Frank Burger und Janine Schweier
Die Ökobilanz der Kurzumtriebsplantagen - LWF Wissen 79

Auch bei den beiden hier untersuchten Erntelinien dominieren die Energie-Inputs für die Prozesse Ernte und Rodung gegenüber den übrigen Arbeiten auf der KUP. Der Gehölzmähhäcksler hat zwar einen höheren Kraftstoffbedarf als der Mähsammler, erzielt aber auch eine höhere Ernteleistung. Das Erntegut ist zudem bereits gehackt – im Gegensatz zum Mähsammler ist kein zweiter Arbeitsschritt mehr notwendig. Allerdings erfordert der Gehölzmähhäcksler den permanenten Einsatz von Schlepper-Container-Gespannen für die Abfuhr der Hackschnitzel.

Bezieht man zusätzlich den im Durchschnitt 50 km langen Transport der Hackschnitzel zum Zielort mit in die Betrachtung ein, so wird deutlich, dass dann der Transport der energieintensivste Prozess ist (Abbildung 4). In der Erntelinie 1 ist der Anteil des Transports an der gesamten eingesetzten Energie höher als bei der zweiten Erntelinie, da hier frische Hackschnitzel mit 55 % Wassergehalt transportiert werden müssen. In der Erntelinie 2 ist der Wassergehalt der Hackschnitzel durch die Lufttrocknung auf 30 % reduziert, wodurch die Anzahl der Tonnenkilometer deutlich sinkt und die Produktionslinie mit dem Mähsammler beim Gesamtenergieverbrauch besser abschneidet als die Linie mit dem Gehölzmähhäcksler.

Die Transportdistanz hat also einen erheblichen Einfluss auf den Energieverbrauch. Berechnungen mit alternativen Distanzen zeigten, dass der Energieverbrauch in Erntelinie 1 bei einer Erhöhung der Transportdistanz von 50 km auf 100 km um 49 % (von 809 auf 1.201 MJ/tatro) zunimmt. Bei einer kürzeren Transportdistanz verringert er sich entsprechend. So sinkt der Energieverbrauch in Erntelinie 2 von 704 MJ z. B. auf 541 MJ/tatro , wenn die Distanz auf 20 km verringert wird.

Die Notwendigkeit von Bewässerung und Düngung von Kurzumtriebsplantagen mit dem Ziel einer höheren Biomasseproduktion wird immer wieder diskutiert. Abbildung 5 stellt die Effekte dieser Maßnahmen auf den Input an Energie anhand einer Kurzumtriebsplantage am Hang beispielhaft dar. Durch den unterstellten Mehrzuwachs von 12 anstatt vorher 7,6 Tonnen atro je Jahr und Hektar fällt der Energie-Input je Tonne atro für die Bewirtschaftungsprozesse von der Bodenvorbereitung bis zum Endtransport im Vergleich zu dem Ergebnis in Abbildung 4 etwas geringer aus.

Unter Berücksichtigung der Bewässerung einer KUP über ein Tröpfchen-Bewässerungssystem steigt der Energieverbrauch pro Tonne atro insgesamt deutlich an (Abbildung 5). Verantwortlich ist vor allem der Stromverbrauch für die Pumpen der Bewässerungsanlage. Dieser war im untersuchten Fall mit 1,5 kWh je Kubikmeter Wasser überdurchschnittlich hoch, da die Förderhöhe des Wassers im Mittel bei 30 m lag. Zudem war die ausgebrachte Wassermenge verhältnismäßig hoch (510 m3/a*ha).

Wie das Beispiel zeigt, ist eine intensive Bewässerung auf hanglagigen Flächen aus energetischer Sicht nur dann empfehlenswert, wenn sie unter Ausnutzung der Schwerkraft »von oben« erfolgt und die verfügbare Wassermenge dafür auch ausreicht. Eine ergänzende Berechnung mit einem durchschnittlichen Stromverbrauch der Pumpen ergab immer noch einen Energie-Input von rund 400 MJ je Tonne atro alleine für die Bewässerung. Daraus würde sich bei Bewässerung der KUP ein Gesamtenergieverbrauch für die Produktion und den Transport der Hackschnitzel von rund 1.100 MJ/tatro ergeben.

Die zusätzliche Ausbringung von Dünger führt zu einem Gesamtenergiebedarf der KUP, der mit rund 1.600 MJ/tatro doppelt so hoch ist wie der Vergleichswert ohne Bewässerung und Düngung. Die Düngung hat natürlich auch Auswirkungen auf das Eutrophierungspotenzial: es steigt etwa um das sechsfache gegenüber der Variante ohne Düngung oder Bewässerung. Dies ist einerseits durch die »graue Energie«, die im Dünger steckt (Aufwand für Herstellung) und andererseits durch die zusätzliche Nitratauswaschung zu erklären.

Tabelle 2 gibt die bei der KUP-Ernte aufgewendete Energie in absoluten Werten und als Prozentsatz der erzeugten Energie an. Die in den Vorketten verbrauchte Energie ist getrennt dargestellt. Dadurch wird ein direkter Vergleich mit Energiebilanzen der Produktion von Waldhackschnitzeln (Zimmer 2009) möglich. Bei diesen wurde der Primärenergieeinsatz bei der Bereitstellung von Waldhackschnitzeln für verschiedene Mechanisierungsvarianten berechnet. Die bei den Kurzumtriebsplantagen direkt eingesetzte Energie schwankt in einem Bereich von 1,13 % bis 2,57 % der im absolut trockenen Holz enthaltenen Energie (Tabelle 2).

Dies entspricht in etwa den Energieeinsätzen der Profi-Szenarien von Zimmer (2009), die sich in einem Bereich von 1,4 % bis 2,5 % des unteren Heizwerts bewegen. Wesentlich höher fällt bei demselben Autor der Energiebedarf der Kleinwald-Szenarien aus, der in einem Rahmen zwischen 4,3 % und 6,5 % liegt. Bezieht man beide Szenarien in den Vergleich mit ein, so ist der Energie-Input bei der Produktion von Waldhackschnitzeln im Durchschnitt höher als bei der Gewinnung von Hackschnitzeln aus Kurzumtriebsplantagen.
Die kahlschlagartige Ernte der KUP sowie die exakte räumliche Ordnung erhöhen die Produktivität der eingesetzten Maschinen, was sich vorteilhaft auf die Energiebilanz auswirkt.

Geht man einen Schritt weiter und bezieht die Verbrennung in einem Heizkraftwerk mit ein, so erhält man die Gesamtenergiebilanz (Abbildung 7). Der Energie- Input, hier blau dargestellt, ist im Vergleich zu dem in Abbildung 6 gezeigten Input angestiegen. Das liegt am Energieaufwand, der für den Transport der Hackschnitzel, den Bau des Heizkraftwerks, die Entsorgung der Asche usw. aufgewendet werden muss (ecoinvent 2010). Dem gegenüber stehen die Outputs von Wärme (blau dargestellt) und Strom (gelb dargestellt).

Die Verhältnisse von Energie-Input zu -Output reichen von 1:16 bei der Erntelinie mit dem Fäller-Bündler im fünfjährigen Umtrieb (Linie 2) und 1:26 bei motormanueller Fällung und anschließendem Rücken und Hacken am zentralen Platz in der zehnjährigen Rotation (Linie 4). Es fällt auf, dass nicht nur die Energie-Inputs variieren, sondern auch die Outputs. Dies liegt daran, dass bei der ersten, dritten und fünften Erntelinie frische Hackschnitzel mit einem Wassergehalt von 60 % verwertet wurden. Bei der zweiten und vierten Linie lagen die Wassergehalte der Hackschnitzel nach einer gewissen Trocknungszeit bei 55 % bzw. 24 %, wodurch höhere Energie-Outputs resultieren.

Es lässt sich leicht erkennen, dass die Mehrausbeute an Energie bei einem Vielfachen des Inputs liegt. Aus Sicht der Energieeffizienz lohnt es sich also, die Bäume auf der Fläche oder im Polter abtrocknen zu lassen. Zu beachten sind hierbei jedoch auch Biomasseverluste, die während der Trocknung durch mikrobiologische Prozesse auftreten und je nach Trocknungsmethode stark variieren. Diese wurden in der hier dargestellten Bilanz nicht berücksichtigt.