Interview mit den Leitenden: Entwicklung und zukünftige Ausrichtung des Biomasse-Instituts (BIT) seit der Gründung 2016

Triesdorf – Im Frühjahr 2016 ging das das Biomasse-Institut am Campus Triesdorf (BIT) an den Start, im Herbst darauf wurde es offiziell eröffnet. Das gemeinsame Forschungsinstitut der Hochschulen Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) und Ansbach (HSA) widmet sich der Erzeugung sowie der stofflichen und energetischen Nutzung von Biomasse und vernetzt als Technologietransferzentrum Forschung und Wirtschaft. Die Bayerische Staatsregierung hat das Biomasse-Institut mit einer Anschubfinanzierung im Rahmen der Nordbayern-Initiative gefördert. Darüber hinaus finanziert sich das Institut aus eingeworbenen Drittmitteln und wird durch Fördernde aus der Region unterstützt. Zum sechsjährigen Bestehen des Biomasse-Instituts haben wir Prof. Dr. Bernhard Bauer, den wissenschaftlichen Leiter, und Dr. Nicolas Alt, den geschäftsführenden Leiter, zu Entwicklung und Perspektiven des Instituts interviewt.

Blick auf die Entwicklung

Hat sich an der ursprünglichen Ausrichtung mit der Zeit etwas geändert? Und wenn ja, warum?Die Antragstellung des BIT erfolgte in einer Zeit, in der die Biogastechnologie eine große Bedeutung und Zukunft hatte. Der Landkreis Ansbach mit seiner hohen Biogasanlagen-Dichte und den dort ansässigen Wirtschaftspartner:innen bildete ein ideales Umfeld für das konzipierte Technologietransfer-Institut. Das hat sich in den vergangenen Jahren stark gewandelt. Aus diesem Grund war es notwendig, die Ausrichtung des BIT neu zu definieren. Im Jahr 2018 leitete die erweiterte Institutsleitung eine erste Fokussierung des Forschungsprofils ein. Die ursprünglichen vier Forschungssäulen wurden auf drei Themenfelder reduziert: 'Rahmenbedingungen der Biomassenutzung', 'Energetische Nutzung und Anlagentechnik' sowie 'Stoffliche Nutzung biogener Rest- und Rohstoffe'. 2019 wurden dann zwei Forschungssäulen mit je drei Forschungsfeldern und einem Querschnitts-Forschungsfeld definiert. Diese sollen wichtige Antworten für aktuelle und zukünftige Herausforderungen der Gesellschaft im Bereich der Biomasseerzeugung und Biomassenutzung liefern. Das Biomasse-Institut deckt damit die gesamte Wertschöpfungskette von der Urproduktion und Landnutzung bis hin zur Biomassenutzung im stofflichen und energetischen Bereich ab.Was waren/sind die bislang größten Forschungsprojekte des BIT?Das finanziell und personell umfangreichste Forschungsprojekt war und ist bisher DIABEK (Digitalisierung - anwenden, bewerten und kommunizieren – Experimentierfelder als Kooperation zwischen familiengeprägten Ackerbaubetrieben und praxisnahen Bildungseinrichtungen). Das Projekt untersucht die Anwendung von digitalen Methoden im Ackerbau auf Praxisbetrieben. Das Bundeslandwirtschaftsministerium fördert dieses Projekt mit einer Laufzeit von 5 Jahren (01.10.2019 - 30.09.2024) mit einer Fördersumme von rund 2,4 Mio. Euro. Neun überwiegend wissenschaftliche Mitarbeiter:innen forschen und arbeiten an diesem Projekt. Ein großer Erfolg ist auch die Partnerschaft bei HyPErFarm (Hydrogen and Photovoltaic Electrification on Farm), dem ersten EU-finanzierten 'Horizon 2020'-Projekt der HSWT. Zwölf Partner aus mehreren EU-Ländern untersuchen dabei mithilfe von Demonstrationsanlagen in drei Ländern den Einfluss von Agri-Photovoltaik (Agri-PV) auf die Landnutzung. Hier wird auf demselben Feld die Photovoltaik-Nutzung mit einer Ackernutzung kombiniert.Wie pflegt das BIT seine Kontakte zur landwirtschaftlichen Praxis und landwirtschaftlichen Unternehmen?Wir beteiligen uns an den verschiedensten Projekten, dabei pflegen die Forschenden viele persönliche Kontakte. Bei Wissenstransferveranstaltungen am landwirtschaftlichen Bildungsstandort Triesdorf sowie im Rahmen der Dissemination von Projekten wie dem Zwischenfruchttag, Lichtmesstag oder Diabek-Schulungen werden Forschungsergebnisse in die Praxis transferiert.

Blick auf die Inhalte

Welche Rolle spielt das Biomasse-Institut in der Klimawandelforschung?Aktuell emittiert der Sektor Landwirtschaft etwa 60,4 Mio. Tonnen CO₂-Äquivalente, was 8,2% der jährlichen Treibhausgasemissionen in Deutschland entspricht. Bayern besitzt als Flächenstaat mit ca. 3,1 Millionen Hektar landwirtschaftlich genutzter Fläche ein bedeutendes Potential zur Treibhausgasreduzierung – hierfür sind aber erhebliche Anstrengungen und Investitionen nötig. Das Biomasse-Institut forscht daran, dass die Erzeugung und Nutzung von Biomasse einen signifikanten Beitrag zur Erreichung der Klimaziele für den Freistaat Bayern leisten kann. Die Landnutzung stellt einen der wenigen Bereiche dar, in dem Kohlenstoff nicht nur vermieden, sondern auch sequestriert werden kann. Das bedeutet, dass CO₂ aus der Atmosphäre entnommen und gespeichert werden kann. Der Boden gehört zu den größten terrestrischen Kohlenstoffspeichern und ist dabei gleichzeitig die Grundlage für unsere Nahrungsmittelproduktion. Aufgrund von klimatischen Veränderungen und dem anthropogenen Einfluss unterliegt die Ressource Boden einer verstärkten Degradation durch sowohl Bodenbearbeitung als auch Wind- und Wassererosion. Ein wesentliches Merkmal eines gesunden Bodens ist die in ihm vorhandene Menge an gespeichertem Kohlenstoff – dem Humus.Humusaufbau kann durch verschiedenste Faktoren, wie beispielsweise ausgewogene und vielfältige Fruchtfolgen, angepasste Bodenbearbeitung, Anbau von Zwischenfrüchten, Zufuhr organischer Reststoffe und organischer Düngung erfolgen. Mit Hilfe der Bodenzustandserhebung durch das Thünen-Institut wurde ein sehr wichtiger Schritt in die richtige Richtung getan. Damit lässt sich nun nachvollziehen, wie sich der organische Kohlenstoff im Boden in Deutschland mit der Zeit verändert. Nun müssen geeignete Prozesse eingeleitet werden, um flächendeckend Maßnahmen zum Humusaufbau umzusetzen.Eine kohlenstoffneutrale Gesellschaft (Stichwort: CO₂-Neutralität) erfordert dabei ebenso den nachhaltigen Umgang mit energetischen und stofflichen Ressourcen. Die stoffliche Verarbeitung von fossilen Rohstoffen ist seit vielen Jahrzehnten etabliert, ökonomisch attraktiv und sorgt für die Herstellung einer Vielzahl von Produkten. Gleichzeitig ist die langfristige Nutzung fossiler Rohstoffe aufgrund deren endlichen Vorkommen und immer schwieriger werdenden Förderbedingungen sowie der Abhängigkeit von rohstoffreichen Staaten für Deutschland nicht attraktiv. Biogene Ressourcen wie Biomasse hingegen sind als regenerative Rohstoffquellen sowie aufgrund der niedrigschwelligen Förderung und anpassbarer Anbaubedingungen attraktiv. Diese entziehen zudem der Umgebung klimaschädliches CO₂, wodurch die Nutzung dieser Rohstoffe im Produktionsprozess zu einer besseren CO₂-Bilanz von Produkten führen kann. Voraussetzung ist, dass das durch Biomasse gebundene CO₂ nach Nutzung nicht einfach wieder freigesetzt wird.Weiterhin müssen klimaschädliche Brennstoffe durch 'Grüne Gase' ersetzt werden. Zu den 'Grünen Gasen' zählen Biogas, Biomethan und Biowasserstoff. Die Verwendung dieser Gase erfordert neben ökologischen und wirtschaftlichen Erzeugungspfaden einen Einsatz ohne die Emissionen von Schadstoffen. Die Herausforderung der Zukunft wird darin bestehen, Technologien zur sauberen Verwertung von 'Grünen Gasen' zu erforschen und zur Marktreife zu entwickeln. Die Nationale Wasserstoffstrategie setzt maßgeblich auf grünen Wasserstoff. Aktuell fehlen jedoch Möglichkeiten, diesen in ausreichender Menge im Inland zu erzeugen. Ein Ansatz wäre beispielsweise die regionale, CO₂-neutrale Erzeugung von Biowasserstoff aus Biogas oder Holzgas bei gleichzeitiger Sequestrierung des Kohlenstoffs, der bei der Herstellung von Biowasserstoff als Nebenprodukt anfällt. Dieser kombinierten Verwertung von Biomasse in der Landwirtschaft stehen aktuell unter anderem zahlreiche rechtliche Hindernisse entgegen, welche durch die Forschung am BIT mit ausgeräumt werden sollen.Welche Rolle spielt die Biomasse im Themenkomplex Nachhaltigkeit?Die Landnutzung, die Weiterentwicklung nachhaltiger Anbausysteme und die Ressourceneffizienz sind aktuelle, sehr relevante Zukunftsthemen in der gesellschaftlichen Diskussion. Neben den aktuellen Forschungsaktivitäten in den Bereichen Anbausysteme und Humusaufbau sowie Speicherung zu langfristigen Entzug von CO₂ aus der Atmosphäre, werden am BIT darum in Zukunft die Forschungsthemen zur effizienten Wassernutzung in der Biomasseproduktion vertieft. Die Professur 'Advanced Irrigation Management' befindet sich aktuell im Ausschreibungsprozess. Am BIT werden gerade die analytischen Voraussetzungen für entsprechende Forschungsprojekte aufgebaut, der Aufbau von Demonstrationsflächen ist in Planung. Auch Anbausysteme müssen zukünftig mittels einer Vielzahl von Kulturen so stabil aufgestellt werden, dass der Pflanzenschutzmitteleinsatz deutlich reduziert werden kann, so wie es im 'New Green Deal' der EU-Kommission gefordert wird. Auch die Pflanzenschutzstrategien müssen an Nachhaltigkeit gewinnen, um Biomasse in ausreichendem Umfang und Qualität in konventionellen oder ökologischen Wirtschaftssystemen bereitzustellen.Forschungsfeld StoffkreisläufeIm Forschungsfeld 'Stoffkreisläufe' werden die Themen rund um die Nutzung von Biomasse und biogenen Abfällen oder Nebenprodukten bearbeitet. Diese reichen von der Erstellung nachhaltiger Materialien über die Wiederverwendung von Reststoffen bis hin zur energetischen Nutzung von Biomasse durch unterschiedlichste Verfahren. Die Themen umfassen die Oberflächen- und Kunststofftechnik bis hin zur Materialentwicklung sowie auch Kompostierung und Entsorgung.Vor welchen Herausforderungen stehen Biomasseproduktion und Bioenergiewirtschaft bei der Digitalisierung? Wie begegnet das BIT diesen?Das Forschungsfeld 'Digitalisierung der Biomasse-Produktion' legt den Fokus auf die Anwendung und Einführung digitaler Methoden zur Optimierung der pflanzlichen Erzeugung. In der Praxis stehen eine Vielzahl von Sensoren, Applikationskarten, Open Source-Daten und Landtechnik für die teilflächenspezifische Bewirtschaftung zu Verfügung. Die Investitionskosten für diese Technologien sind in den letzten Jahren deutlich gesunken, die Anwendung dieser Methoden in der Praxis findet aber nur sehr zögerlich statt. Vor allem im Bereich der Biomasse-Erzeugung, die neben mineralischen oft organische Dünger nutzt, bieten diese Technologien ein großes Potential, die Effizienz der Anbausysteme und der eingesetzten Ressourcen zu steigern und negative Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren. Allerdings wird aktuell in diesem Bereich der Fokus in der Forschung auf einzelne Technologien gelegt. Die Integration mehrerer Technologien in Anbausysteme und die Quantifizierung der Auswirkungen auf die Ressourceneffizienz, den Ertrag und die Qualität des Ernteguts wird meist nicht zielgerichtet untersucht.Seit der Gründung des BIT wurde die Kombination von verschiedenen Datenquellen für den Einsatz in der Biomasse-Erzeugung untersucht (Projekt Agrifusion), die automatische Auswertung von Drohnenbildern für die Auswertung von Versuchen (Projekt AutoDGB) erforscht, Daten für die Datensammlungen für das Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft (KTBL) für den NIRS-Einsatz in Gülle erarbeitet oder der Einfluss des mehrfaktoriellen Einsatzes digitaler Technologien in Anbausystemen und die Herausforderungen für die Betriebsleitungen bei der Integration der Technologien (Projekt Diabek) untersucht. In Zukunft wird dieses Forschungsfeld noch weiter an Bedeutung gewinnen, denn durch die aktuelle Agrarpolitik etablieren sich vermehrt Strategien, die digitale Ansätze zur Lösung komplexer Herausforderungen in der Landnutzung anstreben. Zusätzlich wird das Forschungsfeld durch die Zusammenarbeit mit dem 2020 gegründeten Kompetenzzentrum für digitale Agrarwirtschaft (KoDA) der HSWT an Bedeutung gewinnen. Die Interaktion zwischen der Kompetenz im Bereich der Anbausysteme am BIT und der Digitalisierungskompetenz am KoDA bieten ideale Voraussetzungen für die praxisnahe Forschung zur Entwicklung von digital unterstützen Anbausystemen zu Biomasse-Erzeugung.Digitalisierung ist nicht nur bei der Biomasseerzeugung wichtig. Sie ist auch ein zentrales Thema bei der Effizienzsteigerung und der nachhaltigeren Gestaltung der Bioenergiewirtschaft. Diese wird im Forschungsfeld mit Hilfe der Labore der System- und Simulationstechnik und mit Forschungsprojekten zur Biogaserzeugung mit Rührwerkssimulationen zur Effizienzsteigerung und intelligenten Dosiersystemen zur Substratzufuhr (künstliche Intelligenz) durchgeführt (Projekte Computational Engineering (TZM), Energiecampus Nürnberg und Green Factory Bavaria).Im Bereich 'Green Digital Solutions' wird an Verfahren zur Automatisierung von Biogasanlagen gearbeitet. Durch ihre ineffiziente Betriebsweise und die manuelle Regelung sind Biogasanlagen für den Energiemarkt von Morgen nicht ausreichend gerüstet. Die Vergütung orientiert sich an dem Preisverlauf der Energiebörse und ist daher von umliegenden Anlagen, der bereitstehenden Gasmenge, den vorliegenden Substraten und dem Wetter abhängig. Aufgrund der diversen Einflussfaktoren braucht es für optimale Erlöse jedoch ein Prozessmodell der Gesamtanlage. Dieses Modell muss sowohl physikalische Gegebenheiten abbilden können als auch Strategien erlernen, welche Aktionen in bestimmten Szenarien ergriffen werden müssen. Das Ziel ist es daher, mittels maschinellen Lernens geeignete Betriebsfahrpläne zu erstellen, die Substratfütterung entsprechend zu koordinieren und die Gasspeicher sowie die Fermenterrührer zu regeln.

Blick in die Zukunft

Welche Themenfelder kristallisieren sich bereits jetzt als besonders relevant in der Zukunft des BIT heraus?Da sind zum einen die oben ausgeführten Themenkomplexe Klimawandel und Nachhaltigkeit. Aufbauend auf den beiden Forschungsschwerpunkten des Biomasse Instituts soll das Thema 'Sequestrierung & Substitution von Kohlenstoff' als ein Schwerpunkt ausgebaut werden, der einen wichtigen Beitrag zur Klimaneutralität in Bayern, Deutschland und der Welt leisten soll.Inwiefern richtet sich das Biomasse-Institut darauf ein?In den letzten Jahren hat das BIT die analytische Ausstattung zur Bestimmung des Pflanzen- und Bodenzustandes sowie zur Bestimmung von Humus in Böden kontinuierlich erweitert. Im Rahmen der 'High Tech Agenda (HTA)'-Initiative der bayerischen Staatsregierung soll zusätzlich ein Laborbau entstehen, in dem die analytischen Möglichkeiten gebündelt und ausgebaut werden sollen. Zusätzliche Analyse- und Laborgeräte werden beschafft. Dies eröffnet weitere Perspektiven für zukünftige Forschungsvorhaben. Zudem wurde eine 50%-Stelle für eine Laborantin geschaffen. Mit der Anmietung der Büroflächen am Innovationscampus der HSWT in Merkendorf wurden Ende 2020 auch zusätzliche Kapazitäten für eine wachsende Mitarbeiteranzahl geschaffen. Sind für das kommende Jahr besondere Schritte/Anschaffungen geplant, von denen Sie bereits jetzt berichten möchten?Voraussichtlich gegen Ende 2022 soll der bereits erwähnte Laborbau in Merkendorf fertiggestellt sein und in Betrieb gehen. Dadurch werden die Möglichkeiten noch einmal verbessert und an einem Standort konzentriert.

• Zurück zur Übersicht