Miscanthus als Brennstoff, Einstreu, Biogassubstrat und Faserrohstoff
Die Halme werden im Spätwinter oder zeitigen Frühjahr trocken geerntet. Die aschearme, faserreiche Biomasse lässt sich auf mehreren Wegen verwerten:
Fester Biobrennstoff
Die Biomasse wird zu Pellets und Briketts gepresst und in Heizungen und Feuerungsanlagen verbrannt.
Einstreu
Miscanthus ergibt eine saugfähige, staubarme Einstreu für Nutztiere und Pferde.
Biogas
In Biogasanlagen dient Miscanthus als Gärsubstrat.
Zellstoff und Fasern
Aus den Fasern werden Papier, Karton, Verpackungen und biobasierte Verbundwerkstoffe hergestellt.
Welcher Verwertungsweg sich am besten rechnet, hängt von der Nachfrage vor Ort, den Transportkosten, den Verarbeitungsmöglichkeiten und der Größe der Anbaufläche ab. Was Wärme aus Ballen im Vergleich zu Gas, Heizöl und Pellets kostet, rechnen wir in unserem Artikel zu Miscanthus als Brennstoff vor. Bei Flugkraftstoffen entsteht derzeit ein weiterer Markt im industriellen Maßstab. Nach EU-Recht muss Kerosin, das an Flughäfen der EU verkauft wird, inzwischen einen Mindestanteil an nachhaltigem Flugkraftstoff enthalten. Abfallöle können nur einen kleinen Teil dieses Bedarfs decken. Der übrige Bedarf muss mit Kraftstoffen aus zellulosehaltiger Biomasse, die nicht als Nahrungsmittel dient, und mit synthetischen Kraftstoffen aus Wasserstoff und abgeschiedenem CO₂ gedeckt werden. Diesen Markt beschreiben wir ausführlicher im Beitrag „Kerosin aus Miscanthus“.
Klima & Winterhärte
Wo Miscanthus wächst und wie er überwintert
In Europa kann der Klon ‚Illinois‘ auf sehr unterschiedlichen Standorten anwachsen und Ertrag bringen, vom Süden des Kontinents bis in die kühleren Regionen Mittel- und Nordeuropas. Die University of Illinois untersucht ihn seit 2002 im Mittleren Westen der USA, wo das Klima kälter und stärker kontinental ist. In diesen kühleren Klimazonen wächst er unter anderem deshalb, weil er noch bei niedrigeren Temperaturen als viele andere C4-Pflanzen Photosynthese betreibt.
Miscanthus ist eine winterharte Dauerkultur. Die Halme sterben im Winter ab und werden trocken geerntet; die Pflanze überdauert mit ihren ruhenden Rhizomen im Boden und treibt im Frühjahr wieder aus. Etablierte Bestände überstehen auch kalte Winter, weil Boden, Schnee und Blattstreu die Rhizome isolieren. Die Rhizome selbst sterben ab, wenn der Boden um sie herum auf einige Grad unter null abkühlt. Am stärksten gefährdet ist ein Bestand im ersten Winter nach der Pflanzung.
Auch auf Grenzertragsflächen, die sich für Nahrungspflanzen weniger eignen, kann Miscanthus gut wachsen, etwa auf leichten, steinigen oder ertragsschwachen Böden. Ein Betrieb kann ihn also auf den schwächeren Schlägen anbauen und die besseren für die Fruchtfolge behalten. Die Standortbedingungen sind trotzdem wichtig: Auf staunassen oder flachgründigen Böden fällt der Ertrag geringer aus. Wie Miscanthus auf solchen Flächen angebaut wird, beschreiben wir genauer in unserem Artikel über marginale und belastete Flächen.
Standortwahl und Bestandesbegründung behandeln wir ausführlicher im Leitfaden „Miscanthus pflanzen und anbauen“.
Biosicherheit
Sterilität und Ausbreitungsrisiko
Miscanthus stammt aus Asien. Wer ihn in Europa großflächig anbaut, muss deshalb wissen, ob die Pflanze verwildern und invasiv werden kann. Bei Miscanthus × giganteus ‚Illinois‘ hängt die Antwort vor allem von seiner Sterilität ab.
Der Klon ‚Illinois‘ ist ein steriler Triploid: Er trägt drei Chromosomensätze und bildet keine keimfähigen Samen. Damit entfällt der wichtigste Weg, auf dem sich Gräser über ein Feld hinaus ausbreiten. Bei fruchtbaren Gräsern verweht der Wind die Samen, oder sie fallen zu Boden und gelangen so in Gräben und Hecken, an Straßenränder und auf Nachbarflächen. Der Klon bringt hohe Erträge und breitet sich dabei, anders als fruchtbare Miscanthus-Typen, nicht über Samen aus. Das ist einer der Hauptgründe, weshalb er für den Biomasseanbau gewählt wird.
Über seine Rhizome kann sich der Klon trotzdem ausbreiten. Der Bestand dehnt sich dabei langsam am Rand aus. Dort ist die Ausbreitung gut zu erkennen und lässt sich mit einem abgestochenen Rand, einem bearbeiteten Streifen oder einem gemähten Vorgewende begrenzen. Eine Ausbreitung durch Wasser lässt sich so jedoch nicht verhindern, denn Hochwasser und Erosion können Rhizomstücke flussabwärts tragen. Bachufer und Grabenränder, die überflutet werden können, sollten Sie deshalb nicht bepflanzen.
Diese Fragen sind für Grundeigentümer, Käufer und Behörden ebenso wichtig wie für Anbauer. Eine Biomasseplantage steht viele Jahre, oft auf großer Fläche. Zur wirtschaftlichen Kalkulation gehört deshalb auch die Frage, ob der Anbau rechtlich zulässig ist, ob sich das Pflanzgut zurückverfolgen lässt und ob der Bestand auf seiner Fläche bleibt. Weil der Klon aus Rhizomen gezogen wird, hängen Anwuchs und Ertrag auf jedem Hektar von der Qualität des Pflanzguts ab.
Die Gattung Miscanthus
Die beiden Elternarten und ihre sterile Hybride
Der Name „Miscanthus“ wird oft so gebraucht, als stünde er für eine einzige Kultur. Er umfasst jedoch mehrere verwandte asiatische Gräser, die im Feld sehr unterschiedliche Eigenschaften haben. Für eine kommerzielle Biomasseplantage kommt es vor allem auf den Genotyp an: ob die Pflanze fruchtbar ist, wie sie sich ausbreitet und ob sich die Herkunft ihres Pflanzguts zurückverfolgen lässt.
Die Elternarten Miscanthus sinensis und Miscanthus sacchariflorus sind fruchtbar und können keimfähige Samen bilden. Der Klon ‚Illinois‘ ist ihre Hybride und, wie oben beschrieben, steril, triploid und ertragsstark.
M. sinensis
Das Chinaschilf ist vor allem als Ziergras bekannt. Es ist fruchtbar, bildet keimfähige Samen und kann sich unter günstigen Bedingungen über die Pflanzfläche hinaus ausbreiten.
M. sacchariflorus
Diese wuchsstarke Art kommt an feuchteren Standorten vor. Sie ist fruchtbar, bildet keimfähige Samen und breitet sich außerdem stark über ihre Rhizome aus. In Teilen Europas gilt sie deshalb als potenziell invasiv und wird mit Vorsicht behandelt.
Herkunft
Woher unser Pflanzgut stammt: die Generationen G0 bis G2
Kommerzielle Miscanthus-Plantagen in der EU werden meist mit dem sterilen triploiden Miscanthus × giganteus angelegt. Die Rhizome dieses Genotyps unterscheiden sich aber je nach Lieferant stark in ihrer Qualität. Wie gut ein Bestand anwächst, hängt wesentlich von dieser Qualität ab, und ein Käufer kann sie vor der Pflanzung prüfen.
Unser Pflanzgut geht auf G0-Material zurück, das im Labor herangezogen, auf Krankheitserreger untersucht und genetisch überprüft wurde. Anschließend vermehren wir es zwei Generationen lang im Feld, als G1 und G2. Pflanzgut ab G3 nehmen wir aus der Vermehrung.
Bei einer kurzen Vermehrungskette lässt sich leichter sicherstellen, dass der Bestand genetisch einheitlich und gesund bleibt und das Pflanzgut rückverfolgbar ist. Außerdem sinkt das Risiko, dass sich Krankheitserreger anreichern oder fremdes Material beigemischt wird. Beides kann vorkommen, wenn eine Linie unbegrenzt weitervermehrt wird.
Genotypwahl
In der Tabelle vergleichen wir den Klon ‚Illinois‘ mit samenvermehrten Miscanthus-Linien und M.-sinensis-Typen, und zwar in den Merkmalen, auf die es bei der Wahl des Pflanzguts vor allem ankommt.
Samenvermehrte Miscanthus-Linien sollten im kommerziellen Biomasseanbau der EU nicht als direkter Ersatz für den Klon ‚Illinois‘ dargestellt werden. Sie sind fruchtbar und bilden Samen; damit stellen sich eigene Fragen zu Rechtslage und Biosicherheit. Ein Anbauer muss den Ertrag und die Anlagekosten solchen Materials kennen und außerdem wissen, ob es registriert und zugelassen ist und ob es kommerziell auf großer Fläche angebaut werden darf.
Der Klon ‚Illinois‘ bleibt der Standard im kommerziellen Biomasseanbau, weil er steril und seit vielen Jahren im Feld erprobt ist und aus rückverfolgbaren Rhizomen gepflanzt wird.
Geschichte & Herkunft
Herkunft des Klons und Forschung in Europa und in den USA
Die Herkunft des kommerziell angebauten Miscanthus × giganteus ist ungewöhnlich gut dokumentiert. Fast jede Linie im Handel geht auf eine sterile Hybride zurück, die der dänische Gärtner Aksel Olsen 1935 aus Japan nach Dänemark brachte. Später wurde die Pflanze als Miscanthus × giganteus bestimmt. Sie ist eine Kreuzung aus Miscanthus sinensis und Miscanthus sacchariflorus.
Weil M. × giganteus keine keimfähigen Samen ansetzt, wird er durch Teilung seiner Rhizome vermehrt. Der kommerzielle Anbau beruht deshalb fast ausschließlich auf einem einzigen bekannten Klon.
Von Japan nach Dänemark
Der Gärtner Aksel Olsen bringt die ursprüngliche sterile Hybride nach Dänemark.
Als M. × giganteus bestimmt
Die Pflanze wird als sterile triploide Hybride aus M. sinensis und M. sacchariflorus bestimmt und über botanische und wissenschaftliche Sammlungen in Europa verbreitet.
Feldversuche mit Miscanthus als Biomassekultur in Europa
Europäische Forscher bringen die Pflanze aus den botanischen Sammlungen auf Versuchsfelder. Programme wie das Miscanthus Productivity Network (MPN) und European Miscanthus Improvement (EMI) untersuchen Anwuchs, Ertrag, Biomassequalität, Verwertungswege und genetische Ressourcen unter sehr unterschiedlichen Bedingungen in Europa.
Gesetzlicher Rahmen und erste Billion-Ton Study in den USA
Mit dem Biomass Research and Development Act von 2000 entsteht auf Bundesebene der Rahmen, in dem das Landwirtschaftsministerium (USDA) und das Energieministerium (DOE) ihre Arbeit zu Biomasse, Bioenergie und Bioprodukten abstimmen. 2005 veröffentlichen DOE und USDA die erste Billion-Ton Study. Darin wird untersucht, ob die Vereinigten Staaten nachhaltig mehr als eine Milliarde US-Tonnen Trockenmasse im Jahr bereitstellen könnten. In der landesweiten Debatte über Biomasserohstoffe geht es von da an auch um ertragsstarke mehrjährige Gräser wie Miscanthus.
Machbarkeitsstudien in Illinois
An der University of Illinois prüfen Forscher, ob M. × giganteus in Illinois wachsen, mehr Ertrag als Rutenhirse bringen und im Feld das in Modellen berechnete Ertragspotenzial erreichen kann.
Feldforschung in Illinois und der Handelsname des Klons
Forscher der University of Illinois beginnen langfristige Feldversuche mit M. × giganteus als Biomasserohstoff. Der Handelsname ‚Illinois‘ geht auf diese Forschung zurück. Damit liegen für den europäischen Klon auch fast drei Jahrzehnte Feld- und Bioenergieforschung aus den USA vor.
Große Fördersummen für die Bioenergieforschung in den USA
Die US-Bioenergieforschung geht von Modellrechnungen zu Forschung im großen Maßstab über. Das DOE finanziert neue Bioenergy Research Centers. BP sagt dem neuen Energy Biosciences Institute 500 Millionen Dollar zu; die University of Illinois ist einer der Hauptpartner. Miscanthus gehört zu den mehrjährigen Rohstoffpflanzen, die für zellulosebasierte Kraftstoffe und biobasierte Produkte geprüft werden.
Eine Ertragsstudie aus Illinois
Emily Heaton, Frank Dohleman und Stephen Long veröffentlichen „Meeting US biofuel goals with less land: The potential of Miscanthus“. Die Autoren zeigen, dass M. × giganteus hohe Biomasseerträge bringen könnte und dafür weniger Fläche bräuchte als herkömmliche einjährige Kulturen. Durch diese Arbeit wird die Kultur in der US-Bioenergieforschung weithin bekannt.
Neue Billion-Ton-Berichte in den USA und Genotypversuche in Europa
Im US Billion-Ton Update und im Billion-Ton Report von 2016 wird das nationale Modell des Biomasseangebots verfeinert; Miscanthus zählt darin zu den eigens angebauten krautigen Energiepflanzen. Im europäischen Projekt OPTIMISC wird neues Miscanthus-Zuchtmaterial unter vielen verschiedenen Klima- und Bodenbedingungen mit dem Standardklon M. × giganteus verglichen. Die Ergebnisse erweitern das Wissen über die Wahl des Genotyps, den Anbau auf Grenzertragsflächen, den Erntezeitpunkt, die Biomassequalität und die passende Verwertung.
CABBI, GRACE und biobasierte Wertschöpfungsketten
Das US-Energieministerium gründet CABBI, das Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation mit Sitz in Illinois. Dort reicht die Arbeit an Miscanthus von der Genetik über verbesserte Rohstoffpflanzen bis zur Umwandlung und zu Bioprodukten. Im europäischen Demonstrationsprojekt GRACE werden Miscanthus und Hanf großflächig auf ertragsschwachen, belasteten und ungenutzten Flächen angebaut, und der Anbau wird mit industriellen Wertschöpfungsketten verknüpft.
Der Klon ‚Illinois‘ hat also eine bekannte Herkunft. Aus Europa liegen Felddaten aus mehreren Jahrzehnten vor, an der University of Illinois wird er seit fast drei Jahrzehnten erforscht, und in den Billion-Ton-Studien der USA ist er berücksichtigt. Wer eine Fläche für 15–20 Jahre mit einer Biomasseplantage belegt, kann sich deshalb auf veröffentlichte Erträge stützen, die an derselben Pflanze gemessen wurden. Voraussetzung ist, dass sich das eigene Pflanzgut auf den Klon zurückverfolgen lässt.
Häufig gestellte Fragen
Quellen
- Heaton, E. A., Dohleman, F. G. & Long, S. P. (2008). Meeting US biofuel goals with less land: the potential of Miscanthus. Global Change Biology, 14(9).
- Hodkinson, T. R. & Renvoize, S. (2001). Nomenclature of Miscanthus × giganteus (Poaceae). Kew Bulletin, 56(3).
- U.S. Department of Energy (2016). 2016 Billion-Ton Report. DOE EERE.
- Verordnung (EU) 2016/2031 über Maßnahmen zum Schutz vor Pflanzenschädlingen. EUR-Lex.
