktoren (Krankheitsbefall) und damit der Reduktion des Aufwands an Pflanzenschutzmitteln. Gleichzeitig sollten die ertrags- und die verarbeitungsrelevanten Vorzüge (Enzymaktivität) verschiedener Genotypen kombiniert werden.
In Mischbeständen wurde die Zusammensetzung des Ernteguts nach Sortenanteilen erfaßt. Gärversuche dienten der Bestimmung der Bioethanolausbeuten mit und ohne Fremdenzymzusatz, die Bioethanolerträge wurden errechnet. Die gemessenen Werte der Mischbestände wurden Erwartungswerten gegenübergestellt, die aus den gemessenen Werten der Reinbestände beteiligter Mischungskomponenten errechnet wurden. Differenzen wurden als Mischungseffekte bezeichnet. Schließlich wurden, ergänzt durch Literaturangaben, Energiebilanzen auf der Basis voll-ständiger Rohstoffkonversion (mit Fremdenzymzusatz) erstellt.


Ergebnisse und Diskussion

Im Mittel wurden weder im Krankheitsbefall noch im Kornertrag eklatante Differenzen zwischen Rein- und Mischbeständen festgestellt. Dies hing auch mit einem insgesamt geringen Befallsdruck an beiden Standorten zusammen. In Interaktion mit der Produktionsintensität traten jedoch bei verschiedenen Mischungen, vorrangig durch die überproportionale Ausbreitung einzelner Mischungskomponenten, die Erwartungswerte übertreffende Kornerträge auf.
Die Verarbeitung des Kornguts aus Reinbeständen ohne Fremdenzymzusatz (= autoamylolytisch) führte zu wesentlich größeren Unterschieden in der Bioethanolausbeute als bei fremdenzymierter Verarbeitung. Bei autoamylolytischer Verarbeitung von Korngut aus Mischbeständen blieben die Unterschiede geringer, hier traten erhebliche Mischungseffekte auf. Teilweise wurde bei gemischtem Korngut dasselbe Ausbeuteniveau erzielt wie mit sortenreinem Korngut der enzymstärksten Komponente. Dies ist durch die Mitverzuckerung enzymschwächerer durch enzymstärkere Rohstoffkomponenten erklärbar. Nur in wenigen Fällen reichte allerdings die autoamylolytisch erzielte Bioethanolausbeute an das mit Fremdenzymzusatz ermittelte Niveau heran. Daher wurde die Bioethanolertäge/ha bei autoamylolytischer Rohstoffverarbeitung in stärkerem Maße durch den Kornertrag bestimmt als bei Fremdenzymierung.
Bereits ohne die energetische Bewertung von Nebenprodukten (Stroh, Schlempe) ergaben sich nach Abzug des Energieaufwands für die Rohstoffproduktion und die -konversion Energiegewinne von 14 bis 77 %. Im Widerspruch zu bestehenden Energiebilanzen führte eine hohe Rohstoffproduktionsintensität zu Minderungen im Nettoenergieertrag um bis zu 23%. Hieran ist in erster Linie der Stickstoffaufwand beteiligt. Die Ergebnisse sind darüberhinaus vorrangig durch die energiesparenden Maisch- und Destillierverfahren bestimmt. Unter Einbezug des Düngewerts von Schlempe und des Heizwerts von Stroh wurden Energie-output-input-Relationen von bis zu 5,36 ermittelt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

1. Publikationen in wiss. Zeitschriften
AUFHAMMER, W., H.J. PIEPER, H. STÜTZEL und V. SCHÄFER, 1993: Eignung von Korngut verschiedener Getreidearten zur Bioethanolproduktion in Abhängigkeit von den Aufwuchsbedingungen. Bodenkultur 44, 183-194
AUFHAMMER, W., H.J. PIEPER, E. KÜBLER und V. SCHÄFER, 1994: Eignung des Kornguts von Weizen und Triticale für die Bioethanolproduktion in Abhängigkeit vom Verarbeitungszeitpunkt nach der Reife. Bodenkultur 45, 177-187
SCHÄFER, V., 1995: Effekte von Aufwuchsbedingungen und Anbauverfahren auf die Eignung von Korngut verschiedener Getreidebestände als Rohstoff für die Bioethanolproduktion. Dissertation, Hohenheim
AUFHAMMER, W., H.J. PIEPER, J. KÄSSER, V. SCHÄFER, T. SENN und E. KÜBLER, 1996: Zur Eignung des Kornguts unterschiedlich stickstoffgedüngter Getreidebestände als Rohstoff für die Bioethanolproduktion. J. Agronomy Crop Sci. (im Druck)
SCHÄFER, V., W. AUFHAMMER, E. KÜBLER, H.J. PIEPER und T. SENN, 1996: Eignung sortengemischter Bestände von Winterweizen und Wintertriticale zur Produktion von Rohstoff für die Bioethanolgewinnung. Pflanzenbauwiss. (im Druck)
2. Tagungsbeiträge:
SCHÄFER, V. und W. AUFHAMMER, 1993: Anbau von Weizen, Triticale und Roggen als Rohstoff für die Bioethanolproduktion. 37. Tagung der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften, Gießen
SCHÄFER, V., 1994: Energiebilanzen bei der Bioethanolproduktion. 11. Baden-Württemberg-Kolloquium Energie und Umwelt - eine technische ökologische und gesellschaftliche Herausforderung, Karlsruhe
SCHÄFER, V., 1995: Anbau art- und sortengemischter Getreidebestände als Rohstoff für die Bioethanolproduktion. 3. Arbeitstagung der Arbeitsgemeinschaft Saatgut und Sortenwesen in der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften und Pflanzenzüchtung, Hannover
SCHÄFER, V. 1995: Suitability of cultivar mixtures of winter wheat and winter triticale to produce grain for bioethanolprozessing. Colloquium der Fa. CIBA, Basel
3. Demonstrationen:
Feld-Versuchsanlage anläßlich der DLG-Feldtage Oberbigelhof, Juni 1994
Feld-Versuchsanlage auf der Versuchsstation Ihinger Hof, Vegetationsperiode 1994 und auf dem Oberen Lindenhof, Vegetationsperioden 1991/92
Ca. 12 Vorträge in Seminaren der Fachgebiete Spezieller Pflanzenbau und Gärungstechnologie


Fazit

Soweit die bisherigen Ergebnisse zeigen, ist die Effizienz der Bioethanolproduktion über umweltfreundlichere und kostengünstigere Rohstoffproduktions- und Konversionsverfahren erhöhbar. Weitere Untersuchungen zur Optimierung der Verfahren, z.B. zum Ersatz von mineralischem N durch N-Rückstände von Leguminosen und/oder zum Einbezug von Schlempe als Düngemittel, sind erforderlich.Das Konzept des integrierten Pflanzenschutzes konnte zur Reduzierung der Pflanzenschutzmittelanwendung beitragen.