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Nutzung von Zuckerrüben für die Biogaserzeugung

  • Autor/in: Starke, P.
  • Jahr: 2014
  • Zeitschrift: Dissertation
  • Verlag: Cuvillier Verlag Göttingen
  • Stichworte: Zuckerrübe, Futterrübe, Sorte, Ertrag, Biogas, Qualität, Trockenmasse, Zuckerertrag,

Abstract

Die steigende Anzahl an Biogasanlagen führt zu einem verstärkten Bedarf an nachwachsenden Rohstoffen. Da Zuckerrüben hohe Rübenerträge bilden, werden sie zunehmend als Biogassubstrat genutzt. Zusätzlich stehen Futterrüben für die Energieerzeugung in der Diskussion, da ihr Ertrag den von Zuckerrüben übersteigt. Bisher ist jedoch nicht klar, welchen Einfluss verschiedene Zuckerrübensorten und qualitäten auf die Biogasbildung haben. Neben der Rübe kann auch das Rübenblatt als Substrat genutzt werden, sodass die ganze Pflanze zur Biogasbildung beiträgt. Um eine ganzjährige Substratversorgung zu erreichen, können Zuckerrüben als Winterrüben mit Ernten im Frühjahr/Sommer angebaut werden. Ein wesentliches Ziel des Projektes bestand darin, den Einfluss unterschiedlicher Zuckerrübensorten und -qualitäten auf den spezifischen Biogasertrag sowie auf den Biogasertrag pro Hektar zu quantifizieren. Daher sollten Parameter ermittelt werden, um Zuckerrüben als Biogassubstrat zu bewerten. Da über die Nutzung des Blattes bisher keine genauen Kenntnisse vorliegen, war es ein weiteres Ziel, den Biogasertrag des Blattes zu ermitteln. Werden Zuckerrüben als Winterrüben angebaut, ist zu klären, ob Sortenunterschiede vorliegen und wie sich die Qualität auf die Vergärung auswirkt. Als Datenbasis dienten Ergebnisse aus Feldversuchen aus den Jahren 2009 und 2010 in Regensburg sowie 2008 bis 2011 in Göttingen. Durch verschiedene Zuckerrübensorten, die Extreme im Rübenertrag und im Zuckergehalt darstellen, eine Futterrübe, N-Düngungsstufen (0-300 kg N ha-1) sowie Erntetermine (August, Oktober, November) wurde ein breites Spektrum an Qualitäten erzeugt. Im August wurden 4 Zuckerrübensorten als Winterrüben ausgesät und im November, April und Juni geerntet. Die Rohnährstoffzusammensetzung des Materials wurde mit der Weender Futtermittelanalyse bestimmt. Gärversuche fanden im diskontinuierlichen Batchverfahren über 21 Tage bei 35 °C statt. Für die Analysen wurde ausschließlich frisches unsiliertes Substrat verwendet, um mögliche Effekte von Lagerung und Silierung auf den spezifischen Biogasertrag zu vermeiden. Zuckerrüben erzielten aufgrund höherer Trockenmassegehalte mit über 20 t ha-1 signifikant höhere Trockenmasseerträge als Futterrüben. Die höchsten Rübentrockenmasseerträge wurden bei moderater N-Düngung erzielt. Der Blatttrockenmasseertrag stieg mit zunehmender N-Düngung an, sodass durch zusätzliche Nutzung des Blattes Gesamttrockenmasseerträge von bis zu 35 t ha-1 erreicht wurden. Bei Winterrüben lagen die Gesamttrockenmasseerträge im Mittel bei 12 t ha-1, wobei von der Rübe 4 t ha 1 und vom Schosser 8 t ha-1 gebildet wurden. Die Zusammensetzung der Rübentrockenmasse war sehr konstant und unabhängig von Sorte, N-Düngung und Erntetermin. Sie bestand zu ca. 90 % aus N-freien Extraktstoffen, die leicht fermentierbar sind. Der Gehalt an Rohasche, -faser, -fett und protein war dagegen gering. Der Rohaschegehalt betrug lediglich 2 %, unabhängig von Sorte und N-Düngung, sodass die organische Trockenmasse einen Anteil von 98 % der Trockenmasse erreichte. Futterrüben zeichneten sich durch eine ähnliche Trockenmassezusammensetzung aus, wiesen aber mit 16 % einen geringeren Trockenmassegehalt als Zuckerrüben (23 %) auf. Deutliche Unterschiede zeigten sich in der Trockenmassezusammensetzung von Rübenblatt und Schossern, die durch geringere NfE-Gehalte als Rüben gekennzeichnet waren. Zudem gab es bei Schossern erhöhte Rohfaser- (27 %) und Rohaschegehalte (16 %). Rübenblatt war ebenfalls durch erhöhte Rohaschegehalte gekennzeichnet (21 %). Zuckerrüben waren durch eine schnelle Biogasbildung gekennzeichnet. Nach 4 Tagen waren bereits 90 % des gesamtes spezifischen Biogasertrages (750 Nl kg-1 oTS) erreicht. Sortenunterschiede im spezifischen Biogasertrag bezogen auf organische Trockenmasse traten nicht auf. Bei den Substraten Mais und Schosser verlief die Biogasbildung aufgrund höherer Rohfasergehalte langsamer, sodass 90 % Biogasbildung erst nach 13 Tagen erreicht wurden. Um auf aufwändige Gärversuche verzichten zu können, wurde der spezifische Biogasertrag von Zuckerrüben anhand der Rohnährstoffgehalte mit Formeln von Baserga (1998) und Weißbach (2009) berechnet. Es zeigte sich, dass die in Gärversuchen gemessenen spezifischen Biogaserträge bei der Berechnung unterschätzt wurden. Zwischen dem Zuckergehalt (ZG) und dem spezifischen Biogasertrag (Nl kg-1 FM) von Zucker- und Futterrüben wurde eine lineare Beziehung ermittelt: spezifischer Biogasertrag (Nl kg-1 FM) = 8,88 x ZG (%) + 10,38 Somit kann eine Bewertung von Rüben für die Biogasgewinnung anhand des Zuckergehaltes erfolgen. Zuckerrüben erreichten einen Biogasertrag von bis zu 20.000 Nm³ pro Hektar. Es zeigte sich ein hoch signifikanter Zusammenhang zum Zuckerertrag (ZE): Biogas (Nm³ ha-1) = 886 x ZE (t ha-1) + 889 Durch Hinzunahme des Blattes wurde ein zusätzlicher Biogasertrag von bis zu 5.000 Nm³ ha 1 erreicht. Bei Zuckerrübenblatt und Schossern wurde eine lineare Beziehung zwischen organischem Trockenmasseertrag und Biogasertrag festgestellt. Eine Bewertung verschiedener Zuckerrübenqualitäten kann somit anhand des Zuckergehaltes erfolgen, da der spezifische Biogasertrag (Nl kg-1 FM) eng mit dem Zuckergehalt korreliert. Die Zusammensetzung der Trockenmasse von Zuckerrübensorten und qualitäten unterscheidet sich nicht, sondern lediglich der Gehalt an Trockenmasse. Aufgrund des engen Zusammenhanges zwischen Biogasertrag und Zuckerertrag erreichen Sorten mit dem höchsten Zuckerertrag auch den höchsten Biogasertrag. Die Züchtungsziele Zuckergehalt und -ertrag können somit auch für die Nutzung von Zuckerrüben als Biogassubstrat beibehalten werden. Durch den Anbau von Winterrüben kann die Substratversorgung von Biogasanlagen erweitert werden.
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