Influence of senescence on the differentiation of the ingredients of grain legume straw as a basis for the calculation of theoretical biogas potentials
Der Einsatz von Getreidekorn oder Mais als Substrat für die Biogasanlage wird durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) zukünftig schrittweise auf maximal 44 % begrenzt (EEG, 2017, § 39 h). Zusätzlich hierzu wird bei den meisten bestehenden und neuen Anlagen die Festvergütung entfallen, was eine weitere Herausforderung hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit von Substraten darstellt. Koppelprodukte aus der Landwirtschaft stellen eine bisher weitestgehend ungenutzte, kostengünstige Alternative dar. Für einen erfolgreichen Einsatz von strohartigen und damit lignozellulosereichen Substraten in Biogasanlagen ist es jedoch notwendig, Daten zum Biogaspotential zu generieren. Den bisherigen hauptsächlichen Anbaureiz bei Körnerleguminosen stellt der Vorfruchtwert der Kultur dar (Zerhusen-Blecher et al., 2016). Die Nutzung dieses Koppelprodukts in Biogasanlagen könnte einen zusätzlichen Anbaureiz schaffen und die Wirtschaftlichkeit von Körnerleguminosen verbessern. Um die Auswirkung der zunehmenden Seneszenz auf die Inhaltsstoffe des Strohs bei Körnerleguminosen zu prüfen, wurden jeweils drei Genotypen von Futtererbsen Pisum sativum L. und Ackerbohnen Vicia faba L. in zwei Jahren, an zwei Standorten in vierfacher Wiederholung zu unterschiedlichen Terminen geerntet und als Stroh oder Strohsilage konserviert. Die Termine sollten die Zeitspanne von einer beginnenden Druschreife (BBCH 84 – 89), zur Druschreife (BBCH 89 – 94) und später Druschreife (BBCH 96 – 98) bis hin zur vollständigen Totreife (BBCH 99) abdecken. Die Untersuchung der Inhaltsstoffe umfasste den Rohprotein-, Hemizellulose-, Zellulose- und Ligningehalt nach van Soest. Anhand dieser Inhaltsstoffe wurden theoretische Biogaspotentiale berechnet. Die Untersuchungen ergaben bei beiden Arten eine Abnahme des Rohproteingehalts mit zunehmender Seneszenz. Bei den anderen Inhaltsstoffen gab es Unterschiede zwischen den Arten und Konservierungsverfahren. Der Hemizellulosegehalt lag, durch die Silierung abgebaut und zu organischen Säuren umgewandelt, bei den Silagen unterhalb der Gehalte im Stroh, trotz identischem Ausgangsmaterial. Insgesamt wurde eine Zunahme der Gerüstsubstanzen mit fortschreitender Seneszenz festgestellt. Die theoretischen Biogaspotentiale nahmen mit fortschreitender Seneszenz zu oder blieben davon unbeeinflusst. Es wurden Biogasausbeuten von etwa 530 l/kg TM und Methangasausbeuten von etwa 265 l/kg TM berechnet, dies entspricht etwa 75 % der Methangasausbeute von Silomais (Karpenstein-Machan, 2005). Die Sortenunterschiede waren bei den Gasausbeuten der Ackerbohnen gering, daher ist der Strohertrag ein wichtigerer Parameter für die Nutzung als Biogassubstrat. Bei den Ackerbohnen sind die Sorten Fuego und Tiffany zu empfehlen, da hier die Stroherträge gesichert höher waren als die der Sorte Taifun. Bei den Erbsen hatte die Sorte Respect einen höheren Strohertrag und etwas höhere Gasausbeuten als die anderen Sorten, jedoch konnte diese Sorte nicht vollständig geprüft werden, weshalb keine Sortenempfehlung gegeben wird.The use of cereal grains or maize as substrate for the biogas plant will in future be gradually limited to a maximum of 44 % by the Renewable Energy Sources Act (EEG, 2017, § 39 h). In addition, the fixed payment will no longer apply to most existing plants and new plants, which represents a further challenge with regard to the economic efficiency of substrates. Co-products from agriculture represent a so far largely unused, cost-effective alternative. Up to now, the main motivation for growing grain legumes has been the preceding crop value of the crop (Zerhusen-Blecher et al., 2016). The use of this co-product in biogas plants could provide an additional cultivation inducement and improve the profitability of grain legumes. However, for a successful use of straw-like and thus lignocellulose-rich substrates in biogas plants it is necessary to generate data on the biogas potential. In order to test the effect of increasing senescence on straw ingredients in grain legumes, three genotypes each of field peas Pisum sativum L. and field beans Vicia faba L. were harvested at different dates and conserved as straw or straw silage in two years, at two locations with four repetitions. Harvesting dates should cover the period from beginning of threshing maturity (EC 84–89), to threshing maturity (EC 89–94) and later threshing maturity (EC 96–98) until complete dead maturity (EC 99). The examination of the ingredients included the crude protein, hemicellulose, cellulose and lignin content according to van Soest. Based on these ingredients, theoretical biogas potentials were calculated. The investigations showed a decrease of the crude protein content with increasing senescence in both species. For the other ingredients, there were differences between the species and preservation methods. The hemicellulose content degraded by ensiling and converted to organic acids was lower in the silages than in the straw, despite the same starting material. Overall, an increase in the structural substances with progressive senescence was observed. The theoretical biogas potentials increased with progressive senescence or remained unaffected by it. Biogas yields of about 530 l/kg DM and methane gas yields of about 265 l/kg DM were calculated, which is about 75 % of the methane gas yield of silage maize (Karpenstein-Machan, 2005). The differences in the gas yields of field bean varieties were small, therefore straw yield as a parameter for use as biogas substrate is more important. For field beans, the varieties Fuego and Tiffany are recommended, since the straw yields were significantly higher than those of the variety Taifun. For peas, the variety Respect had a higher straw yield and slightly higher gas yields than the other varieties, but this variety could not be completely tested, which is why no variety recommendation is given
