"Modellkopplung und Regionalisierung"

Dr. Babette Wienforth, Prof. Dr. Henning Kage, Dr. Antje Herrmann, Prof. Dr. Friedhelm Taube

Ziel des Teilprojektes ist es, aufbauend auf den Arbeiten der Teilprojekten 4-8 des Verbundprojektes BIOGAS-EXPERT und als Grundlage für die Teilprojekte 15 (Ökonomische Bewertung) und 17 (Life-Cycle-Assessment) ein dynamisches Gesamtmodell für das System Fermenter-Boden-Pflanze zu entwickeln. Nur ein solches Gesamtmodell erlaubt die gleichzeitige Quantifizierung der Ertragsleistungen von Energiefruchtfolgen auf unterschiedlichen Standorten Schleswig-Holsteins, der N-Verluste (Auswaschung, N₂O-, NH3-Emissionen) und N-Nutzungseffizienz sowie der Humusbilanz. Insbesondere sollen in diesem Teilprojekt die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Systemelementen (Pflanze, Anbausystem) und den Umweltbedingungen (Boden, Klima) analysiert werden. Durch Szenarienrechnungen können unter Berücksichtigung der regionalen Randbedingungen Probleme in einzelnen Regionen und von einzelnen Anbaumaßnahmen identifiziert werden. Hiermit wird es möglich sein, Strategien zu entwickeln, die zu einer Minderung von potenziell negativen Umwelteffekten der Gärrückstandsapplikation und des Energiepflanzenanbaus beitragen. Weiterhin können Planungen der regionalen Allokation von Biogasanlagen durch das Modellsystem unterstützt werden. Im Mittelpunkt der Arbeiten steht zunächst die Erstellung / Bearbeitung und Kopplung der einzelnen Module zu einem Gesamtsystemmodell. Hiermit sollen dann im Detail folgende Zielgrößen analysiert und quantifiziert werden:

 

• Ertragsleistungen von Energiefruchtfolgen (Trockenmasse, N-Entzug, potenzieller Gasertrag)
• N-Verluste (Auswaschung, N₂O-, NH₃-Emissionen)
• N-Nutzungseffizienz
• Methan-Emissionen

Grundlage für die Entwicklung eines Gesamtmodells, welches die Prozesskette Fermenter-Boden-Pflanze abbildet, sind die in den Teilprojekten 4-8 begonnenen Arbeiten zur Beschreibung der Ertragsbildung und der N-Verlustpfaden von Energiefruchtfolgen, sowie der Methanbildungsprozesse im Fermenter. Zudem kann auf schon vorhandene oder sich derzeit in Entwicklung befindende Arbeiten der Abteilung Acker- und Pflanzenbau, CAU Kiel zurückgegriffen werden. Die Entwicklung und Anpassung der einzelnen Submodelle sowie deren Kopplung zu einem Gesamtmodell erfolgt in der objektorientierten Klassenbibiothek HUME. Zunächst dienen modellgestützte Extrapolation der in TP4-8 gewonnenen Daten als Grundlage weiterführender Betrachtungen z.B. für TP15 und TP17 aber auch für eigene Auswertungen bezüglich der Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Systemelementen (Pflanze, Anbausystem) und den Umweltbedingungen (Boden, Klima). Nach der Entwicklung eines dynamisch-prozessorientierten Gesamtmodells können Szenarienberechnungen und Anpassung des Modells zur Regionalisierung folgen.