mini|Miscanthus × giganteus auf einem Feld in Nordrhein-Westfalen
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 über Dänemark nach Mitteleuropa eingeführt.
Riesen-Chinaschilf verfügt über den sogenannten C4-Metabolismus, eine unter bestimmten Umweltbedingungen besonders ergiebige Form der Photosynthese; daher zeichnet sich die Pflanze, verglichen mit den C3-Pflanzen, unter bestimmten klimatischen Bedingungen durch eine besonders hohe Biomasseleistung aus. 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.
Eine 2015 erschienene Review-Studie ergab, dass Riesen-Chinaschilf eine der drei ertragreichsten Energiepflanzen ist. Höhere Erträge wurden nur durch Pfahlrohr (Arundo donax) und Napiergras (Pennisetum purpureum) erzielt, wobei deren höhere Erträge nur an einer begrenzten Zahl von Standorten erzielt wurden und deshalb noch durch weitere Studien bestätigt werden müssen.A. Laurent, E. Pelzer, C. Loyce, D. Makowski, Ranking yields of energy crops: A meta-analysis using direct and indirect comparisons. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 46, (2015), 41–50, S- 47f, doi:10.1016/j.rser.2015.02.023.
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 ergiebige Photosynthese aus, die zu einer starken Biomasseproduktion führt. Dabei werden pro Megajoule absorbierter Strahlung etwa 2,5 Gramm Biomasse gebildet.Pude 2006
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 Pflanze kann in warmen Sommern auch 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.
Taxonomie Miscanthus × giganteus , veröffentlicht 2001 durch Trevor R. Hodkinson und Stephen Andrew Renvoize in Kew Bulletin Band 56, Teil 3, S. 759, ist aus der Kreuzung von Miscanthus sacchariflorus × Miscanthus sinensis hervorgegangen. Sein heute gültiger Name ist Miscanthus × longiberbis , veröffentlicht 1917 durch Takenoshin Nakai in Botanical Magazine, Tokyo [Shokubutsu-gaku zasshi], Band 31, S. 12. Synonyme sind: Miscanthus matsumurae var. longiberbis , Miscanthus hackelii var. breviberbis und Miscanthus × ogiformis .
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 möglicher Biomasselieferant, sondern auch als Faserpflanze untersucht. Wegen des möglichen hohen Trockenmasseertrages (15 bis 25 Tonnen je Hektar nach Versuchen des baden-württembergischen LandwirtschaftsministeriumsProduktionsaspekte Weiden und Miscanthus (PDF-Datei; 347 kB)) 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 Öl AG eine intensive Forschungsförderung zur Biomassebereitstellung sowie zur energetischen und stofflichen Nutzung von Miscanthus × giganteus statt. Die Rohstoffpflanze 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 verringert 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,Planet Wissen: Werkstoffe aus Pflanzen 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 × giganteusHeizwert 18,1 – 18,5 MJ/kgHartmann, 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 2007Aschengehalt 2,7 – 3,1 %Chlor 0,2 %Stickstoff 0,4 %Kalium 0,5 %Schwefel 0,06 %Lignin 21–24 %Symposium Miscanthus; Biomassebereitstellung, energetische uns stoffliche Nutzung, Schriftreihe „Nachwachsende Rohstoffe“ FNR, Band 4, 1995Holocellulose 75–81 Gew.% b.a. tm 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.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. 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 × giganteus.
Energetische Nutzung mini|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. 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 zum Beispiel Raps als pflanzlicher Kraftstoff verbessert.
Von Nachteil für den Produzenten sind die geringen Anbauerfahrungen, die hohen Investitionen für das Pflanzgut und die bei mehrjährigen Kulturarten dauerhafte Flächenbindung, die einer schnellen 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 nahen Verwendung zur Förderung einer regionalen Energieunabhängigkeit 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 Gesamtmasse von maximal 1.500 t Trockenmasse. Darüber hinaus könnte es zukünftig gemeinsam mit Kurzumtriebsholz als lignocellulosereicher Rohstoff für die Versorgung der Bioraffinerietechnologie von Bedeutung sein.
Anbau mini|Miscanthus Anbau und Ernte Züchtung, Sorten mini|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 × giganteus und die früher reifende Mehrklonsorte 'Amuri' vor. Miscanthus × giganteus ist die mit Abstand am meisten angebaute Sorte. In den neunziger Jahren fanden Anbauversuche auch mit den Miscanthus sinensis-Sorten 'Goliath', 'Poseidon' und weiteren statt, die sich aufgrund geringer Ertragsleistungen jedoch nicht durchsetzen konnten.KTBL: Energiepflanzen. KTBL-Datensammlung, 2006, S. 151–163.