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Düngung mit Gärresten aus der Fermentation nachwachsender Rohstoffe in Biogasanlagen

Wissenschaftlicher Aufsatz 2016 19 Seiten

Landschaftsnutzung und Naturschutz

Leseprobe

Gliederung

1 Einfuhrung

2 Biogasgarreste als effizientes Dungemittel

3 Auswirkungen der Dungung mit Biogasgarresten aus nachwachsenden Rohstoffen auf die Schutzguter
3.1 Auswirkungen auf das Wasser
3.1.1 Negative Auswirkungen und Risiken unangepasster Dungung in Bezug auf Oberflachengewasser
3.1.2 Negative Auswirkungen und Risiken unangepasster Dungung in Bezug auf das Grundwasser
3.2 Auswirkungen auf den Boden
3.2.1 Negative Auswirkungen und Risiken unangepasster Dungung in Bezug auf den Boden am Beispiel der Nitratbelastung
3.2.2 Positive Auswirkungen der Biogasgarrestdungung auf den Humusgehalt und die Aggregatstabilitat des Bodens
3.3 Auswirkungen auf Luft und Klima: Negative Auswirkungen unangepasster Dungung mit Biogasgarresten am Beispiel der Ammoniak-Emissionen
3.4 Auswirkungen auf Tier- und Pflanzenarten und deren Lebensraume sowie auf die biologische Vielfalt
3.4.1 Negative Auswirkungen unangepasster Dungung auf die biologische Vielfalt
3.4.2 Positive Auswirkungen der Biogasgarrestdungung auf die Bodenfauna
3.5 Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit

4 Maftnahmen zur Minimierung negativer Auswirkungen bzw. zur Forderung positiver Auswirkungen der Dungung mit Biogasgarresten

5 Instrumente zur Sicherstellung bzw. Forderung einer umweltvertraglichen Dungung mit Biogasgarsubstrat
5.1 Gesetzliche Vorgaben auf nationaler Ebene
5.1.1 Dungegesetz (DungG)
5.1.2 Dungeverordnung (DuV)
5.1.3 Dungemittelverordnung (DuMV)
5.1.4 Bioabfallverordnung (BioAbfV)
5.2 Forderinstrumente
5.2.1 Direktzahlungen an Landwirte und Cross Compliance (CC)
5.2.2 Agrarumweltprogramme am Beispiel Kulturlandschaftsprogramm (KULAP) Bayern

6 Fazit

Literaturverzeichnis

Verweise auf Gesetze, Verordnungen und Richtlinien

Einfuhrung

Nachwachsende Rohstoffe wurden in Deutschland laut Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) (2015) im Jahr 2014 auf insgesamt ca. 2,49 Millionen Hektar Land angebaut. Die Anbauflache lag damit hoher als in den vorangegangenen Jahren. 2005 betrug die Anbauflache fur nachwachsende Rohstoffe noch ca. 1,4 Millionen Hektar, also etwa 1 Millionen Hektar weniger als 2014. Auf ca. 1,39 Millionen Hektar der Anbauflache fur nachwachsende Rohstoffe von 2014 (also etwa 56 %) wurden im selben Jahr speziell Energiepflanzen fur die Biogasproduktion angebaut. (FNR 2015, 11)

Der Anbau nachwachsender Rohstoffe hat also innerhalb des letzten Jahrzehnts sehr stark zugenommen und der Anbau von Energiepflanzen fur die Erzeugung von Biogas spielt in diesem Zusammenhang eine entscheidende Rolle. Bei der Biogasproduktion auf der Grundlage nachwachsender Rohstoffe fallen nach dem Fermentationsprozess in der Biogasanlage in groRem Umfang Garreste an. Diese konnen bei geeigneter Zusammensetzung des verwendeten pflanzlichen Ausgangsmaterials als effektives und gleichzeitig effizientes Dungemittel genutzt werden und es ist auch davon auszugehen, dass die Garreste bislang fast ausschlieRlich zur Dungung verwendet werden. Zwar werden inzwischen auch andere Verwertungsmoglichkeiten entwickelt, wie zum Beispiel Verfahren zur stofflichen Nutzung von Garresten aus der Fermentation lignocellulosehaltiger (also uberwiegend geholzartiger) Pflanzen in der Holzwerkstoffindustrie (nova-Institut GmbH 2014, 1), doch werden solche alternativen Verfahren zur Nutzung der Garreste bisher sicherlich nur in vergleichsweise sehr geringem Umfang genutzt. (Im Fall der stofflichen Nutzung in der Holzwerkindustrie hangt dies wahrscheinlich auch damit zusammen, dass fur die Biogasproduktion aus nachwachsenden Rohstoffen vorzugsweise halmgutartiges und nicht geholzartiges Material verwendet wird.)

Es ist davon auszugehen, dass durch den erheblichen Anstieg der Biogasproduktion in Deutschland neben der Anbauflache fur Energiepflanzen fur die biochemische Verwertung gleichzeitig auch die Flache, auf der Biogasgarreste zur Dungung ausgebracht werden, stark zugenommen hat. Dadurch hat in Deutschland auch die Frage an Bedeutung gewonnen, wie sich die Dungung mit Biogasgarresten auf Natur und Umwelt auswirkt und wie diese Form der Dungung auf eine moglichst umweltvertragliche Art erfolgen kann.

In der vorliegenden Arbeit wird im Folgenden zunachst allgemein auf Biogasgarreste und deren Bedeutung als Dungemittel eingegangen (Kapitel 2). AnschlieRend befasst sich die Arbeit mit den Umweltauswirkungen der Dungung mit Garresten aus der Fermentation von nachwachsenden Rohstoffen (Kapitel 3). Konkrete MaRnahmen zur Minimierung negativer Umweltauswirkungen beziehungsweise zur Forderung positiver Umweltauswirkungen der Garrestdungung sind in einer Tabelle zusammengefasst und nach eigener Einschatzung hinsichtlich ihrer positiven Wirksamkeit nach eigener Einschatzung bewertet (Kapitel 4). Danach werden Instrumente erlautert, die eine moglichst umweltvertragliche Dungung mit Garsubstrat sicherstellen sollen beziehungsweise fordern konnen (Kapitel 5). AbschlieRend wird aus den Ergebnissen der Arbeit ein Fazit gezogen (Kapitel 6).

Es sollte berucksichtigt werden, dass die vorliegende Arbeit speziell solche Biogasgarreste untersucht, die aus der Fermentation ausschlieRlich nachwachsender Rohstoffe im Sinne von Pflanzen, also insbesondere von halmgutartigen Energiepflanzen wie Silomais, entstehen, die als solche das Ausgangsmaterial der Biogasproduktion bilden. Auf Garreste aus der Fermentation von anderem Ausgangsmaterial, wie zum Beispiel Rindergulle, wird in der Arbeit nicht explizit eingegangen. Auch wird nicht auf die Dungung mit Garresten eingegangen, die Klarschlamm als Ausgangsmaterial beinhalten, da der Koalitionsvertrag der Bundesregierung die Beendigung der Klarschlammausbringung zu Dungezwecken vorsieht (Bundesregierung 2013, 120). Jedoch werden in der Arbeit zahlreiche Themen angesprochen, die nicht nur speziell Biogasgarreste aus nachwachsenden Rohstoffen, sondern Dungemittel insgesamt betreffen. An einzelnen Stellen wird auch auf Umweltauswirkungen eingegangen, die durch die Garrestdungung im Gegensatz zu anderen Dungungsformen explizit nicht hervorgerufen werden. Es sollte ferner bedacht werden, dass sich die Arbeit speziell mit dem Dungungsprozess im Sinne der Ausbringung des Dungemittels auf landwirtschaftlichen Nutzflachen beschaftigt. Auf Umweltauswirkungen und MaRnahmen, die mit dem landwirtschaftlichen Betriebsablauf auRerhalb des Dungungsprozesses zusammenhangen, wird nur am Rande eingegangen.

2 Biogasgarreste als effizientes Dungemittel

Bei Garresten aus der Biogasproduktion, also der biochemischen anaeroben Vergarung von nachwachsenden Rohstoffen in Biogasanlagen, ist analog zu den beiden Fermentationsverfahren - Flussigfermentation und Trockenfermentation - auch zwischen flussigem und festem Garsubstrat zu unterscheiden.

Meist handelt es sich bei den zur Dungung auf landwirtschaftlichen Nutzflachen genutzten Biogasgarresten aus nachwachsenden Rohstoffen um Wirtschaftsdunger. „Garreste aus Biogasanlagen werden zu den Wirtschaftsdungern gezahlt, wenn sie aus der Vergarung von in landwirtschaftlichen, forstwirtschaftlichen oder gartenbaulichen Betrieben angefallenen pflanzlichen Materialien (...) entstammen". (LfL und LfU 2009, 7)

Die hohe Bedeutung des Garsubstrats als Dungemittel liegt zum einen darin begrundet, dass sich dieses - bei geeignetem Ausgangsmaterial - durch einen hohen Nahrstoffgehalt und eine hohe Dungerwirksamkeit auszeichnet. Denn die im Ausgangsmaterial der Biogasproduktion enthaltenen Nahrstoffe bleiben nach dem Abbauprozess in den Garresten weitestgehend erhalten und sind groRtenteils dungerwirksam (Keymer 2012, 7-8). Das im Garrest enthaltene Phosphor und Kalium ist sogar vollstandig dungerwirksam und ersetzt in vollem Umfang Mineraldunger (Keymer 2012, 7-8). Hinsichtlich des im Garsubstrat enthaltenen Stickstoffs handelt es sich zu einem groRen Teil um Ammonium-Stickstoff. Diese Stickstoff-Verbindung ist ein rasch pflanzenverfugbarer Nahrstoff (Lichti et al. 2012, 17). Ein Anteil von etwa 70 bis 80 % des Ammonium-Stickstoffs im Garsubstrat ist im Anwendungsjahr dungerwirksam (Keymer 2012, 7). Da Biogasgarreste „aus den verschiedensten Ausgangssubstanzen" stammen konnen, „die wahrend des Garprozesses in Abhangigkeit von der Verweildauer, der Temperatur und dem Mischungsverhaltnis unterschiedlichen Abbauraten unterliegen", ist es grundsatzlich nicht sinnvoll von pauschalen Durchschnittswerten fur Nahrstoff- oder TS-Gehalte von Garresten auszugehen (LfL und LfU 2009, 7). Jedoch haben Garreste tendenziell „einen hoheren Anteil pflanzenverfugbaren Stickstoffs als Wirtschaftsdunger tierischer Herkunft" wie zum Beispiel Rindergulle (LfL und LfU 2009, 7).

Bei Biogasgarresten als Wirtschaftsdunger liegt die hohe Bedeutung des Dungemittels neben dessen Effektivitat zum anderen darin begrundet, dass die Garreste als Nebenprodukt der Biogasproduktion fur einen landwirtschaftlichen Betrieb mit ackerbaulicher beziehungsweise Grunland-Nutzung einen im Laufe der Biogasproduktion kontinuierlich entstehenden, kostenlosen Dunger bilden, der als solcher bei entsprechender Verfugbarkeit landwirtschaftlicher Nutzflachen daruber hinaus auch nicht entsorgt werden muss. Darin ahnelt Garsubstrat anderen Wirtschaftsdungern wie zum Beispiel Rindergulle, welche im Ubrigen auch haufig fur die Biogasproduktion genutzt wird.

3 Auswirkungen der Dungung mit Biogasgarresten aus nachwachsenden Rohstoffen auf die Schutzguter

Im Folgenden werden die moglichen Umweltauswirkungen der Dungung mit Biogasgarresten aus nachwachsenden Rohstoffen auf die Schutzguter Wasser (Kapitel 3.1), Boden (Kapitel 3.2), Luft und Klima (Kapitel 3.3), Flora und Fauna und deren Biotope sowie die biologische Vielfalt (Kapitel 3.4) behandelt. Zudem wird in Kapitel 3.5 kurz darauf eingegangen, inwieweit die Garreste nach aktuellem Kenntnisstand eine Gefahr fur die menschliche Gesundheit darstellen konnen.

Die Auswahl der Schutzguter ist in Anlehnung an das Gesetz uber die Umweltvertraglichkeits- prufung (UVPG) erfolgt (vgl. § 2 Abs. 1 S. 2 UVPG). Die Schutzguter Landschaft (Landschaftsbild und Landschaftserleben) sowie Kultur und sonstige Sachguter werden in dieser Arbeit jedoch nicht berucksichtigt. Zwar konnen Bau und Betrieb von Biogasanlagen sowie der Anbau von Energiepflanzen zur Verwertung in Biogasanlagen durchaus gewichtige Auswirkungen auf diese Schutzguter haben. Im Hinblick auf direkte Auswirkungen speziell von Biogasgarresten im Rahmen des Dungungsprozesses werden im Vergleich zu anderen Dungemitteln aber keine wesentlichen Unterschiede hinsichtlich dieser Schutzguter angenommen. Auch die Wechselwirkungen zwischen den Schutzgutern werden in diesem Kapitel nicht explizit abgehandelt.

In den folgenden Unter-Kapiteln werden sowohl solche Umweltauswirkungen behandelt, die nicht nur die Dungung mit Biogasgarresten, sondern Dungung auf landwirtschaftlichen Nutzflachen insgesamt betreffen als auch solche, die sich speziell auf Garrestdungung beziehen.

3.1 Auswirkungen auf das Wasser

3.1.1 Negative Auswirkungen und Risiken unangepasster Dungung in Bezug auf Oberflachengewasser

UnsachgemaRe, also zumeist zeitlich und mengenmaRig nicht an den Nahrstoffbedarf der Pflanzen angepasste Dungung auf landwirtschaftlichen Nutzflachen kann in Verbindung mit Oberflachenabfluss, Bodenerosion oder Grundwasserabfluss zur Belastung beziehungsweise Eutrophierung oberirdischer Gewasser durch zu hohe Stickstoff- und Phosphoreintrage fuhren. UbermaRige Nahrstoffgehalte in bis dahin intakten Oberflachengewassern konnen auf Grund extremer Steigerung der Primarproduktion, insbesondere extremer Algenbluten, wiederum folgenschwere Beeintrachtigungen von Flora und Fauna der Gewasser zur Folge haben: „Sauerstoffmangel und die Verdrangung ursprunglicher Pflanzen und Tiere, die an die neuen Lebensbedingungen weniger gut angepasst sind, fuhren zu einem Verlust der Artenvielfalt in den Gewassern." (UBA 2015, Internet-Artikel).

3.1.2 Negative Auswirkungen und Risiken unangepasster Dungung in Bezug auf das Grundwasser

Durch unangepasste Dungung auf landwirtschaftlichen Nutzflachen kann es auRerdem in Folge ubermaRiger Stickstoffeintrage und Nitratauswaschung zur Nitratbelastung des Grundwassers und dadurch unter Umstanden auch zu Gesundheitsrisiken kommen: „lm Grundwasser - und in der Folge dann im Trinkwasser - kann Nitrat unter bestimmten Bedingungen in das gesundheitlich bedenkliche Nitrit umgewandelt werden." (UBA 2009, 2) Haufig ist in Deutschland die unangepasste Dungung speziell mit Wirtschaftsdungern fur die Nitratbelastung des Grundwassers ursachlich (UBA 2015, Internet-Artikel), womit weitestgehend auch Biogasgarreste eingeschlossen sind. Dass die Nitratbelastung im Grundwasser in Deutschland ein erhebliches Problem ist, zeigt sich darin, dass in Bayern „der gemaR Grundwasserverordnung geltende Schwellenwert in Hohe von 50 mg/l fur Nitrat (...) im Jahr 2014 in 3,4 % des zu Trinkwasserzwecken entnommenen Grundwassers uberschritten" wurde. AuRerdem waren in Bayern 2014 „knapp 16 % der gewonnenen Rohwassermenge mit Nitratgehalten zwischen 25 und 50 mg/l als 'belastet' bis 'stark belastet' einzustufen". (LfU 2015, 5)

3.2 Auswirkungen auf den Boden

3.2.1 Negative Auswirkungen und Risiken unangepasster Dungung in Bezug auf den Boden am Beispiel der Nitratbelastung

Zusatzlich zum gesundheitlichen Risiko der Nitratbelastung des Grundwassers als Folge unangepasster Dungung, kann das bei der Nitrifikation entstehende Nitrat, das nicht von den Pflanzen aufgenommen und in das Grundwasser ausgewaschen wird, zu einer Beschleunigung der Bodenversauerung und damit verbunden gleichzeitig zu „Veranderungen der Bodenstruktur und der Lebensbedingungen fur Bodenmikroorganismen" fuhren. (UBA 2015, Internet-Artikel) „ln der Folge kann dies Einfluss auf die Bodenfruchtbarkeit und auf die Ertrage und die Qualitat der pflanzlichen Produkte haben." (UBA 2015, Internet-Artikel)

3.2.2 Positive Auswirkungen der Biogasgarrestdungung auf den Humusgehalt und die Aggregatstabilitat des Bodens

Untersuchungsergebnisse aus verschiedenen Feldversuchen der Bayerischen Landesanstalt fur Landwirtschaft (LfL) deuten nach Beck und Brandhuber (2012) darauf hin, dass die Verwendung von Dunger aus organischem Material eine Zunahme des Humusgehalts und der Aggregatstabilitat bewirkt. AuRerdem liefern die Untersuchungen der Feldversuche in Bayern den Hinweis, dass sich bei der Ausbringung separierter Biogasgarreste die Dungung mit festen Garresten (separierte Festphase) wesentlich positiver auf den Humusgehalt und die Aggregatstabilitat des Bodens auswirkt als die Dungung mit flussigen Garresten (separierte Flussigphase). (Beck und Brandhuber 2012, 49)

3.3 Auswirkungen auf Luft und Klima: Negative Auswirkungen unangepasster Dungung mit Biogasgarresten am Beispiel der Ammoniak-Emissionen

Sowohl bei der Lagerung, als auch bei der Ausbringung von Wirtschaftsdungern „wird Ammonium zu Ammoniak umgewandelt und kann in die Atmosphare entweichen." (UBA 2015, Internet-Artikel) Ammoniak NH3 beziehungsweise Ammonium NH4 sind Luftschadstoffe, die zu erheblichen Belastungen von terrestrischen und aquatischen Okosystemen fuhren konnen: „Versauerung und Nahrstoffanreicherung in Boden und Gewassern sind Folgen, die kaum oder nur sehr langfristig wieder ausgeglichen werden konnen." (LfU 2013, 1) Bei der Ausbringung von Wirtschaftsdungern „konnen sehr hohe Emissionen auftreten, wenn viel Ammonium im Dungemittel enthalten ist" und die Wirtschaftsdunger nicht zugig eingearbeitet werden. (LfU 2013, 2) Ammoniak-Emissionen lassen sich bei der Dungung mit Biogasgarresten zwar kaum vermeiden, sie sind „aber in der Hohe beeinflussbar". (Keymer 2012, 8) „Je nach Witterung und Ausbringtechnik sind gasformige Ammoniakverluste von weniger als 10 % bis weit uber die Halfte des NH4-N moglich." (Keymer 2012, 8) In der Tabelle in Kapitel 4 sind MaRnahmen enthalten, die nach Keymer (2012) zur Reduktion der Ammoniakausgasung bei der Garrestdungung dienen.

Auf Grund des in Kapitel 2 erwahnten hohen Gehalts an Ammonium-Stickstoff in Biogasgarresten, ist bei der Garrestdungung grundsatzlich auch von erhohten Ammoniak- Emissionen auszugehen, wenn keine entsprechenden MaRnahmen zur Reduktion vorgenommen werden.

Neben der Emission von Ammoniak kommt es bei der Dungung landwirtschaftlicher Nutzflachen mit Wirtschaftsdunger insbesondere zu Emissionen von Lachgas N2O, bei dem es sich um ein „hochwirksames Treibhausgas" (UBA 2015, Internet-Artikel) handelt.

Essentiell ist auch im Hinblick auf den Schutz von Luft und Klima der geeignete Zeitpunkt der Dungung verbunden mit einer an den Nahrstoffbedarf der Pflanzen angepassten Menge des Dungemittels.

3.4 Auswirkungen auf Tier- und Pflanzenarten und deren Lebensraume sowie auf die biologische Vielfalt

3.4.1 Negative Auswirkungen unangepasster Dungung auf die biologische Vielfalt

Wie in Kapitel 3.1.1 erwahnt, konnen durch unangepasste Dungung verursachte ubermaRige Nahrstoffeintrage in bis dahin intakte Oberflachengewasser erhebliche negative Auswirkungen auf Flora und Fauna beziehungsweise auf die biologische Vielfalt in Oberflachengewassern haben.

Doch auch in terrestrischen Okosystemen kann eine unangepasste Nahrstoffzufuhr, insbesondere ubermaRige Stickstoff-Eintrage, starke Beeintrachtigungen der Pflanzen und Tiere und deren Diversitat bewirken, was auch wirtschaftlich nachteilige Folgewirkungen auf die Kulturen betreffender Nutzflachen mit sich bringen kann:

[...]

Details

Seiten
19
Jahr
2016
ISBN (eBook)
9783668665316
ISBN (Buch)
9783668665323
Dateigröße
504 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v417148
Institution / Hochschule
Technische Universität München
Note
1,3
Schlagworte
Nachwachsende Rohstoffe Landwirtschaft Landnutzung Landschaftsnutzung Naturschutz Umweltschutz Biogas Gärreste Gärsubstrat Düngung Dünger Nachhaltigkeit nachhaltig nawaro energiepflanzen

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Titel: Düngung mit Gärresten aus der Fermentation nachwachsender Rohstoffe in Biogasanlagen