Sida: Intelligent Densified Energy Carriers for Austria (Akronym: SIDecA)

Sida hermaphrodita (L.) Rusby ist eine in Österreich relativ neue, sehr vielversprechende Energiepflanze, deren Potential bisher wenig erforscht ist.

Bestandesbegründung durch Saat

Philipp von Gehren, Markus Gansberger, Josef Mayr
Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit GmbH (AGES), Institut für Saat- und Pflanzgut, Pflanzenschutzdienst und Bienen, Spargelfeldstraße 191, A-1220 Wien
www.ages.at
 

Ein gleichmäßiger und geschlossener Bestand ist in der Pflanzenproduktion eine Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche und ertragsstarke Ernte. Zurzeit erfolgt die Bestandesbegründung von S. hermaphrodita im Regelfall durch eine kosten- und arbeitsintensive Auspflanzung von im Gewächshaus vorgezogenen Jungpflanzen. In seltenen Fällen wird auch über einen Anbau mit Hilfe von Wurzelstecklingen berichtet.

Eine Bestandesbegründung durch Aussaat könnte den Kosten-, Personal- und Materialaufwand erheblich senken, und so die Wettbewerbsfähigkeit von S. hermaphrodita gegenüber etablierten Energiepflanzen steigern. Voraussetzung dafür ist die Bereitstellung eines aufgereinigten, hochgradig keimfähigen und mit einer herkömmlichen Sätechnologie anwendbaren Saatgutes.

Das Institut für Saat- und Pflanzgut, Pflanzenschutzdienst und Bienen der AGES GmbH befasste sich im Projekt SIDecA mit der Realisierung dieser ausgeschriebenen Projektziele. In mehrstufigen Laborversuchen wurde zunächst das Keimverhalten der Samen von S. hermaphrodita genauestens untersucht. Dabei konnte bei frisch geerntetem Saatgut eine ausgeprägte Keimruhe festgestellt werden, was einen gleichmäßigen und raschen Feldaufgang verhindert. Durch das Testen verschiedenster Vorbehandlungsmaßnahmen wurde eine ausgeprägte Hartschaligkeit der Samen als Hauptursache der geringen Keimfähigkeit erkannt. Eine darauf abgestimmte Vorbehandlung der Samen erreichte eine vielfache Erhöhung der Keimfähigkeit.

Aufbauend auf den in den Laborversuchen gewonnenen Erkenntnissen zum Keimverhalten wurde 2016 ein randomisierter Aussaatversuch im Split-Plot Design angelegt. Dieser konnte die im Labor erzielten Ergebnisse replizieren, sodass für eine Bestandesbegründung durch Aussaat eine Vorbehandlung des Saatguts sehr zu empfehlen ist. Durch den Praxisversuch konnten auch wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich der anzuwendenden Sätechnologie und des optimalen Aussaatzeitpunktes gewonnen werden. Am Ende des Aussaatversuches stand abhängig von den angewandten Versuchsparametern ein zufriedenstellender Bestand mit hochgewachsenen, teilweise bereits blühenden Pflanzen. Inwiefern sich die Ertragszahlen in den kommenden Anbaujahren verhalten, bleibt abzuwarten.

Optimierung der Rohstoffproduktion

Harald Bock, Johannes Hösch
Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit GmbH (AGES), Institut für Nachhaltige Pflanzenproduktion, Spargelfeldstraße 191, A-1220 Wien
www.ages.at, www.gaertnerei-am-berg.at

S. hermaphrodita als mehrjährige Pflanze liefert bei guter Bestandesführung über 10-15 Anbaujahre hinweg durchgängig verwertbare Erträge an grüner oder verholzter Biomasse. Dabei haben verschiedene Parameter wie Bestandesdichte, Auspflanzzeitpunkt, Erntetermin, Düngung und Pflanzenschutz einen beträchtlichen Einfluss auf den zu erntenden Ertrag.

Die Bereitstellung eines kompetitiven, auf die Nutzungsart abgestimmten Rohstoffes für die nachgelagerte energetische Verwertung war die Kernaufgabe des Arbeitspaketes 2, welches von dem Institut für Nachhaltige Pflanzenproduktion der AGES GmbH in Zusammenarbeit mit dem Department für Nutzpflanzenwissenschaften, BOKU und dem Gartenbau Michael Höller durchgeführt wurde. Durch einen eigens angelegten teilrandomisierten Freilandversuch im Split-Plot Design wurde der Einfluss der Bestandesdichte sowie der an das jeweilige Nutzungsszenario angepassten Erntestrategien auf den zu erwirtschaftenden Ertrag erhoben. Das Versuchsfeld befindet sich bei der AGES GmbH Versuchsstation Grabenegg (NÖ) im semi-humiden Klimaraum. Im Jahr 2014 wurden drei je 150 m2 große Flächen mit drei unterschiedlichen Pflanzverbänden (1,33, 1,77 und 2,66 Pflanzen/m2) etabliert. Zudem werden etablierte Bestände am Standort Großweikersdorf (NÖ) beprobt, um den Einfluss des Alters und des Standortes zu prüfen.

Durch den dichten Wuchs von S. hermaphrodita konnte vollständig auf chemische Pflanzenschutzmaßnahmen verzichtet werden, lediglich im Jahr der Bestandesetablierung empfiehlt es sich den frisch ausgepflanzten Jungpflanzen durch händische Unkrautbekämpfung einen Vorteil zu verschaffen. Um den Nährstoffentzug auszugleichen, wurde jeweils im Frühjahr mit 70 kg/ha Stickstoff gedüngt. Je nach energetischer Verwertung wurde die Erntestrategie angepasst. Verholzte Biomasse mit niedrigem Wassergehalt für die thermische Verwertung wurde Ende Januar/Anfang Februar geerntet. Grüne, frische Biomasse für die Biogas und Bioethanol Produktion wurde zweimal im Jahr geschnitten: zunächst im Juni, und ein weiteres Mal im Oktober.

Das oberste Ziel des Arbeitspaketes war den maximalen Energieertrag durch eine optimierte Rohstoffproduktion zu erreichen. Dabei erweist sich eine Ernte im Anbaujahr als ökonomisch wenig sinnvoll, da nur geringe Hektarerträge geerntet werden können. Zu diesem Zeitpunkt sind vor allem die Pflanzenschutzmaßnahmen gewissenhaft durchzuführen, um einen robusten Bestand für die darauf folgenden 10-15 Anbaujahre zu schaffen. Die einmal etablierten Bestände erzielten in den Ertragsjahren stabile Erträge zwischen acht und zehn Tonnen Trockenmasse je Hektar. Dabei blieb die Pflanzdichte von 1,33 Pflanzen/m2 deutlich hinter den beiden anderen Pflanzdichten zurück. Ob die Erträge symptomatisch für den vorliegenden Klimaraum sind, und wie sie sich in den nachfolgenden Anbaujahren verhalten, bleibt abzuwarten.

Brennstoffcharakterisierung und Pelletierung

Wilfried Pichler, Valerie Minihold
Holzforschung Austria (HFA) , Franz Grill-Straße 7, A-1030 Wien
www.holzforschung.at

Im Arbeitspaket 3 wird das Potential der Virginiamalve - Sida hermaphrodita (L.) Rusby hinsichtlich mechanischer Aufbereitung und thermischer Verwertung untersucht und bewertet. Rohstoffe von 3 unterschiedlichen Standorten werden chemisch charakterisiert, teilweise pelletiert und auf ihre Verbrennungseigenschaften geprüft.

Um eine praxistaugliche Prozessabfolge für diese neue Energiepflanze zu generieren, wurden die verschiedenen Verfahrensschritte im Pelletiervorgang variabel gestaltet, wie zum Beispiel unterschiedliche Trocknungsregime, Zerkleinerungstechniken, unterschiedliche Presstechnologien (Ringmatrizenpresse und Flachmatrizenpresse), …. Referenzversuche mit anderen Rohstoffen (z.B. Weide, Miscanthus) dienen einer qualitativen Einordnung im Vergleich zu bereits erforschten Alternativ-Brennstoffen.

Die Ergebnisse der Versuche im Biomassetechnikum der Holzforschung Austria zeigen, dass die Pelletierung von Sida bei ähnlichen Bedingungen wie bei Nadelholz möglich ist, wobei der Prozessverlauf einer stärkeren Variabilität unterliegt. Eine geringe Trocknung des Ausgangsmaterials ist meistens erforderlich, kann aber bei günstigen Erntebedingungen auch vollständig entfallen. Die Kollermühle hat sich als günstige Zerkleinerungstechnologie erwiesen, da hier zugleich eine Vorverdichtung des Materials stattfindet. Bei der Pelletierung wurde festgestellt, dass auf der Flachmatrizenanlage mit einer Matrizengröße unter 30 mm der beste Prozessablauf erreicht werden kann. Die fertigen Pellets haben bei richtiger Verarbeitung eine sehr gute mechanische Festigkeit, und einen Aschegehalt von rund 3%, das Ascheschmelzverhalten sowie der Gehalt an Stickstoff und Chlor liegen in einem günstigen Bereich, die Abhängigkeit des Stickstoffgehaltes von der Dünge-Intensität ist noch nicht untersucht.

Eine finale Bewertung von Sida als Brennstoff erfolgt im letzten Projektjahr unter Einbeziehung aller Analysenergebnisse. Die bisherigen Daten lassen Sida als durchaus vielversprechenden Rohstoff für die Brennstoffproduktion erscheinen. Das volle Potential der Energiepflanze Sida befindet sich bislang noch im Entwicklungsstadium, und kann bis dato noch nicht im vollen Maße bestimmt werden.

Potential zur Nutzung als Brennstoff

Elisabeth Wopienka, Sabine Feldmeier, Manuel Schwabl
BIOENERGY2020+ GmbH, Gewerbepark Haag 3, A-3250 Wieselburg
http://www.bioenergy2020.eu , www.gilles.at

Die Brennstoffzusammensetzung von Pellets, die nicht aus rindenfreiem Nadelholz produziert wurden, kann für viele Feuerungsanlagen ein Problem darstellen. Die zentralen Herausforderungen bestehen daher im Umgang mit der Bildung von Schlacke und Ablagerungen, erhöhter Korrosionsgefahr sowie höheren Emissionswerten – welche sowohl brennstoffbedingt (SO2, NOx, HCl), aber auch als Folge einer nicht optimierten Verbrennungsregelung der Anlage auftreten können (CO).

Im Rahmen des Projektes SIDecA wurde das Potential von Sida als Brennstoff behandelt. Konkret wurde die Einsetzbarkeit von Sida-Pellets in Kleinfeuerungsanlagen untersucht und dadurch erste praktische Betriebserfahrungen gewonnen. Dabei zeigte sich der Rohstoff Sida als anlagenfreundlich, da trotz des relativ hohen Aschegehalts des Brennstoffes keine nennenswerte Verschlackungsneigung feststellbar war. Die Ergebnisse dieser Versuche dienen als Grundlage für die Bewertung der allgemeinen Einsetzbarkeit als Brennstoff für Kleinfeuerungsanlagen. Aus den Versuchsergebnissen lassen sich grundsätzliche technologische Anforderungen – vor allem im Bereich Asche-Management und Emissionen ableiten. Referenzversuche mit anderen Rohstoffen (z.B. Weide, Miscanthus) dienen einer ersten qualitativen Einordnung von Sida im Vergleich zu bereits erforschten Alternativ-Brennstoffen.

Die gemessenen NOx-Emissionen beim Betrieb mit Sida würden den aktuellen gesetzlichen Anforderungen genügen. Die Staubemissionen sind vergleichbar mit den Staubemissionen beim Betrieb mit Pellets aus Kurzumtrieb (Weide). Die bisherigen Daten lassen Sida als durchaus vielversprechenden Rohstoff für die Brennstoffproduktion erscheinen.

Biogas und Biomethan

Lucy Montgomery, Ludek Kamarad, Lorenz Miller, Günther Bochmann
Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Umweltbiotechnologie, Konrad-Lorenz-Straße 20, A-3430 Tulln an der Donau
http://www.boku.ac.at , http://www.ing-aigner.at

Biogas wird derzeit in Österreich hauptsächlich durch die Vergärung von Maissilage und Gülle produziert. Auch andere Energiepflanzen wie z.B. Gras oder Roggen werden eingesetzt. Die frische Biomasse der Sida-Pflanze kann, wie Mais, auch siliert und zu Biogas vergärt werden. Die ökologischen Vorteile einer blühenden, mehrjährigen Pflanze, wie Sida, machen sie zu einem guten Ersatz-Biogassubstrat anstelle von Mais.

Das Institut für Umweltbiotechnologie (BOKU) hat untersucht, wie viel Methan aus dem Sida-Erntegut gewonnen werden kann, dass zweimal im Jahr (einmal im Juni, und ein weiteres Mal im Oktober) geerntet wurde. Dazu wurden Biomethanpotential-Tests mit einer Laufzeit von 35 Tagen durchgeführt.

Die Ergebnisse zeigen, dass die im Juni geerntete Sida-Biomasse gleich viel Methan produziert wie Maissilage. Aus der Biomasse der Oktoberernte wird 12% weniger Methan produziert. Im Durchschnitt beträgt das Biomethanpotential 312 Nl/kg oTS. Schwierigkeiten sind beim Rührverhalten im Biogasreaktor festgestellt worden. Lange, starke Fasern konnten nicht zersetzt werden und störten den Rührvorgang.

Derzeit laufen noch Versuche, die das Bioethanolpotential der Sida-Pflanze und den Einfluss der Bestandesdichte auf den Methanertrag messen.