Paludikulturen für Niedermoorböden in Bayern - Etablierung, Klimarelevanz & Umwelteffekte, Verwertungsmöglichkeiten und Wirtschaftlichkeit (MOORuse)

Die landwirtschaftliche Entwässerung und Intensivierung hat dazu geführt, dass Moorflächen in Europa zu „hot spots“ für Treibhausgasemissionen geworden sind. Die konventionelle Moornutzung trägt dabei mit ca. 4,9 % zu den nationalen Gesamtemissionen bei. Neben der Emission von klimaschädlichen Gasen führt die Entwässerung und landwirtschaftliche Nutzung der Moore zum Verlust standorttypischer Biodiversität, dem Verlust der Wasserrückhaltefunktion sowie zur Belastung des Grund- und Oberflächenwassers.

Zahlreiche Forschungsprojekte haben gezeigt, dass die Wiedervernässung und Extensivierung degradierter Moorflächen die einzige effiziente Maßnahme zum dauerhaften Klima- und Artenschutz darstellt. Da dies häufig mit einer Nutzungsbeschränkung oder Aufgabe der Flächen einhergeht, besteht zumeist nur eine geringe Akzeptanz bei den Landbesitzern, Renaturierungsmaßnahmen durchzuführen. Entgegen der klassischen Renaturierung von Moorflächen bieten Paludikulturen moorschonende, standortangepasste Nutzungsalternativen, welche mit einer Teil- oder Wiedervernässung kombiniert werden. Dabei können neben der Produktion von nachwachsenden Rohstoffen die natürlichen Ökosystemfunktionen wiederhergestellt werden. Zudem wird angenommen, dass Paludikulturen aufgrund der natürlich hohen Grundwasserstände zu einer deutlichen Reduktion der Treibhausgas-Emissionen führen und somit wesentlich zum Klimaschutz beitragen können.

Bewirtschaftete Moore sind die größten Kohlenstoffquellen in der Landschaft. Am günstigsten für Klima, Biodiversität und Wasserrückhalt wäre eine vollständige Renaturierung. Diese geht aber auf Kosten der Nutzungserfordernisse und ist daher nicht flächendeckend umsetzbar.

Übergeordnete Fragestellung

• Wie kann es gelingen, die Umweltauswirkungen der derzeitigen Bewirtschaftung zu verringern und dennoch eine produktive nasse Nutzung auf Mooren zu entwickeln?

Teilfragestellungen

• Etablierung: Welche Verfahren eignen sich für die Etablierung und wie gut lassen sich Paludikulturen (Nass-Bewirtschaftung) im operativen Betrieb in die Fläche bringen?
• Umweltwirkungen: Wie wirken sich unterschiedliche Paludikulturen bei unterschiedlichen Wasserständen auf Klimarelevanz und Biodiversität aus?
• Verwertung: Welche stofflichen oder thermischen Verwertungsmöglichkeiten von unterschiedlichen Paludikulturen bestehen?
• Können Paludikulturen wirtschaftlich tragfähig in den landwirtschaftlichen Betrieb integriert werden? Welche regionalen Wertschöpfungsketten sind möglich?
• Lassen sich die gewonnen Ergebnisse auf andere Standorte übertragen?

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, neue nachhaltige Nutzungsmöglichkeiten für Niedermoore zu erarbeiten, die sowohl die ökologischen Funktionen (Biodiversität, Wasserhaushaltsregulierung, etc.) berücksichtigen und fördern, die fortschreitende Mineralisierung des vorhandenen Torfkörpers verhindern (weitgehend klimaneutrale Treibhausgasbilanz), wirtschaftlich tragfähig sind und in regionale Wertschöpfungsketten integriert werden können. Das Projekt gliedert sich in vier Haupt-Module die jeweils unterschiedliche Teilfragestellungen beinhalten.

Ein wesentlicher Schwerpunkt des Forschungsvorhabens liegt auf der Erarbeitung eines Handlungsleitfadens für die erfolgreiche Etablierung von Rohrkolben, Schilf, Rohrglanzgras und verschiedenen Großseggen. Da für großflächige Etablierungen aus wirtschaftlicher Sicht vermutlich nur die Saat infrage kommt, wird neben verschiedenen Saatstärken auch die Saatgutgewinnung von autochthonem Pflanzmaterial im Freisinger Moos getestet. Da von einigen Arten bekannt ist, dass sie sich nur schlecht generativ vermehren, wird parallel ebenfalls die vegetative Vermehrung und die Etablierung mittels Pflanzung getestet und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit überprüft. Wie bei der Saat-Variante, werden bei der Pflanzung ebenfalls unterschiedliche Pflanzverbände geprüft. Zudem wird der Einfluss des Grundwasserstandes auf den Etablierungserfolg sowie die Biomasse-Entwicklung untersucht. Die Etablierungsversuche werden ausschließlich im Testgebiet Freisinger Moos durchgeführt. Anhand der erzielten Ergebnisse werden die besten Etablierungsstrategien in Abhängigkeit der Pflanzenart auf die beiden weiteren Testgebiete (Schwäbisches und Bayerisches Donaumoos) übertragen, um dort großflächige Demonstrationsflächen im landwirtschaftlichen Maßstab anzulegen.

Im Freisinger Moos werden auf einem bisher intensiv bewirtschafteten Grünland in großflächigen Spundwandbecken die vier unterschiedlichen Paludikultur-Pflanzen (Rohrkolben, Gemeines Schilf, Rohrglanzgras, Großseggen) hinsichtlich ihrer Klimawirksamkeit entlang eines Wasserstands-Gradienten untersucht. Dafür werden die Flüsse von CO₂, CH₄ und N₂O im 2 – 4 tägigem Rhythmus mittels einer automatisieren Messvorrichtung erfasst und durch empirische Modellierung Treibhausgasbilanzen sowie Kohlenstoffbilanzen berechnet.

Die Gesamtbilanzierung des Kohlenstoffhaushalts gibt dabei Aufschluss, ob die entsprechende Paludikultur bzw. der Moorkörper netto an Kohlenstoff verliert, neutral ist oder evtl. sogar eine Senke darstellt. Im Gegensatz zur C-Bilanz gibt die Treibhausgasbilanz einen Aufschluss, inwieweit das System klimaerwärmend, klimaneutral bzw. sogar klimakühlend wirkt. Durch eine sehr präzise Grundwassersteuerung und die automatisierte Messtechnik wird erwartet, dass bereits bestehende Spurengasaustauschmodelle wesentlich verbessert werden können und somit eine deutliche Reduktion in den Modellunsicherheiten erreicht werden kann. Die optimierten Spurengas-Modelle sollen im Anschluss in den Donaumoos-Testgebieten validiert werden.

Neben der Klimawirksamkeit wird in Modul 2 auch die Veränderung der Biodiversität untersucht. Ziel ist es, die naturschutzfachliche Wertigkeit der Nutzungsänderung hinsichtlich der floristischen und faunistischen Biodiversität bewertbar zu machen. Dafür werden regelmäßige Vegetationsaufnahmen durchgeführt und anhand von Umweltvariablen (z. B. Wasserstand, Torfmächtigkeit, Nährstoffversorgung, etc.) werden Ähnlichkeiten und Unterschiede der Vegetationsentwicklung und deren Steuerfaktoren in den verschiedenen Varianten mittels Klassifikations-, Ordi­nationsverfahren sowie Clusteranalysen identifiziert. Zusätzlich werden für die Einschätzung der Effekte auf die faunistische Biodiversität Revierkartierungen der Avifauna sowie von Heuschrecken vorgenommen.

Neben der Prüfung klassischer Verwertungsschienen (Verbrennung oder Biogas) werden auch neue, innovative Verwertungsmöglichkeiten (z. B. Torfersatzstoffe, Dämmung, Biogene Polymere) der anfallenden Biomasse getestet bzw. entwickelt.

Thermische Verwertung

Die Brennstoffanalyse soll an unterschiedlichen Pellet-Brennstoffen sowie Häckselgutchargen, die aus der Paludikultur-Biomasse hergestellt werden, erfolgen. Mittels Feuerungsversuchen werden der Wirkungsgrad, die Ascheeigenschaften (u. a. Agglomerationen, Anbackungen, Restkohlenstoff), die limitierten und unlimitierten Abgaskomponenten (CO, C_org, NO_x, O₂, SO₂, HCl, CH₄ und Staub) sowie die Notwendigkeit einer sekundären Abgasnachbehandlung untersucht.

Biogasnutzung

Schlüsselparameter zur Beurteilung der Eignung eines Substrates für die Verwendung in einer Biogasanlage sind der spezifische Biogas- oder Methanertrag (LN/kg oTM) sowie der Biogas- oder Methanertrag pro Fläche (m³/ha). In dem Teilmodul werden der spezifische Biogas- und Methanertrag der unterschiedlichen Paludikultur-Arten in Abhängigkeit von Schnittzeitpunkt und unterschiedlichen Substrat-Aufbereitungen ermittelt sowie Versuche zum Langzeitverhalten und der Prozessstabilität der spezifischen Gaserträge und -qualitäten der einzelnen Paludikulturen durchgeführt.

Torfersatzstoffe

Um die Eignung der geernteten Paludikulturen als Torfersatzstoff zu ermitteln, werden verschiedene Aufbereitungsverfahren (mechanische Aufbereitung durch Zerkleinerung, Kompostierung des zerkleinerten und des aufgefaserten Häckselgutes, Verkohlung des zerkleinerten Häckselgutes mittels hydrothermaler Carbonisierung (HTC) und mittels Pyrolyse miteinander verglichen. Dabei wird sowohl von unbehandeltem Häckselgut (primäre Verwertung) als auch von festen Rückständen der Biogasgewinnung (Kaskadenverwertung) ausgegangen.

Biogene Polymere

Ziel dieses Projektteils ist die Entwicklung eines Naturfaserverbundwerkstoffs mit Typha- und Seggenfasern. Dafür werden Rohfasern durch gezielte Mahlung soweit aufbereitet, dass sie sich für die Compoundierung mit Biokunststoffen eignen. Ein daraus hergestelltes Granulat soll eine kontinuierliche Extrusion als Strang und den Spritzguss in Formteile erlauben.

Dämm- und Baustoffe

In dem Teilmodul werden aus der Blattmasse des Rohrkolbens Dämmstoffplatten gefertigt, die zusätzlich statische Funktionen erfüllen können. Dabei werden unterschiedliche organische Kleber hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Wärmeleitfähigkeit, bauphysikalische Größen sowie Brandschutz- und akustische Eigenschaften getestet.

Ziel des Einsatzes von Paludikulturen ist die weitestgehende Wiederherstellung der ökologischen Serviceleistungen von natürlichen Mooren bei gleichzeitigem Erhalt der landwirtschaftlichen Produktionsfunktion ehemaliger trockengelegter Moorstandorte. Die Bewertung der Wirtschaftlichkeit des Einsatzes der vier im Projekt untersuchten Paludikulturen wird sich deshalb an der „Wiederherstellungskostenmethode“ orientieren. Darüber hinaus gilt es die Nicht-Gebrauchswerte – aber auch nicht monetär bewertbare Folgen der Wiederherstellung von Mooren mittels der untersuchten Paludikulturen – auf der Ebene des Einzelbetriebes zu erheben. In diesem Modul sollen dafür die Nutzungsmöglichkeiten aller vier im Projekt bearbeiteter Paludikultur-Pflanzenarten zunächst hinsichtlich ihrer einzelbetrieblichen Wirtschaftlichkeit untersucht werden.

Dabei wird für die Untersuchungsstandorte zunächst analysiert, welche Kulturen aus der bisherigen Nutzung durch die Paludikulturen aus der Produktion genommen werden würden und welche monetär bewertbaren Einkommensänderungen damit verbunden wären. Als ganze oder teilweise Kompensation lassen sich jedoch neue Einkommensbeiträge aus den Paludikulturen erzielen. Hierbei ist zu klären, welche der vier untersuchten Paludikulturen als ganze oder teilweise Substitute für die auf den gleichen Standorten bisher angebauten Kulturen dienen können und welche Auswirkungen auf die Einkommensbeiträge aus der Landwirtschaft sich daraus für die jeweiligen Standorte ableiten lassen.

Sofern für einzelne bisherige Nutzungen von Moorstandorten keine der vier untersuchten Paludikulturen als Substitut in der bisherigen Betriebsorganisation in Frage kommt, ist die Frage zu klären, welche Investitionen/Betriebsumstellungen notwendig wären, damit die in ihrem Einkommensbeitrag standortspezifisch bestmögliche Paludikultur für eine neue Betriebsausrichtung genutzt werden könnte. Darüber hinaus gilt es, die volkswirtschaftlichen Auswirkungen mittels geeigneter Wohlfahrtsmaße zu quantifizieren. Dafür werden ökonomische Bewertungen ökologischer Leistungen durch die Paludikulturen sowie der konventionellen Landbewirtschaftung vorgenommen. Anschließend werden die gewonnenen Ergebnisse der einzelnen Testflächen auf ihre Übertragbarkeit hin überprüft und regionale Handlungsoptionen abgeschätzt.