Projekt 23559/01

Wege zur naturschutzgerechten Erzeugung von Energiepflanzen für Biogasanlagen: Verfahren, Betriebe, Rahmenbedingungen

Projektdurchführung

Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V. Institut für Sozioökonomie
Eberswalder Str. 84
15374 Müncheberg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Als Folge der wirtschaftlichen und politischen Rahmenbedingungen in Form einer geänderten Agrar- und Energiepolitik nimmt der Anteil von Energiepflanzen an der landwirtschaftlichen Nutzfläche stetig zu. Die infolge des Klimawandels induzierte Politik greift zunehmend über Förderpolitiken und finanzielle Anreize für nachwachsende Rohstoffe und Produktionsverfahren mit verbesserter CO2-Bilanz in die wirtschaftliche Dynamik ein. Daraus entstehen neue Chancen für die Landwirtschaft aber auch neue Gefahren für den Umwelt- und Naturschutz, so dass ein neuer Konflikt zwischen Klima- und Umwelt und Naturschutz entsteht. Sinnvoll und notwendig erscheint es, mögliche negative Folgen eines verstärkten Biomasseanbaus für die Umwelt im Vorfeld abzuschätzen. Das Projekt widmete sich dem Vorhaben, auf der Basis bestehender Technologien, der Beseitigung von betrieblichen Hemmnissen zur umwelt- und naturschutzgerechten Erzeugung von Energiepflanzen und zur Implementierung guter/bester Praxis beizutragen. Der Bericht fasst die Projektergebnisse aus dem akteursbegleiteten Modellierungsprozess der betrieblichen Anpassungen an den Energiepflanzenanbau für Biogasanlagen und deren Auswirkungen auf die Umwelt zusammen: Die Entwicklung und die Diffusion innovativer, naturschutzgerechter Verfahren zur Erzeugung von Energiepflanzen erfordert die Quantifizierung der ökonomischen und ökologischen Kennzahlen dieser Verfahren, um so zu einer informierten Entscheidungsfindung im landwirtschaftlichen Betrieb sowie bei der Entwicklung neuer Förderprogramme zu gelangen. Gemeinsam mit drei landwirtschaftlichen Betrieben sowie Akteuren des Naturschutzes und der Agrarforschung wurden technische und betriebliche Umsetzungskonzepte für den umwelt- und naturschutzgerechten Anbau von Energiepflanzen für verschiedene Standorte in Brandenburg erarbeitet. Es wurde dabei angenommen, dass Umsetzungen einiger der umweltfreundlichen Technologien nur dann wirtschaftlich sind, wenn ihr zusätzlicher Nutzen für den Naturhaushalt auch von der Gesellschaft honoriert wird. Die Kenntnis von der Höhe der Vergütung, die erreicht werden muss, um bestimmte naturschutzfachliche Ziele zu verwirkli-chen, bildet damit eine wesentliche Voraussetzung für die Entwicklung von politischen Instrumenten in der 2. Säule der Agrarförderung.
Forschungsziele:
- Bewertung von agrartechnischen Verfahren für den neuen Betriebszweig Energiepflanzen hinsichtlich ökologischer, ökonomischer und sozialer Nachhaltigkeit;
- Ausweisung der Kosten sowie biotischen und abiotischen Lebensraumqualitäten von neuen Produktionssystemen durch geeignete und messbare Indikatoren sowie Generierung von Primärdaten für Themen ohne ausreichende Erkenntnisse;
- Einbeziehung relevanter Akteure in einen Prozess, in dem Chancen und Risiken des steigenden Energiepflanzenanbaus verdeutlicht und Lösungswege erarbeitet werden;
- Modellierung der betrieblichen Prozesse der Biogaserzeugung sowie der Auswirkungen geänderter Rahmenbedingungen auf Betriebsebene mit dem Modellsystem MODAM;
- Bilanzierungs- und Entscheidungsunterstützungsmodelle für Empfehlungen zum naturschutzgerechten Anbau von Energiepflanzen und zur Formulierung geeigneter Förderungsinstrumente.
Hypothesen:
- Es gibt Energiepflanzen-Anbauverfahren, die sowohl die ökologischen Leistungen der Betriebe verbessern können als auch in der Praxis umsetzbar sind (d. h. ökonomisch tragfähig bzw. betriebswirtschaftlich sinnvoll). Verfahrensalternativen (Extensivierung, Fruchtartendiversifizierung, etc.) können vor allem Bedeutung für größere Landschaftsräume haben.
- Bestimmte naturschutzfachliche Ziele können nur unter Gewinnverzicht erreicht werden (Förderung erschließt Energiepflanzenanbauverfahren für sensible Gebiete/konkrete Schutzgüter).
Die Akteursbeteiligung - verstanden als Ansatz zur Umsetzungsorientierung - verbessert infolge einer breiten fachlichen und praxisorientierten Diskussion die Übertragbarkeit der betriebspezifischen Ergebnisse. Sie stärkt die Effizienz der empfohlenen Wege und Maßnahmen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Rahmen des Projektes wurden die praxisüblichen Anbauverfahren ermittelt und innovative Anbauverfahren auf der Basis der Erkenntnisse anderer, experimentell orientierter Projekte entwickelt. Das beste-hende bio-ökonomische Modell MODAM wurde mit diesen Daten sowie den betrieblichen Ressourcen der Kooperationsbetriebe untersetzt. Darüber hinaus wurde das Betriebsmodell um ein neues Modul zur Abbildung der Biogasanlage erweitert, um die gesamte Verwertungskette des Energiepflanzenanbaus im Betrieb abbilden zu können. In Kooperation mit den Praxisbetrieben wurden die Ergebnisse der ersten Modellläufe evaluiert und die Rahmenbedingungen für die Szenariorechnungen formuliert. Da das Modell auch Module zur ökologischen Bewertung der Produktionsverfahren enthält, konnten die ökonomi-schen und ökologischen Folgen und Rahmenbedingungen des Energiepflanzenbaus kalkuliert und abgebildet werden. In Kooperation mit den Praxisbetrieben werden die Modellergebnisse überprüft und Lösungswege zur Überwindung technischer, organisatorischer und finanzieller Hemmnisse eines umwelt- und naturschutzgerechten Anbaus von Energiepflanzen erarbeitet und Handlungsempfehlungen für Politik und Landwirtschaft abgeleitet.


Ergebnisse und Diskussion

Ökonomik des Pflanzenbaus
Mit Hilfe der Pflanzenbauexperten wurden potenziell interessante Verfahren auf der Basis von Mais-, Hirse-, Sonnenblumen und Getreidesilagen sowie Kombinationen dieser Kulturen mit Winterroggen-GPS als Zweikulturnutzungssysteme identifiziert. Nach der Analyse der Kosten und Leistungen dieser Verfah-ren blieben lediglich Mais und Hirse sowie Winterroggen auf den leichteren Standorten in Einzelnutzung als ökonomisch interessante Alternativen zu den aktuell praktizierten Verfahren übrig. Nur die günstigs-ten Verfahren mit Produktionskosten von < 0,18-0,20 €/m³ potenzieller Methangasausbeute erzielen durch die Verstromung in einer NawaRo-Biogasanlage eine gewinnbringende Entlohnung. Grundsätzlich stellt unter den klimatischen Bedingungen Brandenburgs auf den Böden mit einer meist geringen Feld-kapazität die Wasserversorgung der Pflanzen den limitierenden Faktor für Anbau und Erträge dar. Dies ist insbesondere bei den Zweikulturnutzungsverfahren problematisch und führt zu relativ höheren Kosten je m³ Methangas. Da die Kostendifferenz des Zweikulturnutzungsverfahrens gegenüber einem Stan-dardmaisverfahren jedoch nur gering ist, kann in witterungsbedingt günstigen Jahren die Verwendbarkeit im Einzelfall geprüft werden. Der Vergleich der effizientesten unter den neu aufgenommenen Energiepflanzen-Anbauverfahren mit dem günstigsten Stilllegungsverfahren zeigte, dass auch auf den potenziel-len Grenzertragsstandorten (Ackerzahl < 30) eine wirtschaftliche Produktion für Biogasanlagen möglich ist.
Einzelbetriebliche Analyse
Die ökonomische Analyse der einzelbetrieblichen Modellierung zeigte die Abhängigkeit der Rentabilität der Biogasanlage von den realisierten Biogasausbeuten und den verausgabten Investitionskosten. Mit einer Reihe von Simulationsläufen wurden einerseits steigende Marktpreise für Nahrungsmittel und andererseits eine verringerte Biogasausbeute als Annäherung an unterschiedliche Probleme bei der Energiepflanzenproduktion wie der Verwertung (Vergasung und Verstromung) untersucht.
Steigende Flächenopportunitätskosten - infolge gestiegener Marktpreise für Nahrungsmittel - führten zu einem verstärkten Anbau derjenigen Produktionsverfahren, die trotz höherer Kosten eine größere Flä-cheneffizienz (m³ CH4/ha) aufweisen. Die großzügige Flächenausstattung der untersuchten Betriebe (weiteres Verhältnis von ha/kW) führte insgesamt zu einer flexibleren Reaktion auf steigende Marktpreise bzw. verringerte Biogasausbeuten. Bei aktuellem Preisniveau (Weizen ca. 22 €) bestanden Rentabilitätsprobleme nur bei sehr niedrigen Biogasausbeuten die 60 % der optimalen BGA unterschreiten. Da-gegen wurde bei ausreichenden Biogasausbeuten die Anlagenrentabilität auch bei weiteren Preissteigerungen von bis zu 50 % gegenüber dem aktuellen Preisniveau gewährleistet.
In den gerechneten Szenarien zeigte sich, dass unter den festgelegten Rahmenbedingungen nur drei der neuen Energiepflanzen-Verfahren in die Lösung kamen. Für beide Standortklassen (AZKl 25 und 38) wurde ein Hirse-Verfahren (in Hauptfrucht-Stellung) ausgewählt. Zusätzlich kamen auf den leichteren Standorten ein Roggen-Ganzpflanzenverfahren und auf den besseren Standorten ein Energiemais zum Einsatz.
Naturhaushalt
Aus ökologischer Sicht sind zunächst keine allgemeingültigen Aussagen zu den ökologischen Wirkungen des Energiepflanzenanbaus möglich, da die Effekte je nach Anbaukultur und betrachtetem Einzelverfahren stark variieren können. In der Regel führt jedoch die Tatsache, dass bei Energiepflanzen häufig keine Insektizide und Fungizide eingesetzt werden, zu einer günstigeren Einschätzung der Energiepflanzenverfahren im Hinblick auf ihre Wirkungen auf die Biotik (Flora und Fauna). Die Reduktion des Faktoreneinsatzes im Rahmen des Energiepflanzenanbaus ist u. a. beim Pflanzenschutz möglich, weil insbesondere hinsichtlich der Qualität des Erntegutes niedrigere Ansprüche gelten als beim Marktfruchtanbau.
Weitere Faktoren, die eine endgültige Bewertung der Auswirkungen des Energiepflanzenanbaus auf den Naturhaushalt beeinflussen, sind die Fruchtfolge, die Flächenausstattung sowie die Risiken der Standorte. Dabei entscheidet die Fruchtfolge, ob mit dem Anbau einer bestimmten Fruchtart eine Diversifizie-rung oder aber eine ungewollte Verengung der Fruchtfolge verbunden ist. Die Flächenausstattung bestimmt, ob die Einführung eines neuen Betriebszweiges - wie der Energiepflanzenproduktion - zu gravierenden Änderungen der Flächennutzung beiträgt oder nur zu marginalen Änderungen der Anbauverhältnisse führt. Zuletzt bestimmt der Standort mit seinem individuellem Potential oder Risiko (z. B. die Erosionsgefährdung), ob ein Zusammentreffen mit den jeweiligen Zielorganismen oder Gefährdungsmöglichkeiten von Umweltgütern in dem betrachteten Gebiet stattfindet. Für die betrachteten - mit relativ viel Fläche ausgestatteten - Betriebe mit einer Biogasanlage wurde eine weitere Fruchtfolge infolge einer größeren Anzahl von Kulturarten beobachtet als bei reinen Marktfruchtbetrieben. Erst bei einer im Verhältnis zur BHKW-Leistung zu geringen Flächenausstattung kam es bei Gemischtbetrieben (Biogas-anlagen und Tierproduktion) zu hohen bis sehr hohen (> 50 %) Silomaisanteilen in der Fruchtfolge. Modellergebnisse zeigten z. B. eine einsetzende Intensivierung auf den relativ ertragsschwachen Böden, die zu einem Wechsel von Wintergetreide, vornehmlich Roggen, zu Mais oder Hirse führte, welche beide längere Zeit im Frühjahr von fehlendem Bestandesschluss in der Reihe und damit von erhöhter Erosionsgefahr gekennzeichnet sind. Der Vergleich der Flächenanteile von Betrieben mit Biogasanlage und Betrieben ohne Biogasanlage zeigte, dass infolge des Betreibens einer Biogasanlage die Fläche von Winterroggen um die Hälfte, die Stilllegungsfläche von ihrer maximalen (hier modellbedingt 20 %) auf ihre minimale Ausdehnung (8 %) reduziert wurde. Auf der frei werdenden Fläche wurde Hirse angebaut (starke Zunahme von 42 %), eines der neuen Energiepflanzen-Verfahren. Eine modellierte Fruchtfolge-restriktion in Form einer 50 %-Flächen-Begrenzung von Mais konnte als ein sinnvoller und erfolgreicher Ansatzpunkt angesehen werden, um andere Fruchtarten mit der Zielstellung höhere ökologische Leistungen in die Fruchtfolge von den Betrieben aufnehmen zu lassen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Projekt wurde auf drei selbst veranstalteten Fachgesprächen und Workshops und einer Abschlussveranstaltung einer ausgewählten Öffentlichkeit präsentiert (eingeladene Akteure und Experten). Des-weiteren wurden Ergebnisse des Projekts auf verschiedenen Veranstaltungen im Themenfeld Energie-pflanzenanbau und Naturschutz einer breiteren Öffentlichkeit vorgestellt. Zu nennen sind hier:
Expertenworkshop zur Akteursanalyse im Rahmen des SUNREG II-Projektes in Hannover, Fachvor-träge auf verschiedenen Treffen des Arbeitskreises Energetische und stoffliche Nutzung von Biomasse in Eberswalde, Expertenworkshop bei der Regierung in Oberbayern in München, Symposium Energiepflanzen in Berlin, Jahrestagung der Agrarsozialen Gesellschaft in Göttingen zum Thema: Nahrung und Energie aus der Landwirtschaft, Jahrestagung Fachverband Biogas 2008, Workshop 5, Maiswüste oder intelligente Fruchtfolge in Nürnberg und auf dem Expertenworkshop Auswirkungen des Energiepflanzenanbaus auf Natur und Landschaft im Bundesumweltministerium in Berlin.


Fazit

Der Anstieg der Flächenkonkurrenz infolge neuer Marktbedingungen (steigende Nahrungsmittelpreise) machte in den Modellierungen deutlich, dass das Problem einer zunehmenden Intensivierung nicht allein im Bereich des Bioenergieanbaus liegt. Auch weiterhin hängt das ökologische Ergebnis entscheidend von den tatsächlich realisierten Kulturen, Produktionsverfahren und Fruchtfolgen ab, doch lassen die Ergebnisse deutlich größere biotische Potentiale beim Energiepflanzenanbau (Biogas) als beim traditionellen Anbau erkennen. Dabei müssen die neuen Energiepflanzen-Produktionsverfahren hinsichtlich ihrer ökologischen Auswirkungen noch weiter untersucht und bewertet werden. Die bloße Implementierung des Betriebszweigs Biogas führt auf reinen Marktfruchtbetrieben zur Erweiterung des Anbauspektrums und kann unter bestimmten Rahmenbedingungen ökologische Vorteile bringen. Sobald weitergehende Aspekte (Naturschutz) beachtet werden sollen, wäre eine Förderung besonders geeigneter oder zumin-dest Begrenzungen einzelner Kulturen notwendig. Ein sinnvoller Ansatzpunkt hierfür liegt in der Steue-rung der Flächenausstattung der Betriebe im Verhältnis zur installierten BHKW-Leistung (oder zukünftig der produzierten Biogasmenge). In den Szenarien zeigte sich eine Überlegenheit sowohl ökonomischer (v.a. Stabilität) als auch ökologischer (v.a. Diversität) Kriterien bei einer nutzbaren Fläche > 0,5 ha/kW. Dieser Zusammenhang war auf vorherigen Gemischtbetrieben (Markt- und Veredelungsproduktion) mit ausreichender Flächenausstattung noch einmal besser, so dass hier der Güllebonus im EEG zu einer günstigen Entwicklung beitragen kann. Aus ökonomischer Sicht scheinen die jetzigen Förderbedingun-gen für die untersuchten Betriebe ausreichend zu sein, um eine Biogasanlage zu betreiben.