Production and application of bioenergy in agriculture

• Research unit: ART
• Project number: 08.34.04.01
• Brief title: Bioenergie in der Landwirtschaft

Key words (English)

biofuels, planning and consulting brochures for biogas, bioenergy in organic farming, ecological advantage, textile fibers made of industrial hemp

Short description (German)

Der relative Anteil von Treibstoffen am gesamten Erdölverbrauch hat in den letzten dreissig Jahren von 42 % auf 58 % zugenommen.Somit ist dies der grösste und wichtigste ölabhängige Sektor und wird auch weiterhin noch wachsen. Da die Endlichkeit der Erdölvorräte einerseits und die möglichen Wirkungen der zunehmenden CO2-Belastung der Atmosphäre andererseits einer breiten Bevölkerung bewusst wird, gewinnen generell Bioenergie und besonders Biotreibstoffe an Aktualität und Wichtigkeit. Unterstützt wird das Interesse massgebend durch steigende Erdölpreise. Die Landwirtschaft ist sowohl als potentieller Biomasselieferant als auch als Energie- und Treibstoffkonsument an der Entwicklung von Bioenergie, speziell Biotreibstoffen stark interessiert. Insbesondere werden Biolandwirte betroffen sein, falls die Idee der Selbständigkeit und Unabhängigkeit, der geschlossenen Kreisläufe (auch Energie) und der Umweltfreundlichkeit konsequent umgesetzt wird.

Die zahlreichen Arten von Biotreibstoffen weisen z.T. sehr unterschiedliche Entwicklungsstände auf. Gelegentlich sind Aussagen über Qualität, Anwendbarkeit und Wirkung des Treibstoffs weder belegt noch nachvollziehbar. Treibstoffe der zweiten Generation, die stark im Gespräch sind, befinden sich erst in Entwicklung. Entsprechend gross ist die Unsicherheit bei Interessenten in der Landwirtschaft, inwieweit sie technisch bedenkenlos anwendbar sind und das betriebswirtschaftliche Budget optimiert werden kann.

Bei der Abklärung der Zweckmässigkeit eines Biotreibstoffes ist zu beachten, dass bei Produktion, Lagerung und Transport des Treibstoffs alle gesetzlichen (Umwelt- und Sicherheits-) Vorschriften und beim Motorbetrieb die gültigen Emissionsvorschriften ausnahmslos eingehalten werden müssen. Von entscheidender Bedeutung sind die Energie- und Stoffflüsse, da die Politik die Befreiung von der Mineralölsteuer an den Nachweis einer positiven Energie- und Ökobilanz knüpft.

Im Ausland führte der politische Wille für Bioenergie zu Einspeisevergütungen, die insbesondere Biogas hoch aktuell machten. Deshalb fand in den letzten Jahren eine intensive Entwicklung mit entsprechend umfangreichem Wissensgewinn und Dokumentation statt. In der Schweiz wurde dieser Energieträger vernachlässigt und wird neuerdings von verschiedenen Stellen wirtschaftlich, ökologisch und politisch aufgearbeitet. Dringender technischer bzw. verfahrenstechnischer Forschungsbedarf ist nicht bekannt. Spezialisierte Firmen sind in der praktischen Umsetzung weit fortgeschritten. Wirtschaftliche, ökologische und bautechnische Fragen werden in Projekten der entsprechenden Forschungsgruppen von Agroscope behandelt, jedoch fehlen koordinierte, übergreifende Beratungsunterlagen.

Trotz der untergeordneten Priorität der stofflichen Nutzung von Biomasse (NaWaRo) in der Forschungsstrategie der ART ist zu beachten, dass deren Wertschöpfung pro Fläche möglicherweise bedeutend höher sein kann, als die der Bioenergieproduktion. Die umweltverträgliche Herstellung von hochwertigen Textilien aus Fasern einheimischer Pflanzen (z.B. Hanf) ist eine interessante und grundsätzllich realisierbare Möglichkeit, obwohl derzeit eine grosstechnische Umsetzung noch nicht absehbar ist. Die Pflanzenproduktion sowie die erste Verarbeitungsstufe könnte für die Landwirtschaft eine zusätzliche Herausforderung sein.

Die Strategie der ART ist, sich im sehr breiten Bereich der Bioenergie, der aktuell von verschiedensten Akteuren bearbeitet wird, auf spezifische Nischen zu fokussieren in welcher sie eine hohe Kompetenz hat. Diesbezüglich besteht ein Bedürfnis nach wirtschaftlichen Studien, aber auch nach agrartechnischen bzw. ökologischen Untersuchungen im schweizerischen Umfeld.

Project aims (German)

1. Die Anforderungen an die Rohstoffe, die landwirtschaftlichen Aspekte der Produktionsmöglichkeiten, die Einhaltung der Treibstoffqualität, das Betriebsverhalten inkl. Emissionsverhalten der Motoren sowie ökologische und ökonomische Fragen beim Einsatz von AME*- und Bioethanol-Treibstoffen in modernen landwirtschaftlichen Motoren sind abgeklärt.
Produzenten, Verarbeiter, Anwender und Berater kennen die beschriebenen Aspekte, wissen ob und wie die Biotreibstoffe eingesetzt werden können und welche ökonomischen und ökologischen Vor- und Nachteile daraus entstehen.

2. Beurteilung der Umweltwirkung der Nutzung von Bioenergie in einem Biobetrieb anhand eines praktischen Beispiels. Es ist abgeklärt, inwiefern dieses Konzept ökologische Vorteile bringt und sich für Biobetriebe und das Biolabel eignet.
Landwirte, Anwender und Berater kennen die Vor- und Nachteile respektive die Argumente bezüglich des Einsatzes von Bioenergie im Biobetrieb und wissen, inwiefern der Einsatz von Bioenergie mit den Richtlinien des biologischen Anbaus bzw. dem Biolabel vereinbar ist.

3. Alle Aspekte umfassende Unterlagen für Wissensvermittlung und Beratung für Biogasanlagen in landwirtschaftlichen Familienbetrieben unter schweizerischen Verhältnissen sind erarbeitet. Allfälliger Forschungsbedarf ist aufgezeigt.
Landwirte und Berater kennen die wichtigsten Grundlagen und Zusammenhänge für eine Beurteilung und Entscheidung zur Errichtung einer Biogasanlage und haben die nötigen Kontaktadressen zur Verfügung.

4. Die ganze nachhaltige, semiindustrielle Verarbeitungskette des Industriehanfs vom Samen bis zur textil verarbeitbaren Faser ist als Demonstrationsprojekt etabliert.
Hanfproduzenten und Beratung, Verarbeiter und Textilindustrie kennen Anforderungen, Möglichkeiten und Verfahren von Hanffasern für textile Produktion.

*AME = Altöl-Methylester

Knowlegde improvements / Publications (German)

Kampa, A. und Wolfensberger, U., 2007. Biotreibstoffe, ART-Schriftenreihe 5

Mittelbach, M. und Remschmidt, C., 2004. Biodiesel, The Comprehensive Handbook, Boersedruck Ges.m.b.H, Wien

Thuneke, K. und Emberger, P., 2007. Abgasemissionsverhalten rapsölkraftstoffbetriebener Traktoren. In: Landtechnik 4/2007, 208-209.

2nd Internat. BtL-Congress, Wien, 2006. Synthetic Biofuels. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe.

Busch, R. et al., 2005. Wie aus „Bio“ Chemie wird. In: Nachrichten aus der Chemie 53, 130 – 134.

Schmitz, N. (Hrsg.), 2003. Bioethanol in Deutschland, Schriftenreihe „Nachwachsende Rohstoffe“ Band 21, Landwirtschaftsverlag GmbH, Münster.

VDI 3475 Blatt 4, 2007. Emissionsminderung – Biogasanlagen in der Landwirtschaft – Vergärung von Energiepflanzen und Wirtschaftsdünger, Kommission Reinhaltung der Luft (KRdL) im VDI und DIN-Normenausschuss.

Hopfner, K. et al., 2007. Landwirtschaftliche Biogasanlagen, Landtechnische Schriftenreihe 215 Österreichisches Kuratorium für Landtechnik und Landentwicklung (ÖKL), Wien.

Zah R., Böni H., Gauch M., Hischier R., Lehmann M, Wäger P., Bach C. & Stucki S., 2007. Ökobilanz von Energieprodukten - Ökologische Bewertung mit Schwerpunkt Treibstoff-Betrachtung, Zugang http://www.bfe.admin.ch/ (22.5.2007)

Kägi T., Freiermuth R., Gaillard G., Nemecek Th. (2007a) Ökobilanz von Energieprodukten: Bewertung der landwirtschaftlichen Biomasse-Produktion. LCI-Bioenergie, Teilbericht ART, Zugang: http://www.agroscope.ch/

Kägi T., Deimling S., Freiermuth R., Gaillard G., Hölscher T. & Müller-Sämann K. (2007b) Multipurpose Agriculture: does Introduction of Bioenergy Crops Contribute to Groundwater Protection, Conference Proceedings Farming Systems Design, Catania

Dinkel F. & Zschokke M. (2007) Ökobilanz: Sojamethylester Gebana Brasil, im Auftrag des seco, Bern, 33

Simon S., Demmeler M. & Heissenhuber A. (2007). Bioenergy versus organic agriculture, 9. Wissen­schaftstagung Ökologischer Landbau. Zugang: http://www.orgprints.org/view/projects/wissenschaftstagung-2007-0405.html

Muller A (2003) An organic farming perspective on the production of biomass for energy use, economics nr. 216, Sweden, 29

Fritsche U.R., (2004). Bioenergy: progress for rural areas, Entwicklung + Ländlicher Raum, 38/5, 25-28

Leupin, M. und Leupin, R.E., 2001. Ein Rotorgarn aus reinem Hanf. Neujahrsblatt aus dem Institut für Automatisierte Produktion der ETH Zürich, Dezember 2001.

Leupin, M., 2005. From the plant hemp to textiles: Influence of the harvesting time and the position along the stem on yields and fiber length and diameter distribution of Cannabis sativa. The Fiber Society Spring Conference.

Reiners F.G., 2004. Wirtschaftliche Untersuchung und Konzeption einer modernen textile Wertschöpfungskette für Hanffasern und deren Vergleich zu Baumwolle. Diplomarbeit des Institutes für automatisierte Produktion der ETH Zürich.

Internal costs of the project (German)

Zahlreiche Treibstoff- und Schmierölanalysen (30 à CHF 1000.-) 30’000

Prüfstand für Kleinmotoren (Schätzung) 50’000

Entschädigung Landwirte für Mitarbeit (inkl. AgroTech-Lizenz) 8’000

Mähdrescher für Entholzung (Hanfprojekt) 9’000