Miscanthus x giganteus

Riesen-Chinaschilf
Riesen-Chinaschilf (Miscanthus × giganteus)
Systematik
Unterklasse: Commelinaähnliche (Commelinidae) Ordnung: Süßgrasartige (Poales) Familie: Süßgräser (Poaceae) Unterfamilie: Panicoideae Gattung: Miscanthus Art: Riesen-Chinaschilf
Wissenschaftlicher Name
Miscanthus × giganteus
J.M.Greef & Deuter

Riesen-Chinaschilf (Miscanthus × giganteus) ist eine natürliche Kreuzung aus dem Chinaschilf (Miscanthus sinensis) und Miscanthus sacchariflorus. Es stammt ursprünglich aus Japan.

Um 1935 wurde Miscanthus × giganteus von Japan über Dänemark nach Mitteleuropa eingeführt. Sie kann auch im europäischen Raum Wuchshöhen von bis zu vier Metern erreichen und wird deshalb vermehrt als nachwachsender Rohstoff zur energetischen und stofflichen Nutzung angebaut.

Riesen-Chinaschilf verfügt über den sogenannten C4-Metabolismus, eine unter bestimmten Umweltbedingungen besonders effiziente Form der Photosynthese; daher zeichnet sich die Pflanze, verglichen mit den C3-Pflanzen, unter bestimmten klimatischen Bedingungen durch eine besonders hohe Biomasseleistung aus.

Merkmale

Beim Riesen-Chinaschilf handelt es sich um einen triploiden Hybriden mit 57 Chromosomen, der durch eine Hybridisierung einer tetraploiden Form von Miscanthus sacchariflorus mit 76 und einer diploiden Form des Chinaschilfs (Miscanthus sinensis) mit 36 Chromosomen entstanden ist. Die Pflanze vereint entsprechend Merkmale beider Ursprungsarten.

Wie alle Miscanthus-Arten ist sie mehrjährig und bildet ein sprossbürtiges Rhizom, aus dem die Pflanzen austreiben. Der Spross erreicht eine Höhe von drei bis vier Metern mit lanzenförmigen, teilweise erektophilen Blattspreiten, wodurch eine optimale Lichtnutzung erreicht wird. Wie andere C4-Pflanzen, etwa Mais und Zuckerrohr, zeichnet sich Miscanthus durch eine sehr effektive Photosynthese aus, die zu einer starken Biomasseproduktion führt. Dabei werden pro Megajoule absorbierter Strahlung etwa 2,5 Gramm Biomasse gebildet.^[1]

Verbreitung und Habitat

Riesen-Chinaschilf ist als Naturhybride in Japan zu finden, wobei ein genauer Entstehungsort für die Kreuzung nicht bekannt ist. Angenommen wird eine Entstehung in einer subtropischen Region Zentraljapans.

Die als nachwachsender Rohstoff angebaute Sorte kann in warmen Sommern auch in in Mitteleuropa blühen, jedoch keine keimfähigen Samen ausbilden. Eine unkontrollierte Ausbreitung über Rhizom- oder Wurzelstücke gilt als unwahrscheinlich, da Miscanthus als C4-Pflanze im Frühjahr nur eine sehr langsame Wuchsentwicklung verzeichnet und somit sehr konkurrenzschwach gegenüber heimischen Pflanzen ist.

In Mitteleuropa wird Riesen-Chinaschilf von einer großen Artenzahl von Kleinlebewesen wie Spinnen und Käfern als "Überwinterungsquartier" genutzt. In den über den Winter aufgeräumten Agrarlandschaften nutzen Rehe und Wildschweine die Miscanthusbestände als Zufluchtsort.

Verwendung

Nutzungsgeschichte

In den Ursprungsgebieten als Rohstoff für Matten und Flechtwerk zum Sicht- und Windschutz sowie als Futterpflanze bekannt und in Mitteleuropa lange Zeit nur als Zierpflanze in Gärten eingesetzt, rückte Riesen-Chinaschilf Ende der 1970er Jahre bei der Suche nach alternativen Energiequellen in das Blickfeld von Forschung und Entwicklung. Die Pflanze wurde nicht nur als potenzieller Biomasselieferant, sondern auch als Faserpflanze untersucht. Wegen des möglichen hohen Trockenmasseertrages (15 bis ca. 25 Tonnen je Hektar nach Versuchen des Baden-Württembergischen Landwirtschaftsministeriums^[2]) spielte sie von nun an eine gewisse Rolle als nachwachsender Rohstoff.

Ende der 1980er Jahre wurden große Hoffnungen auf die Pflanze gesetzt. In den Jahren 1991 bis 1994 fand von Seiten der deutschen Bundesregierung und der VEBA OEL AG eine intensive Forschungsförderung zur Biomassebereitstellung sowie zur energetischen und stofflichen Nutzung von Miscanthus x '’Giganteus’' statt. Die Rohstoffpflanzen konnte damals die hohen an sie gesetzten Erwartungen nicht erfüllen. Hohe Auswinterungsverluste im Pflanzjahr, hohe Pflanzgutkosten, Lagerungsprobleme aufgrund der geringen Schüttdichte, fehlende Verwendungsmöglichkeiten des gewonnenen Rohstoffes sowie eine fehlende Wirtschaftlichkeit standen nach Projektbeendigung noch als Kernprobleme einem großflächigen Anbau entgegen.

Einige der ursprünglich vorhandenen Probleme konnten mittlerweile durch Forschungsförderung und durch Pioniergeist innerhalb der Landwirtschaft gelöst werden. So konnte durch die Entwicklung der Rhizomvermehrung das Problem der Auswinterungsverluste minimiert und die Pflanzgutkosten auf weniger als die Hälfte reduziert werden. Mittlerweile haben sich eine Vielzahl von unterschiedlichen Verwendungsformen von Riesen-Chinaschilf etabliert, die von der stofflichen Nutzung in Leichtbetonbausteinen ^[3], über Tiereinstreu, bis hin zur energetischen Nutzung in Biomassefeuerungsanlagen reichen. Aufgrund stark angestiegener Heizölpreise (seit 1994 um mehr als den Faktor 5) stellt sich mittlerweile die Wirtschaftlichkeit auch in Hinblick auf andere Konversionsprozesse (z.B. Verflüssigung, Pyrolyse) weit positiver dar.

Inhaltsstoffe

Qualitätsparameter von Miscanthus x giganteus

Heizwert	18,1 - 18,5 MJ/kg[4]
Aschengehalt	2,7 – 3,1 %[4]
Chlor	0,2 %[4]
Stickstoff	0,4 %[4]
Kalium	0,5 %[4]
Schwefel	0,06 %[4]
Lignin	21-24 %[5]
Holocellulose	75-81 Gew.% b.a. tm[5]

Die Inhaltsstoffkonzentrationen der oberirdischen Biomasse variieren sehr stark je nach Erntezeitpunkt, der Witterung während der Wintermonate und den Bodeneigenschaften. Generell gilt, je später der Erntezeitpunkt gewählt wird, desto geringer ist der Gehalt an Mineralien. Dies gilt in besonders starkem Maße für Chlor, Kalium und Schwefel.^[6] Dies ist zum einen durch den Nährstoff-Rücklagerungsprozess und zum anderen durch die Ausspülung der Nährstoffe durch Niederschlagswasser zu erklären. Für die Produktion von Biomasse für die energetische Verwertung sollte zudem auf Standorte zurückgegriffen werden, auf denen zuvor nicht mit Chlor-haltigen Düngemitteln gedüngt wurde. Die nebenstehende Tabelle gibt Richtwerte für qualitätsbestimmende Biomasse-Parameter und Inhaltsstoffkonzentrationen der Sorte Miscanthus x giganteus.

Energetische Nutzung

Riesen-Chinaschilf auf einem Feld

Inzwischen findet das schnellwüchsige Chinaschilf wegen seines hohen Brennwertes und seiner günstigen Kohlendioxidbilanz in gewissem Umfang Verwendung als Brennstoff zur Energiegewinnung in Biomasseheizkraftwerken. Pilotprojekte existieren in Österreich und Deutschland. In Österreich sind Förderungen des Anbaus über den Umweg der Stilllegungsprämie der Landwirtschaftskammer möglich.

Ein wesentlicher Vorteil von Riesen-Chinaschilf ist der relativ hohe Trockenmasseertrag pro Hektar in Verbindung mit einem sehr geringen Wasserbedarf pro Einheit produzierter Trockenmasse.^[2] Vorteilhaft ist auch die Verlagerung der Nährstoffe aus den Blättern in das Rhizom gegen Ende der Vegetationsperiode. Dadurch ist der Düngungsbedarf dieser Pflanze gegenüber anderen Nutzpflanzen reduziert. Durch die mehrjährige Ernte ohne jährliches Ansäen entfallen auch die jährlichen energieintensiven Bodenaufbereitungsarbeiten, was die Energiebilanz deutlich gegenüber anderen nachwachsenden Rohstoffen, wie z. B. Raps als pflanzlicher Kraftstoff verbessert.^[7]

Von Nachteil für den Produzenten sind die geringen Anbauerfahrungen, die hohen Investitionen für das Pflanzgut und die bei mehrjährigen Kulturarten dauerhafte Flächenbindung, die einer flexiblen Reaktion auf Änderungen der EU-Agrarpolitik entgegenstehen.

Durch die relativ geringe Schüttdichte ist, abgesehen von den oben genannten Anbauproblemen, ein Transport über längere Wegstrecken unrentabel. Bei einer räumlich nahen Verwendung zur Förderung einer regionalen Energieautonomie ist dieser Umstand allerdings wegen der kurzen Wege nicht mehr als Nachteil zu betrachten. Abhilfe kann außerdem ein Pelletieren des Rohstoffes schaffen; die ersten Pelletierversuche befinden sich aber noch im Anfangsstadium. Erprobt hingegen ist bereits die Brikettierung: mit hydraulischen Brikettierpressen lassen sich Briketts mit einem Durchmesser von 5 bis ca. 7 cm wesentlich kostengünstiger herstellen als Pellets mit einer Pelletiermaschine.

Problematisch ist immer noch die Schlackenbildung bei der Verbrennung des Häckselgutes, das – ähnlich wie Stroh – einen hohen Siliziumanteil aufweist und daher nicht in allen Hackschnitzelfeuerungen verbrannt werden kann. Durch das wachsende Interesse, nicht zuletzt wegen der steigenden Rohölpreise, ist aber eine verstärkte Entwicklung seitens der Heizkesselhersteller zu beobachten.

Stoffliche Nutzung

Auch im Bereich der Stofflichen Nutzung findet das Riesen-Chinaschilf zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten. Als Zuschlagstoff zu Leichtbetonbausteinen bietet es den Vorteil, die Dämmeigenschaften des Betonkörpers zu verbessern. In Deutschland findet es bislang nur Verwendung als Füllmaterial für Spanplatten, die Anbaufläche für diese Nutzung entspricht maximal 50 ha (Heyer 2008) und damit einer potenziellen Gesamtmasse von maximal 1.500 t TM.

Anbau

Züchtung, Sorten

Miscanthus sinensis als Zierpflanze

Bislang gelten eine hohe Biomasseleistung und eine ausreichende Winterhärte als die wichtigsten Kriterien für die Sortenwahl. Anbauerfahrungen aus dem großflächigen Anbau liegen für Miscanthus x giganteus und die früher reifende Mehrklonsorte 'Amuri' vor. Miscanthus x giganteus ist die mit Abstand am meisten angebaute Sorte. In den neunziger Jahren fanden Anbauversuche auch mit den Miscanthus sinensis- Sorten 'Goliath', 'Poseidon' u.a. statt, die sich aufgrund geringer Ertragsleistungen jedoch nicht durchsetzen konnten.^[8] Zunehmend werden verschiedene Sorten bzw. Genotypen auch auf ihre Eignung für verschiedene spezifische Verwendungszwecke untersucht. Für die Verwendung als Zuschlagstoff zu Leichtbetonbausteinen konnten bereits Pflanzen mit besonders guten Bindeeigenschaften identifiziert werden. ^[9] Langfristiges Ziel ist die Selektion von ertragsstarken Sorten, die sich aufgrund positiver chemisch-physikalischer Eigenschaften besonders gut z.B. für die Verbrennung, Pyrolyse oder Verflüssigung eignen.

Standortansprüche

Miscanthus stellt an den Standort ähnliche Ansprüche wie Mais. Als wärmeliebende C4-Pflanze benötigt er Standorte mit einer mittleren Temperatur von mindestens 8°C. Spätfröste können zu einer Schädigung junger Triebe führen.

Standorte mit tiefgründigen, humosen und sandig-lehmigen Böden mit einer guten Bodenstruktur und Wasserführung sowie einem hohen Nährstoffspeichervermögen eignen sich besonders für den Anbau von Miscanthus. Kalte und zu Staunässe neigende Böden mit mangelnder Durchlüftung sind nicht geeignet. Auf sehr sandigen Böden mit einem niedrigen Grundwasserstand entscheiden die Niederschlagsmenge und die jahreszeitliche Verteilung der Niederschläge das Ertragsniveau.^[8]

Bodenbearbeitung, Pflanzung

Die Pflanzung von Rhizomen kann bereits ab Mitte April stattfinden. Vorgezogene Jungpflanzen dagegen sollten erst nach den letzten Spätfrösten gepflanzt werden, da die Jungpflanzen sehr frostempfindlich sind. Im Herbst vor der Pflanzung sollte je nach Vorfrucht und Bodenzustand tief gepflügt und/oder im Frühjahr 10-15 cm tief gegrubbert werden. Für die Pflanzbettbereitung eignet sich z.B. eine Kreiselegge. Eine vorbeugende Unkrautbehandlung wird empfohlen. Gepflanzt wird in einer Tiefe von 3-6 cm mit 1 Pflanze/m². Der Reihenabstand sollte 0,75 bis 1 Meter betragen. Gemüsepflanzmaschinen können für die Pflanzung vorgezogener Jungpflanzen und Kartoffellegemaschinen für die Pflanzung der Rhizomstücke verwendet werden. ^[8]

Pflanzenschutz

Riesen-Chinaschilf bedarf besonders im ersten aber häufig auch im zweiten Standjahr der Unkrautbekämpfung, da die Pflanze vor der Bestandsschließung extrem konkurrenzschwach ist. Ab dem dritten Standjahr sind die Bestände dicht und geschlossen, Unkräuter und Ungräser werden somit vollständig unterdrückt. In Deutschland sind für Riesen-Chinaschilf keine Pflanzenschutzmittel zugelassen, jedoch besteht die Möglichkeit einer Genehmigung für den Einzelfall (§ 18b PflSchG.). Zur mechanischen Unkrautbekämpfung empfiehlt sich der Einsatz eines Hackstriegels oder gegen Problemunkräuter der Einsatz von üblichen Mais-Reihenhackgeräten. Während der Anfangsphase muss bei starkem Unkrautdruck in der Reihe manuell gehackt werden.^[10]

Ernte

Riesen-Chinaschilf verlagert über die Wintermonate einen Großteil der im Spross vorhandenen Nährstoffe in das unterirdische Speicherorgan (Rhizom). Dieser Verlagerungsvorgang geht einher mit einer Abnahme des Feuchtegehaltes der oberirdischen Sprossmasse. Aus zwei Gründen sollte deshalb erst in der Zeitspanne von Januar bis März geerntet werden:

1. die in das Rhizom verlagerten Nährstoffe stehen der Pflanze im Frühjahr für einen kräftigen Wiederaustrieb zur Verfügung.
2. die zu erntende oberirdische Sprossmasse ist bereits auf zirka 18–20 % Feuchtegehalt abgetrocknet und kann meist ohne eine technische Nachtrocknung einer energetischen Nutzung (etwa durch Verbrennung) zugeführt werden.

Ideal als Erntezeitpunkt hat sich die Phase unmittelbar nach einer trockenen Frostperiode gezeigt. Auch sollte darauf geachtet werden, dass die Blätter bereits größtenteils abgefallen sind. Die nährstoffreichen, sich auf dem Boden zersetzenden Blätter, geben die Mineralien dem Pflanzenbestand wieder und helfen somit den Nährstoffkreislauf zu schließen. Ein hoher (aschereicher) Blattanteil kann zudem in Biomassefeuerungsanlagen zu technischen Störungen führen. Je nach anschließendem Verwertungszweck kann mit einem Feldhäcksler mit reihenunabhängigem Schneidwerk (Häckselkette) oder mit einem Mäh-Knick-Zetter (Ballenlinie) geerntet werden. Für die Ballenlinie wird das Erntegut anschließend auf Schwad gelegt und zu Ballen gepresst. Auch gibt es bereits Kombinationen, in denen das gehäckselte Erntegut über den Schlepper in eine angehängte Presse überführt wird.^[11] Dies bietet den Vorteil, dass das Erntegut keinen Bodenkontakt erfährt und somit weniger Fremdstoffe (Erde, Sand, nasse Blätter etc.) enthält und damit bessere Verbrennungseigenschaften besitzt. Je nach Standortbedingungen sind Erträge von 10–20 t TM/ha*Jahr möglich. Bei optimaler Wasserversorgung (zum Beispiel durch Beregnung) kann auch mit weit höheren Erträgen gerechnet werden, die bis zu 25–30 t TM/ha reichen können.

Einzelnachweise

1. ↑ Pude 2006
2. ↑ ^{a b} Produktionsaspekte Weiden und Miscanthus
3. ↑ Planet Wissen: Werkstoffe aus Pflanzen
4. ↑ ^{a b c d e f} HARTMANN, H., 2007: Normung von Mischbrennstoffen für KFA und Handlungsbedarf, Technologie- und Förderzentrum (TFZ) Straubing, Fachgespräch „Mischpellets- und Alternativbrennstoffe für KFA- Potentiale und Handlungsbedarf“, Fachveranstaltung der FNR am 1.März 2007
5. ↑ ^{a b} Symposium Miscanthus; Biomassebereitstellung, energetische uns stoffliche Nutzung, Schriftreihe „Nachwachsende Rohstoffe“ FNR, Band 4, 1995
6. ↑ LEWANDOWSKI, I.,1996: Einflussmöglichkeiten der Pflanzenproduktion auf die Brennstoffeigenschaften am Beispiel von Gräsern. In: "Eigenschaften fester Bioenergieträger" - Internationale Tagung in Stuttgart im Mai 1996. Schriftreihe "Nachwachsende Rohstoffe" (6), Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (Hrsg.), Landwirtschaftsverlag Münster, S.32-48
7. ↑ Miscanthus.at von Hubert Falzberger
8. ↑ ^{a b c} KTBL: Energiepflanzen. KTBL-Datensammlung., 2006, S. 151-163
9. ↑ PUDE, R., 2005: Bedeutung morphologischer, chemischer und physikalischer Parameter sowie ihrer Interaktionen zur Beurteilung der Baustoffeignung unterschiedlicher Miscanthus-Herkünfte. Beiträge zu Agrarwissenschaften Bd. 30. Verl. Wehle, Bad Neuenahr
10. ↑ KTBL: Energiepflanzen. KTBL-Datensammlung., 2006, S. 151-163
11. ↑ [1]

Literatur

• Werner Kuhn, Steffen Jodl: Vom Ziergras zur Rohstoffpflanze: 10 Jahre Miscanthus-Forschung. Bayerische Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau (LWG)
• D. Wolters: Bioenergie aus ökologischem Landbau: Möglichkeiten und Potentiale. Wuppertal Paper Nr. 91, 1999
• Christine Rösch: Nachhaltige Nutzung von Biomasse als Energieträger. Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS), Forschungszentrum Karlsruhe, TA Datenbank-Nachrichten, Nr. 3, 10. Jahrgang, Sept. 2001, S. 27-34
• Wolfgang Ständer: Energieprobleme in Zukunft gelöst. Broschüre der Gesellschaft für Gesundheitsberatung GGB e.V., 1990
• Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL): Energiepflanzen. KTBL-Datensammlung., 2006, S. 151-163
• Ralf Pude: Bedeutung morphologischer, chemischer und physikalischer Parameter sowie ihrer Interaktionen zur Beurteilung der Baustoffeignung unterschiedlicher Miscanthus-Herkünfte. Beiträge zu Agrarwissenschaften Bd. 30. Verl. Wehle, Bad Neuenahr 2005.
• Ralf Pude: Chinaschilf, Miscanthus. In: Klaus-Ulrich Heyland, Herbert Hanus, Ernst Robert Keller: Ölfrüchte, Faserpflanzen, Arzneipflanzen und Sonderkulturen. Handbuch des Pflanzenbaus Band 4, Eugen Ulmer KG, Stuttgart 2006; Seiten 582–587. ISBN 978-3-8001-3203-4
• I. Lewandowski: Einflussmöglichkeiten der Pflanzenproduktion auf die Brennstoffeigenschaften am Beispiel von Gräsern. In: „Eigenschaften fester Bioenergieträger“ - Internationale Tagung in Stuttgart im Mai 1996. Schriftreihe "Nachwachsende Rohstoffe" (6), Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (Hrsg.), Landwirtschaftsverlag Münster, S. 32-48
• S. Kiesewalter, C. Röhricht: Erfahrungen aus verbrennungstechnischen Untersuchungen zum Einsatz von gemischten Brennstoffen, Fachgespräch „Mischpellets- und Alternativbrennstoffe für KFA- Potentiale und Handlungsbedarf. Fachveranstaltung der FNR am 1. März 2007
• Symposium Miscanthus; Biomassebereitstellung, energetische uns stoffliche Nutzung. Schriftreihe „Nachwachsende Rohstoffe“ FNR, Band 4, 1995

Weblinks

• www.miscanthus.de - Informationen der Lehr- und Forschungsstation der Universität Bonn zu Miscanthus sinensis
• Feste Biomasse - Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
• Biomasse – was ist das? Planet-Wissen WDR/SWR/BR-alpha, 2006
• Biomasse als Energieträger. In: Faktor Vier. Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie GmbH
• Miscanthus als Heizstoff - Ökowärme Falzberger KEG: Auspflanzung, Pflanzenschutz
• http://www.miscanthus.lu