Einfluss der Biodiversität auf die Ausprägung und spektrale Kalibration bioenergetischer Parameter der Glatthaferwiesenvegetation
Final Report Abstract
Im vorliegenden Forschungsprojekt wurden in den Jahren 2008 und 2009 in den verschiedenen Arrhenaterethea-Grünlandgemeinschaften des Jena-Experiments jeweils Ende Mai und Ende Juni wesentliche qualitätsbestimmende Parameter für eine energetische Konversion gemessen und umfangreiche spektrale Signaturen mit unterschiedlichen spektrometrischen Methoden entlang der Prozessketten der Biomassegewinnung vom stehenden Pflanzenbestand über daraus gewonnene Silagen bis zu getrocknetem und gemahlenem Pflanzenmaterial erhoben. Eine zunehmende Artenzahl (AZ) zeigte verschiedene Effekte auf die Bioenergie-Parameter, z.B. nahm der substratspezifische Methanertrag (CH4 sub), sowie N- (und CP-), Mg- und S-Gehalt ab. Allerdings wobei nicht alle Effekte vollständig entkoppelt waren von den Funktionelle-Gruppen-Effekten. Der wichtigste AZ-Effekte war jedoch die Zunahme des Bruttoenergieertrages (BE), der sich aus dem Biomasseertrag und dem Ho, bzw. aus dem CH4 sub oder dem CH4 batch errechnet. Die Ergebnisse zur thermischen Verwertung zeigen, dass der jährliche BE durch Verbrennung doppelt so hoch sein wird wie der durch Vergärung (bei AZ = 16, 60), was die Verbrennung zu der bevorzugte Konversionsmethode macht. Allerdings war die Brennstoffqualität der verschiedenen Biomassen bezüglich der empfohlenen Richtwerte für Cl, S und N suboptimal und es muss mit emissions- und korrosionsbedingten Probleme gerechnet werden. Die spektrometrische Untersuchungen und Kalibrationsarbeiten ergaben für die bioenergetisch relevanten Parameter Stickstoff, NDF und Asche erwartungsgemäß umso bessere Schätzgüten, je höher der Standardisierungsgrad der Messmethode bzw. der Aufbereitungsgrad des Substrates war. Kalibrationen an Silagen und am lebendem Bestand erreichten nur geringe Kalibrationsgüten, insbesondere für Aschegehalte (R²<0.7). Hohe Bestimmtheitsmaße von R²>0.9 wurden nur mittels Laborspektroskopie an Heuproben erreicht. Mittels Varianzanalysen konnten keine signifikanten Einflüsse von Artenzahl und funktionellen Gruppen auf die Kalibrationsgüteparameter nachgewiesen werden. Die im Projekt geprüften bioenergetischen Substrateigenschaften extensiver Grünlandbestände unterschiedlicher Diversitätsstufen sind für Anlagenbauer und -betreiber beider Verwertungslinien (Verbrennung und anaerobe Fermentation) von hoher Relevanz hinsichtlich des Baus und der Dimensionierung von Anlagen sowie für deren Betrieb. Für seinen Vortrag über sein Dissertationsthema anlässlich der Jahrestagung der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften Deutschlands erhielt Herr Jan Khalsa am 26.9.2012 den Ernst-Klapp-Zukunftspreis für den besten Vortrag.
Publications
- (2011): Einfluss des NIRS-Verfahrens auf die Kalibrationsgüte von Stickstoff-, NDF- und Aschegehalten in Heu. In: Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften. Bd.23, 89-90
Reddersen B., Fricke T., Wachendorf M.
- (2012) Extensive Grünlandbiomasse zur Energiegewinnung: Einfluss von funktionellen Gruppen und Artenzahl auf verbrennungs- und vergärungsrelevante Parameter. Mitteilung der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften. Bd.24, 40-43
Khalsa J.
- (2012): Effects of functional groups and species richness on biomass constituents relevant for combustion: results from a grassland diversity experiment. Grass and Forage Science, 67, 569-588
Khalsa J., Fricke T., Weisser W. W., Weigelt A., Wachendorf M.
(See online at https://doi.org/10.1111/j.1365-2494.2012.00884.x) - (2012): Effects of species richness and functional groups on chemical constituents relevant for methane yields from anaerobic digestion: results from a grassland diversity experiment. Grass and Forage Science
Khalsa J., Fricke T., Weigelt A., Wachendorf M.
(See online at https://doi.org/10.1111/gfs.12028) - (2012): Einfluss der Biodiversität auf die Methanausbeuten extensiver Grünlandgesellschaften und deren Kalibration über Nahinfrarotspektroskopie In: Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften. Bd.24, 116-117
Reddersen B., Fricke T., Wachendorf M.
- (2012): Influence of NIRS-method on the calibration of N-, ash- and NDF-content of grassland hay and silage. In: Grassland – a European Resource? Eds. Piotr Golinski, Marianna Warda and Piotr Stypinski. Grassland Science in Europe Vol 17, 385-387
Reddersen B., Fricke T., Wachendorf M.
