Wissenschaftliches Arbeiten

Industrie

Projekt „alternative Dauerkultur“:

Koordinieren der wissenschaftlichen Begleitforschung (HochschuleOffenburg, Fraunhofer IKTS, Deutsches Biomasse Forschungszentrum, Haus Düsse, Dienstleistungszentrum Ländlicher Raum, Hochschule Neubrandenburg), Verantworten von Labor und Feldversuchen, Durchführen von Feldbegehungen und Ertragserfassungen im Projekt, Erstellung von Zwischen- und Endberichten.

Projekt „hydrothermale Carbonisierung von Holzaschen“:

Konzipieren und Mitentwickeln einrer Technikumsanlage, Auswahl und Montage geeigneter (Gas) Messtechnik, Versuchsdurchführung und Auswertung der gewonnenen Meßergebnisse. Technische und ökonomische Bewertung des Ergebnisses  sowie Extrapolieren auf Integration in verschiedene Kraftwerke

Mitarbeiten im EU Programm INTERREG IVb NWE BioenNW via IZES und
     STEAG New Energies GmbH

Hier insbesondere Machbarkeitsstudie Integration einer Pyrolyseanlage in vorhandene Biogasanlage. Erstellen einer Übersicht über verschiedene verfügbare Techniken und deren Marktreife. Enge Zusammenarbeit mit beteiligten wissenschaftlichen Institutionen. Teilnahme an einer Europäischen Projektsitzung. Mitbetreuung einer in diesem Rahmen erstellten Masterarbeit.

Biogas und Botulismus, wissenschaftliche Faktenübersicht

Erstellung eines fundierten Berichtes für die Geschäftsführung durch Auswertung aktueller wissenschaftlicher Veröffentlichungen und Kontaktaufnahme mit führenden Experten.

Abfallklassifizierung

Probennahme gemäß den gültigen rechtlichen Vorgaben, manuelle visuelle Sortieren und Klassifizieren, Veranlassen und Koordinieren der chemichen Analysen, Auswerten von Ergebnissen

Universität

wissenschaftlicher Mitarbeiter  zum Thema:

Auswirkungen der Fermentation biogener Rückstände in Biogasanlagen auf Flächenproduktivität und Nachhaltigkeit in einer viehhaltenden Fruchtfolge des ökologischen Landbaus
Ich untersuche vor allem Nährstoffflüsse bei Einsatz der Biogastechnologie im organischen Landbau und deren Einfluss auf Umwelt und Pflanzenernährung.

Mitarbeit in Verbundprojekten: 

Nanofasern als neuartige Träger für flüchtige Signalstoffe zur biotechnischen Regulierung von Schadinsekten im integrierten und ökologischen Landbau

Untersuchungen zur Verbreitung des westlichen Maiswurzelbohrers in Deutschland 2007 und 2008 in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. HE Hummel (Professur für organischen Landbau, Universität Gießen), Erstellung von Ergebnisberichten.

Promotion:

„Energieerzeugung in landwirtschaftlichen Biogasanlagen: Potenziale und Grenzen. Sustainable biogas production in agriculture - potential and limitations. Including three journal articles." Verlag Dr. Köster, Berlin. ISBN: 978 - 3 - 89574 - 824 - 0

In Deutschland bestehen inzwischen über 7.000 Biogasanlagen mit einer installierten
Leistung von mehr als 2.500 MW el. . Der überwiegende Teil (knapp 80 %) der Energieerzeugung dieser Anlagen basiert auf Energiepflanzen, vor allem Silomais. Daher stellt sich die Frage nach den Potenzialen und den Grenzen der Erzeugung von Biogas auf Basis solcher Rohstoffe. Um diese Potenziale und Grenzen abzuschätzen, werden zunächst am Beispiel des ökologischen Landbaus im Rahmen eines Feldversuches die möglichen Potenziale aus Reststoffen und Nebenprodukten analysiert und die Wirkung der Biogasnutzung auf die Fruchtfolge dargestellt (Kapitel III). Nachfolgend wird der Beitrag des Maises zur Biogaserzeugung betrachtet und eine regionalisierte Risikoabschätzung für die Biogasproduktion durch die Einschleppung des Westlichen Maiswurzelbohrers (Diabrotica v. virgifera LeConte) abgeleitet. Auf diese Weise werden ökologische Grenzen der derzeitigen Biogasproduktion aufgezeigt (Kapitel IV). Im dritten Schritt (Kapitel V) werden Strategien zur Versorgung von landwirtschaftlichen Biogasanlagen entwickelt, die das Risiko durch Diabrotica v. virgifera minimieren und somit die ökologischen Grenzen berücksichtigen. Insbesondere werden die Kosten verschiedener Substrate unter besonderer Berücksichtigung landwirtschaftlicher Nebenprodukte, Zwischenfrüchte und perennierender Energiepflanzen ermittelt. Die Nutzung dieser Stoffströme ist nicht mit ethischen Vorbehalten belastet. In Verbindung mit Kapitel III werden somit die Möglichkeiten und Grenzen des sozialen - Akzeptanz–Potenzials gezeigt. Zusammenfassend werden die Ergebnisse aus dem Blickwinkel der verschiedenen Potenzialtypen (ökologisches, wirtschaftliches und soziales - Akzeptanz - Potenzial) betrachtet und diskutiert.
Ausgehend von diesem methodischen Ansatz konnten die nachfolgend aufgeführten
Resultate erzielt werden:

        1.  Das in zwei ökologischen Betriebssystemen bestimmte Biogaspotenzial aus Reststoffen

und Nebenprodukten betrug im Falle einer viehlosen Bewirtschaftung 1.742 m3 N CH 4 * ha LF -1 . Dieses Potenzial beruhte zu 40 % auf Kleegras (Rotationsbrache), zu 38 % auf Stroh. Zwischenfruchtaufwüchse trugen 18 % bei, andere Erntereste 4 %. Im Falle des Systems Gemischtbetrieb mit Milchviehhaltung konnte ein Bruttogasertrag von 1.015 m3 N CH 4 * ha LF -1 ermittelt werden, der zu 28 % aus Gülle, zu 23 % aus Zwischenfruchtaufwüchsen und zu 49 % aus Stroh generiert wurde.

2.  Die Nutzung dieser Potenziale ohne Beeinträchtigung der Nahrungsmittel-
produktion entspräche der Beanspruchung von 27 % (viehlosesVII-2 Zusammenfassung
Betriebssystem) bzw. 16 % (gemischtes ökologisches Betriebssystem) der landwirtschaftlichen Nutzfläche für den Anbau von Energiemais unter konventionellen Bedingungen.

3. Unabhängig davon ermöglicht die Einführung der Biogastechnologie in Betriebe
und Fruchtfolgen, unter Einbeziehung  der Reststoffe und Zwischenfruchtaufwüchse zur Gasproduktion, mehrere ökologische Vorteile zu nutzen. Die Nutzung von Leguminosen als Haupt- und Zwischenfrüchte kann durch die biologische N2 -Fixierung und die Möglichkeit der bedarfsgerechten Ausbringung als Biogassubstrat erheblich zur Verringerung des mineralischen Stickstoffbedarfes beitragen. Zudem kann die Stickstoffauswaschungsgefahr durch die Ernte und Nutzung der Zwischenfruchtaufwüchse im Herbst deutlich reduziert
werden. Durch die Umstellung der Wirtschaftsweise und die damit verbundene Ernte der Zwischenfruchtaufwüchse im Herbst können die bodenbürtigen Emissionen von Klimagasen teilweise erheblich verringert werden. Weitere ökologische und pflanzenbauliche Vorteile, wie die Diversifikation der Fruchtfolgen, das verringerte Infektionsrisiko für die Nachfrucht durch Abtransport des Strohs und die Nutzung problematischer (kranker verunkrauteter) Aufwüchse, lassen sich in Biogassystemen relativ einfach erreichen.

4. Mais ist aktuell in Deutschland das wichtigste Substrat zur Biogaserzeugung. Er ist die Grundlage für etwa 61 % der Biogaserzeugung in Deutschland (ca. 80 % des Biogases wird aus Energiepflanzen generiert, Mais hat dort im Bundesschnitt einen Anteil von 76 %).

5. Der Westliche Maiswurzelbohrer breitet sich seit seiner ersten Entdeckung 1992 in Jugoslawien unaufhaltsam in den Maisanbaugebieten Süd-, Ost- und Mitteleuropas aus. Das Infektions- und Schadrisiko ist eng an die Maisanbaudichte in der Fruchtfolge gekoppelt. In Deutschland sind daher aktuell etwa 350.000 Hektar gefährdet, vor allem im Nordwesten und Südosten sowie im Rheingraben. Dort können einige Risikogebiete definiert werden, in denen eine hohe Maisanbaudichte und Biogasanlagendichte zusammenfallen. Von diesen auf Kreisebene ermittelten Gebieten ist der Westliche Maiswurzelbohrer schon in drei Kreisen in Bayern entdeckt worden. Das Schadpotenzial durch die Einschleppung dieses Schädlings wird in verschiedenen Szenarien auf jährlich etwa 500 Mio. € geschätzt. In Risikogebieten mit hoher Anbaudichte sollten Alternativen in Betracht gezogen werden.

6. Von den bisher praktizierten Bekämpfungs- und Eindämmungsstrategien gegen den Westlichen Maiswurzelbohrer hatte bisher nur die staatlich verordnete Fruchtfolge in der Schweiz längerfristig Erfolg. Fruchtfolgen mit alternativen Energiepflanzen (und / oder Koppel- und Nebenprodukten der Landwirtschaft)Arno Deuker VII-3 Energieerzeugung in landwirtschaftlichen Biogasanlagen: Potenziale und Grenzen können unter Beachtung der alternativen Wirtspflanzen für den Westlichem Maiswurzelbohrer eine Möglichkeit zur Bekämpfung sein. Der Einsatz von Semiochemikalien (Pheromone, Kairomone) und Antagonisten (Raubnematoden) erscheint erfolgversprechend, hat sich aber in der landwirtschaftlichen Praxis noch nicht etabliert.

7. Von allen möglichen momentan nutzbaren Substraten ist unter den aktuellen Rahmenbedingungen in Deutschland Mais als Einzelkultur (Monokultur) die wirtschaftlich ertragreichste Kultur. Betrachtet man die landwirtschaftlichen Nebenprodukte, ist Stroh eine durchaus interessante Alternative, die auch ökonomisch konkurrenzfähig wird, wenn sich die Desintegrationsverfahren etablieren lassen und weitere Fortschritte in der Prozesskette erzielt werden. Vor allem bei (Klee-) Gras und Zwischenfrüchten schwanken die Ergebnisse je nach Bedingung der unterschiedlichen berücksichtigten Versuche sehr stark.
Dauerkulturen können sich zu interessanten Alternativen zu Mais entwickeln. Nur ist das Wissen hierzu noch zu begrenzt, um valide Aussagen zu treffen. Eine Sonderstellung hat die Durchwachsene Silphie (Silphinum perfoliatum), deren Ertragspotenzial recht gut erforscht ist und die auf Grenzstandorten mit Mais konkurrieren kann. Zudem ist diese Dauerkultur im EEG 2012 als einzige in die Rohstoffvergütungsklasse II eingeordnet, was bedeutet, dass gegenüber Mais 2 ct*kWh -1 mehr vergütet werden. Die zweite Dauerkultur, die genannt werden muss, ist Miscanthus, der ein ebenso guter Wirt für den Westlichen Maiswurzelbohrer wie Mais selbst ist und daher für Neuanpflanzungen möglichst vermieden werden sollte.

8. Durch die Möglichkeit, ressourcenschonend und mit geringen Klimagasemissionen Energie zu erzeugen, hat die Energieproduktion aus landwirtschaftlichen Biogasanlagen prinzipiell kein negativ belastetes Bild in der Öffentlichkeit. Auch die generierte lokale Wertschöpfung spielt hier eine positive Rolle. Aber besonders in Gebieten mit hoher Biogasanlagenkonzentration mehren sich die kritischen Stimmen, die verschiedene Effekte im Zusammenhang mit der Biogasproduktion kritisieren. Hier sind die Belastungen der Bevölkerung durch die in Stoßzeiten auftretenden Transportarbeiten zu nennen. Auch werden landschaftsästhetische Aspekte ins Feld geführt, wie die „Vermaisung“ der Landschaft, die in einen direkten ursächlichen Zusammenhang mit den Biogasanlagen gebracht wird. Ein kontrovers diskutiertes Thema, das hier nicht abschließend behandelt werden kann, sind ethisch- moralische Aspekte, die überspitzt in einer „Tank und Teller“ - Diskussion artikuliert werden.

9. Hemmnisse bezüglich besonders nachhaltiger Bioenergiekonzepte können vor allem durch verstärkte Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen in folgenden Bereichen überwunden werden:

- Nutzung des (weltweiten) Potenzials von biogenen Abfällen und Nebenprodukten
- Auswirkung auf Schadstoffeinträge
- Alternative Energiepflanzen: Erträge und Ertragsstabilität in regionaler
Auflösung
- Nutzung von Stroh und anderen Substraten ohne Konkurrenz zur Nahrungsmittel-produktion, Vorbehandlung und Technik zur Vergärung,
- Optimierung der Fruchtfolgen und Produktionsweisen für simultane Produktion von Energie und Nahrungsmitteln
- Entwicklung von kleinen, kostengünstigen und effizienten Anlagen um Reststoffe und Nebenprodukte, die wegen ihrer geringen Energiedichte nicht transportwürdig sind, wirtschaftlich zu nutzen

Diplomarbeit:

Auf der Estación Experimental Chaco Central im Westen Paraguays wurden Versuche zur Nahrungsmittel- und Saatgutlagerung im Rahmen eines Armutsbekämpfungsprogramms für die indianische Urbevölkerung durchgeführt. Es wurden Bohnen, Mais und Erdnüsse (mit und ohne Schale) in Fässern und Säcken gelagert.
Folgende Konservierungsmethoden wurden hier verglichen:
− Behandlung mit Phosphin, Asche, Rizinusöl, Erdnußöl, Rizinuskernen, Pfeffer, Sand, Ausräuchern über Bohnenschalen
Es wurden die nachfolgende Parameter erfaßt:
− Befall (durch Insekten und Pilz); Gutfeuchte; Tausendkorngewicht; Keimfähigkeit; Freie Fettsäuren; Aflatoxin (bei Erdnüssen); Temperatur und Luftfeuchte
Mit der Zielgruppe, der indianischen Bevölkerung, wurde eine sensorische Prüfung der
gelagerten Nahrungsmittel vorgenommen, und es wurde eine Gesamtanalyse und eine
Bestimmung der Schadinsekten durchgeführt.
Bei den Bohnen und Mais schnitt die Lagerung in Fässern besser ab, als die in Säcken. Bei den Behandlungen war kein deutlicher Effekt festzustellen, da eine unbehandelte
Kontrollprobe besser abschloß als die meisten behandelten Proben. Bei der Lagerung von Bohnen in Säcken empfiehlt sich die Behandlung mit 8 ml / kg Erdnußöl oder das
Ausräuchern. Stehen bei Mais keine Fässer zur Verfügung hat sich eine Behandlung mit 8 ml / kg Öl, Asche (1:2) oder Sand bewährt. Erdnüsse sollten am besten mit Schale gelagert werden, da sich so der Befall durch Insekten geringer halten läßt, als bei der Lagerung von Erdnußkernen. Hier weisen die Behandlungen mit Erdnußöl und Asche (1:9) die besten Ergebnisse auf. Eine Variante die Lagerraum und Kosten für Fässer spart, ist das Lagern von ausgeräucherten Erdnußkernen. Die Befallswerte sind hier nicht wesentlich schlechter als bei vergleichbaren Verfahren mit ungeschälten Erdnüssen. Es konnte kein Zusammenhang zwischen dem optisch erkennbaren Pilzbefall und den Aflatoxinwerten hergestellt werden.
Das gleiche gilt für die im Versuch gemessene Gutfeuchte und den Insektenbefall.