Anbau von Biomasse auf schwermetallbelasteten Flächen und deren energetische Verwertung

Projektlaufzeit:

09/2007 – 03/2011

Projektziele:

Der Anbau lignocellulosehaltiger Biomasse gewinnt zunehmend an Bedeutung als Ausgangsstoff für hochwertige Energieträger. In diesem Zusammenhang ist die alternative Nutzung der Aufwüchse von schwermetallbelasteten Böden eine interessante Option. Aus dieser Grundüberlegung werden folgende Ziele im Projekt angestrebt:

• Prüfung der Wirkung gestaffelter Kalkgaben auf Schwermetallgehalte von Grünlandaufwüchsen
• Prüfung der Wirkung gestaffelter Kalkgaben auf Schwermetallgehalte von Getreide
• Untersuchung zum Anbau schnellwachsender Baumarten auf kontaminierten Flächen im Hinblick auf Schwermetallaufnahme, Ertagszuwachs und Verwertung für Strom/Wärme und BtL-Kraftstoffe

Projektergebnisse:

• Regulierung des pH-Wertes durch Kalkung ist eine – wenn auch nicht ganz preiswerte Möglichkeit die Schwermetallbelastung im Aufwuchs zu senken und den Aufwuchs zu mindest als Futter zu nutzen.
• Im fünfjährigen Kalkdüngungsversuch auf Ackerland bzw. Grünland konnte nachgewiesen werden, dass durch die Kalkung und der daraus folgenden pH-Wert-Erhöhung der mobile, pflanzenverfügbare Anteil an Cadmium und Blei im Oberboden abnimmt. Bei Arsen konnte dieser Effekt nicht bestätigt werden
• Die im Jahr 2005 angelegte Kurzumtriebsplantage mit Pappeln und Weiden ist sehr gut angewachsen und zeigt auf dem optimal mit Wasser versorgten Standort ideale Ertragsleistungen. Die Ernte der 1. Rotation erfolgte nach 3-jährigem Umtrieb, die der 2. Rotation nach 2-jähriger Standzeit. Es war eine enorme Ertragssteigerung von durchschnittlich 6,3 t TM/ha*a in der 1. Rotation auf durchschnittlich 16 t TM/ha*a in der 2. Rotation zu verzeichnen.
• Die Aufwüchse wurden jährlich auf Schwermetallgehalte in Blatt- und Holzbiomasse untersucht. Weiden besaßen eine erhöhte Affinität zur Schwermetallaufnahme. Besonders für die Elemente Cadmium und Zink wurden die doppelten bis dreifachen Gehalte im Vergleich zu den Pappeln gemessen. Die Gehalte in den Blättern waren wesentlich höher als in der Holzbiomasse. Eine Sanierung schwermetallbelasteter Böden durch eine phytosanitäre Wirkung der schnellwachsenden Baumarten ist in absehbaren Zeiträumen jedoch nicht zu erwarten, aber KUP stellt Nutzungsalternative dar, u. U. auch ökonomisch sinnvoll.
• Floristische und faunistische Begleituntersuchungen zeigten eine relativ hohe Artenanzahl auf der Fläche. Im Laufe der Standzeit der Anlage hat sich die Artenanzahl der Ackerpflanzen verringert, der Anteil an schatten- und feuchteliebenden Waldarten hat zugenommen. Die Artenvielfalt einer Kurzumtriebsplantage ist zwischen der einer monotonen Ackerkultur und der eines vielschichtigen Waldbestandes einzuordnen.
• Ökonomische Betrachtungen zeigen, dass der Anbau von KUP ein zusätzliches Standbein und im Betriebskonzept eines Landwirtes eine Ergänzung zu den Marktfrüchten mit ihren stark schwankenden Preisen sein kann. Durch die zunehmende Verknappung von Waldholz ist davon auszugehen, dass der Preis weiter steigen wird.
• Alle holz- und halmgutartigen Brennstoffe, die in der Projektlaufzeit in verschiedenen Verwertungsversuchen Verwendung fanden, sind als Brennstoffe einsetzbar. Je nach Anlagengröße müssen die jeweiligen Regelwerke Beachtung finden. Die Grenzwerte der novellierten 1. BImSchV und die Grenzwerte der TA-Luft wurden zum Teil erheblich überschritten. Auf dem Gebiet der Abscheidetechnik (elektrostatische bzw. filternde Abscheider) besteht noch erheblicher Forschungsbedarf.
• Die Eluatversuche der Aschen ergaben, dass die Kesselaschen der Kurzumtriebshölzer in die Deponieklasse II (Hausmüll) einzuordnen sind. Hinsichtlich der Entsorgung der wesentlich höher belasteten Kesselreinigungsrückstände besteht noch Klärungsbedarf.
• Die Verwertung der Hackschnitzel und Pellets in einer kleinen Praxis-Vergaseranlage (10 kW_el) gestaltete sich schwierig. Das Hauptproblem war die durch zu kleine Pellets/Hackschnitzel entstehende zu dichte Brennstoffpackung im Vergaser, die die Ausbildung einer ausreichend heißen Reaktionszone verhinderte. Prinzipiell ist die Vergasung bei gröberen Brennstoffen möglich.
• Die Vergasung von Miscanthuspellets in einer zirkulierenden Wirbelschicht des Clausthaler Umwelttechnikinstitutes konnte problemlos durchgeführt werden. Das gebildete Synthesegas könnte nach weiterer Reinigung bei der Fischer-Tropsch-Synthese eingesetzt werden und zur Herstellung von BtL-Kraftstoff dienen.

Die Hackschnitzel aus der ersten Ernte der Pappel- und Weidenplantage in Krummenhennersdorf wurden durch die Firma Choren-Industries GmbH in Freiberg mit positivem Ergebnis zu Synthesegas verarbeitet.