19
Katharina Winter_project coordina1on EVA_TLL_may 2014 • 01.10.2014 • Alkmaar • 1 Experiences from the EVAProject "Joint project: development and comparison of op1mized cul1va1on systems for the agricultural produc1on of energy crops under different local condi1ons within Germany“ Katharina Winter EVAProject Coordina1on Thüringer Landesanstalt für LandwirtschaR Jena, Germany

Experiences from the EVA Project - Katharina Winter

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Presentation given at the Conference of the European Biogas Association 2014.

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Energy  Crops  benefits  Soil  Improvement?    Basic  views  of  the  EVA-­‐project  

Katharina  Winter_project  coordina1on  EVA_TLL_may  2014                                                                                                                                                  •  01.10.2014  •  Alkmaar  •  1  

 Experiences  from  the  EVA-­‐Project  "Joint   project:   development   and   comparison   of                  op1mized  cul1va1on  systems  for  the  agricultural    produc1on   of   energy   crops   under   different   local                                  condi1ons  within  Germany“  

   

Katharina  Winter  EVA-­‐Project  Coordina1on  Thüringer  Landesanstalt    

für  LandwirtschaR    Jena,  Germany  

 

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Katharina  Winter_project  coordina1on  EVA_TLL_may  2014    Katharina  Winter    •  EVA  Project  Coordina1on  •  01.10.2014  •  Alkmaar  •  2  

   

EVA-­‐project  partner  and  test  fields  within  Germany                                

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Katharina  Winter_project  coordina1on  EVA_TLL_may  2014  Katharina  Winter  •  EVA  Project  Coordina1on  •  01.10.2014  •  Alkmaar  •  3  

Nuclear power and fossil fuels no thanks German  Renewable    Energies  Act  since  2000    nearly  8000  biogas            plants  in  2014    

   

3  

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Katharina  Winter_project  coordina1on  EVA_TLL_may  2014  Katharina  Winter    •  EVA  Project  Coordina1on  •  01.10.2014  •  Alkmaar  •  4  

4  

substrates  for  the  biogas  plants    consist    of  50  %  agricultural  crops                                  land-­‐use  change:  2.4  mio  ha    cul1va1on  of  renewable  resources  =1/5  of  the  arable  land            (1.2  mio  ha  crops  for  biogas  substrates)  

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5  

most  produc1ve  crop  with  the  highest  methane  yield  →  maize  

                 

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6  

Land-­‐use  change:    800  000  ha  or  30  %  more  cul1va1on  of  maize,  within  6  years  

                 

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Energy  Crops  benefits  Soil  Improvement?    Basic  views  of  the  EVA-­‐project  

Katharina  Winter_project  coordina1on  EVA_TLL_may  2014  Katharina  Winter  •  EVA  Project  Coordina1on  •  01.10.2014  •  Alkmaar  •  7  

7  

The  German  Government  funds  the  EVA-­‐project  with  the  objec1ve:      

•  sustainable  cul1va1on  systems  of  energy  crops  •  considera1on  of  protec1ve  goods:  biodiversity,  water,  soil,  climate      •  prospect  for  maintaining  farms  

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   EVA  crop  rota1ons  

 

             data:  dry  maber  yields,  methane  yields,  contribu1on  margin,  plant  health  of  winter  wheat  

8  

EVA  II  2009-­‐2013  

crop

 rotaCo

n  

   01                                                                                including  C3/C4-­‐

plants  and  summer-­‐  

intermediate  crops  

02                                                          including  C3/C4-­‐  plants  with  50  %  

cash  crops  

 03                                                        including  C3/C4-­‐  

plants  and  summer-­‐  and  

winter-­‐  intermediate  

crops  

     04                              including  forage  

mixtures  

 05                                                          including  C3/C4-­‐  plants  with  50  %  

cash  crops  

   07                                                  maize  rota>on  as  

referenece  

2009   Winter  Barley      Sorghum     Sorghum   Maize   Summer  Barley   Oats  mixture   Maize  

                           

2010   Maize   Winter  Rye      Maize  

Winter  Rye      Sorghum   Forage  Crops   Winter  TriCcale   Maize  

                           

2011   Winter  TriCcale        Phacelia     Winter  Tri>cale   Winter  TriCcale        

anual  Ryegrass     Forage  Crops   Winter  Oilseed  Rape   Maize  

                           

2012   Winter  Wheat*   Winter  Wheat*   Winter  Wheat*   Winter  Wheat*   Winter  Wheat*   Winter  Wheat*  

bold  =  whole-­‐crops  for  substrates,    standard  =  cash  crop  produc1on  *  in  Brandenburg  and  Sachsen  winter  rye  instead  of  winter  wheat  

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9  

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results  from  the  EVA-­‐test  field  in  Thüringen  (Dornburg):    dry  maber  and  methane  yield  

                         

10  

figure:  J.  Eckne

r,  mod

ified

   

mean  values  from

 2005-­‐2013  (E

VA  I  and  EV

A  II)  

                                               change  in  th

e  CR

-­‐systems  in  CR

01          

 

0  

2000  

4000  

6000  

8000  

10000  

12000  

14000  

16000  

18000  

CR01  EVA

 I  

CR01  EVA

 II  

CR02  m

ean  

EVA  II  

CR03  m

ean  

EVA  II  

CR04  m

ean  

EVA  II  

CR05  m

ean  

EVA  II  

CR07  m

ean  

EVA  II  

0  

10  

20  

30  

40  

50  

60  

Metha

ne  yield  [N

m³  C

H4/ha]  

Dry  maR

er    yield  [M

g  DM

/ha]  

Dry  maber  yield  

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Results  from  the  EVA-­‐test  field  in  Thüringen  (Dornburg):    EVA-­‐contribu1on  margin                                        

11  

figure:  J.  Eckne

r,  mod

ified

   

 mean  values  from

 2005-­‐2013  (E

VA  I  and  EV

A  II)  

                                               change  in  th

e  CR

-­‐systems  in  CR

01          

707  €  

1,055  €  

881  €  

624  €   21

9  €  

-­‐87  €  

955  €  

1,128  €  

1,311  €  

1,308  €  

1,657  €  

1,502  €  

-­‐400  

0  

400  

800  

1200  

1600  

2000  

CR01  EVA

 I  

CR01  EVA

 II  

CR02  m

ean  

EVA  II  

CR03  m

ean  

EVA  II  

CR04  m

ean  

EVA  II  

CR05  m

ean  

EVA  II  

CR07  m

ean  

EVA  II  

-­‐12  

-­‐2  

8  

18  

28  

38  

48  

58  

EVA-­‐contrib

uCon

 margin    [€

/ha]  

Dry  maR

er  yield  [M

g  DM

/ha]  

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Results  from  the  EVA-­‐test  field  in  Thüringen  (Dornburg):    indicators  for  ecological  evalua1on                                            

12  

Data:  ZALF  

CR01 CR02 CR03 CR04 CR05 CR07

Humus                                                                            [kg  Corg/(ha*a)]1

-­‐271 -­‐61 -­‐256 321 -­‐32 -­‐353

water  consumption  [mm/a]2

394 373 393 392 395 431

GHG-­‐emissions/product      [kg  CO2-­‐eq./(GJ  CH4*a)]3

5,0 8,5 5,8 4,0 7,2 4,2

GHG-­‐emissions/area  unit  [kg  CO2-­‐eq./ha*a]3

2,4 2,2 2,6 1,5 1,8 2,3

energy  input                    [GJ/(ha*a)]4

25,5 23,3 27,5 17,8 19,5 23,3

EROI    (energy  return  on  energy  investment)4

4,8 3,0 4,0 5,4 3,3 5,9

biotic  indicatorshabitat  for  birds  (breeding)      

4  species  51,71 1,37 1,56 2,55 1,47 1,14

habitat  for  birds  (food)                  3  species  5 2,65 2,31 2,72 5,02 1,32 1,74

1  VDLUFA  calculation,  modified2  =evapotranspiration,  modeled  with  MONICA3  modeled  with  MiLA  (ISO  14040) negativ  effect  4  modeleld  with  MiLA  (VDI  4600) positiv  or  less  negativ  effect5  index  calculated  with  HVM

abiotic  indicators

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Katharina  Winter_project  coordina1on  EVA_TLL_may  2014  Katharina  Winter•  EVA  Project  Coordina1on  •  01.10.2014  •  Alkmaar  •13    

     Summary  for  Thüringen:          Maize  as  a  3  year  series  (CR07)      •       furthermore    the  most  profitable  crop  for  substrate  produc1on    for  biogas                            plants.  •       worst  effects  on  environmental  indicators,  like  humifica1on,  water                    consump1on  and  biodiversity,  but  the  best  EROI  value.                                                                                                                                                                                        CR04  with  summer  barley  and  biennial  forage  crops  (alfalfa-­‐grass-­‐mixture)    •       85  %  dry  maber  yield  of  CR07    •       second  best  economic  results  without  cash  crops  (75  %  contribu1on  margin  of  CR07)    •       posi1ve  effects  on  humifica1on    •       indicator  for  biodiversity  are  posi1ve  compared  with  all  other  CRs.    •       energy  input  and  GHG  emissions  has  the  lowest  values.      …combina1on  ...            

13  

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14  

EVA  I+II  2005-­‐2013  

site-­‐specific  crop  rota1on  yields    

0  

10  

20  

30  

40  

50  

60  

70  

Bayern  

Sachsen-­‐An

halt  

Thüringen  

Bade

n-­‐Würbem

berg  

Mecklen

burg-­‐

Vorpom

mern  

Brande

nburg  

Sachsen  

Niede

rsachsen

 

[Mg  DM

/ha]  

yields  of  5  crop  rotaCons  (2005-­‐2013)  

CR01  

CR02  

CR03  

CR04  

CR05  

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                                 crop  rota1ons  include  combina1ons  of    C3-­‐plants    (maize,  sorghum)  and  C4-­‐plants  (cereals,  grass,  legumes  etc.)  like  in  CR01  and  CR03  show  high  yield  at  every  site  →  reducing  cul1va1on  risks  (weather)  …high  yields  but  reduced  humificaCon.              

15  

figure:  L.  B

oese,  2013  

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Katharina  Winter_project  coordina1on  EVA_TLL_may  2014  Katharina  Winter•  EVA  Project  Coordina1on  •  01.10.2014  •  Alkmaar  •16    

General  results:    •  Maize  is  furthermore  the  most  profitable  crop  for  substrate            

produc1on  

•  Op1mal  culCvaCon  systems  for  stable  biomass  yields  combined  maize/sorghum  (C4)  with  cereal  whole  crop  use  (C3)  

•  Sorghum  is  preferable  in  drough  regions      •  Site  specific  forage  crops  (  grass  and  clover-­‐grass  mixtures  in        

regions  with  precipita1on  of  650  mm/a  and  more;  alfalfa  and  alfalfa-­‐  grass  mixtures  in  regions  with  less  precipita1on)    

         could  produce  sa1sfactory  results  

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sustainable  agriculture      •  stable  organic  carbon  contents  for  soil    conserva1on  (erosion  

preven1on)    •  nutrient  holding  capaci1es  (reducing  N-­‐leaching  for  water  

protec1on)    •  Benefits  for  biodiversity  (perennial  crops  for  food  and  

breeding  habitats)    →perennial  forage  crops  →nurse  crops  →green  manure      

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         First  I  thank  all  my  EVA  collegues  from  the  different  ins1tu1ons  for  their                        brilliant  work.  •  Landesforschungsanstalt  für  LandwirtschaR  und  Fischerei  (LFA),  Mecklenburg-­‐Vorpommern  •  Sächsisches  Landesamt  für  Umwelt,  LandwirtschaR  und  Geologie  (LfULG),  Sachsen  •  LandwirtschaRliches  Technologiezentrum  Augustenberg  (LTZ),  Baden-­‐Würbemberg  •  Technologie-­‐  und  Förderzentrum  im  Kompetenzzentrum  für  Nachwachsende  Rohstoffe    

(TFZ),  Bayern  •  Thüringer  Landesanstalt  für  LandwirtschaR  (TLL),  Thüringen  •  LandwirtschaRskammer  Niedersachsen  (LWKNS),  Niedersachen  •  Landesamt  für  Ländliche  Entwicklung,  LandwirtschaR  und  Flurneuordnung  (LELF),  

Brandenburg  •  Leibniz-­‐Ins1tut  für  Agrartechnik  Potsdam-­‐Bornim  (ATB),  Brandenburg    •  Landesanstalt  für  LandwirtschaR,  Forsten  und  Gartenbau  (LLFG),  Sachsen-­‐Anhalt  •  Fachhochschule  Kiel,  Schleswig-­‐Holstein  •  Justus-­‐Liebig-­‐Universität  Gießen,  Hessen  •  Leibniz-­‐Zentrum  für  AgrarlandschaRs-­‐  und  Landnutzungsforschung  (ZALF),  Brandenburg  •  Universität  Kassel,  Hessen  •  Julius-­‐Kühn-­‐Ins1tut,  Braunschweig,  Niedersachsen  

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Katharina  Winter_project  coordina1on  EVA_TLL_may  2014  Katharina  Winter  •  EVA  Project  Coordina1on  •  01.10.2014  •  Alkmaar  •19  

…..and  the  FNR  (Agency  for  Renewable  Resources)  and  BMEL  (Federal  Ministry  of  Food  and  Agriculture,  Germany)  for  funding  this  project.        Then  I  want  to  thank  the  EBA  for  the  invita1on.        

And  last  but  not  least  I  thank  you  for  your  aben1on.    

19