Magazin Nachwachsende Rohstoffe

Hanfanbau :

Hanf erfordert sehr spezielle Erntetechnik

Bei den Verfahren zur Hanfernte sind technische Weiterentwicklungen erforderlich, um die Wettbewerbssituation sowohl um Anbauflächen als auch der aus Faserhanf hergestellten Produkte zu verbessern.

Hanfanbau: Hanf erfordert sehr spezielle Erntetechnik

Der Double Cut-Combine ist eine Gemeinschaftsentwicklung der niederländischen Hemp Flax-Group und dem John Deere Händler Groenoord.

Die Wiederzulassung des Hanfanbaus in Deutschland im Jahr 1996 hatte eine schnelle Zunahme von Anbauflächen und die Etablierung einer Vielzahl von Verarbeitungsbetrieben zur Fasergewinnung zur Folge. Nach einer euphorischen Anfangsphase durchlebte die Branche bis in das erste Jahrzehnt des neuen Jahrtausends eine wechselvolle Entwicklung. Der eher mittel- bis langfristige Zugang von Produkten in die industrielle Verwertung sowie auch technologische Probleme entlang der Wertschöpfungskette führten nahezu zum Erliegen von Anbau und Verarbeitung. Allgemein ist jedoch in den vergangenen drei Jahrzehnten ein zunehmendes Interesse an Naturfasern von Seiten der Industrie zu verzeichnen. Allein zwischen 2005 und 2012 erhöhte sich die in der europäischen Automobilindustrie eingesetzte Menge an Bastfasern um fast 40 % auf zirka 30.000 t/a.

Ausgangslage

Traditionell orientierte sich die technische Ausstattung landwirtschaftlicher Betriebe oder auch von Lohndienstleistern an der Erfordernis, möglichst ganzstänglige Faserpflanzen für die weitere Verarbeitung zu textilen Rohstoffen zu ernten.

Bis 2007 wurden sowohl durch das polnische Institut für Naturfasern und Medizinalpflanzen (IWNIRZ) in Posen als auch durch das deutsche Unternehmen für Sondermaschinenbau Kranemann GmbH in Klocksin/Blücherhof Erntemaschinen entwickelt und erprobt, um Hanfstängel nach der Mahd in paralleler Anordnung auf dem Feld abzulegen. Damit ist die wesentliche Voraussetzung geschaffen, das anschließend getrocknete und geröstete Pflanzenmaterial in Rundballen zu pressen und durch das sogenannte Schwingen für die textile Weiterverarbeitung aufzubereiten.

Prototyp einer Erntemaschine des IWNIRZ für die querparallele Ablage der Hanfstängel bei gleichzeitiger separater Gewinnung der Blüten- bzw. Samenstände.

Prototyp einer Erntemaschine des IWNIRZ für die querparallele Ablage der Hanfstängel bei gleichzeitiger separater Gewinnung der Blüten- bzw. Samenstände.

Erntesysteme für die ausschließliche Stängelnutzung

Demgegenüber besteht bei der Bereitstellung von Naturfaserrohstoffen für die Dämm- oder Verbundwerkstoffindustrie ein enormer Preisdruck, sodass sich technische Entwicklungen für die Ernte im Wesentlichen auf hohe Flächenleistungen sowie geringe Verfahrenskosten orientiert haben. Das Kürzen der langen Stängel ermöglicht das störungsfreie Schwaden und Pressen zu Quader- bzw. Rundballen.

Das in den Niederlanden entwickelte Maschinensystem HempCut mit Arbeitsbreiten von 3,0 bzw. 4,5 m gilt als das am weitesten verbreitete Erntesystem für Hanf, aber z. B. auch für die industrielle Bereitstellung von Kenaf. Die durch die Firma Wittrock (Rhede-Brual) vertriebene Technik basiert auf einem reihenunabhängigen Mähvorsatz sowie einem adaptierten Häckseltrommelaggregat mit nur einer Messereinheit. Die variable Antriebssteuerung der Trommeleinheit erlaubt das Einkürzen der Faserpflanzenstengel auf Längen von 150 bis 600 mm. Das üblicherweise eingesetzte Trägerfahrzeug (z. B. Claas Feldhäcksler) bleibt auch in anderen Feldkulturen einsatzfähig, was hohe jährliche Einsatzzeiten und damit geringere Maschinenkosten ermöglicht.

Die Firma Kranemann (Klocksin-Blücherhof) geht mit dem Erntesystem Blücher einen anderen Weg. Der Basisschnitt sowie die Zerkleinerung in bis zu 80 cm lange Stängelabschnitte durch Messerscheiben, die vertikal angebracht sind, erfolgt in aufrechtem Zustand der Pflanze. Beide Teilprozesse werden gleichzeitig durchgeführt. Dabei übernehmen kurvenbahngeführte Finger in beiden Fördertrommeln den Transport der Biomasse hinter den Mähvorsatz.

Beide Erntesysteme hinterlassen auf dem Feld ein 80 bis 110 cm breites Schwad. Insbesondere bei den im Hanfanbau oft hohen Biomasseerträgen sind für eine gleichmäßige Trocknung und Röste ein- bis mehrmalige Wende- bzw. Schwadvorgänge erforderlich.

Auch eine zwei- bis vierstufige vertikale Anordnung mehrerer Messerbalken ermöglicht gleichermaßen die geforderte Einkürzung der Pflanzenstängel. Das tschechische Unternehmen Tebeco brachte 2007 ein dreistufiges Anhängegerät auf Basis eines Schneidwerkssystems mit Stahldoppelfingern auf den Markt. Vergleichbare Entwicklungen sind auch aus England und Deutschland bekannt. Kurz nach Wiederzulassung des Hanfanbaus war die Nachfrage nach Doppelmessersystemen groß und konnte u. a. von sächsischen Maschinenbaubetrieben mit verschiedenen Entwicklungen (z. B. „HMG“ Hanf-Mäh-Gerät) bedient werden.

Vorteilhaft ist der vergleichsweise geringe Antriebsleistungsbedarf von 2,5 kW/m Arbeitsbreite und pro Mähstufe sowie die Breitablage der gemähten Biomasse. Positive Effekte für die Feldtrocknung und Röste sind nachgewiesen und werden auch von Praktikern bestätigt. Bisher haben sich Erntemaschinen auf Basis von Finger- bzw. Doppelmesser-Messerbalken jedoch nicht durchgesetzt, da das Erntegut prinzipbedingt überfahren wird und die Messerklingen häufig nachgeschärft oder Mähmesser gewechselt werden müssen.

Verfahren zur Samenernte bei gleichzeitiger Stängelnutzung haben aus ökonomischen Gründen zugenommen. In den traditionellen Anbaugebieten Frankreichs werden u. a. für die Saatgutproduktion bereits seit Jahren konventionelle Mähdrescher mit Axialfluss-Prinzip eingesetzt. Es handelt sich dabei allerdings um ein zweiphasiges Erntesystem, bei dem mit dem Mähdrescher lediglich die Pflanzenspitzen geerntet und gedroschen werden. Die Mahd des verbleibenden Reststängels erfolgt anschließend mit Doppelmessermähwerken.

Prototyp einer Erntemaschine für die querparallele Ablage der Hanfstängel (Fa. Kranemann).

Prototyp einer Erntemaschine für die querparallele Ablage der Hanfstängel (Fa. Kranemann).

Erntesysteme für die duale Pflanzennutzung

Zur Vereinfachung des Ernteprozesses (einphasige Ernte, Einkürzen der Stängel) entwickelten die Firmen Götz (Bühl/Moos), Bafa (Malsch) und Deutz-Fahr (Lauingen) das Erntesystem Hanfvollernter. Es basiert auf einem Mähdrescher mit Hordenschüttlern in Kombination mit einem dem HempCut vergleichbaren Mäh- und Zweimessereinkürzmodul. Dabei geht die gesamte geerntete Biomasse durch die Dresch- und Strohreinigungseinheit. Besonders bei hohen Frischmasseerträgen von über 20 t/ha führt dies durch eine verringerte Fahrgeschwindigkeit sowie enormen Maschinenbelastungen zu einer Reduzierung der Flächenleistung. Die Mahd mit dem reihenunabhängigen Kemper Mähvorsatz kann Ertragsverluste durch ausfallende Samen verursachen. Aufgrund grundsätzlich positver Einsatzerfahrungen ist dennoch eine Vielzahl dieser Systeme in Europa im Einsatz.

Bei der Double-Cut-Combine, eine Gemeinschaftsentwicklung der niederländischen HempFlax-Group und dem John Deere-Händler Groenoord, wurde ein Mähdrescher so modifiziert, dass bei spezieller Hochschnittanordnung des Getreideschneidwerkes die Pflanzenspitzen des Hanfbestandes separat gemäht werden. Die eigentlichen Mähdrusch- und Reinigungsorgane werden deutlich weniger belastet, da der verbleibende Reststengel unterhalb des Getreideschneidwerkes mit dem HempCut-Modul gemäht, zerkleinert und auf dem Feld abgelegt wird. Die direkte Überführung des oberen Pflanzenteils in den Schneidwerkstrog soll die Samenverluste reduzieren.

Die Entwicklung des ebenfalls niederländischen Faseraufbereitungsunternehmens DunAgro in Kooperation mit der Firma Wittrock zielt dagegen darauf ab, Blätter und Blüten sowie ggf. Samen durch spezielles Strip-Aggregat abzutrennen. Die Ernteprodukte finden Absatz im Gesundheits- bzw. Ernährungsbereich. Die Mahd und Einkürzung des verbleibenden Basisstängels erfolgt mit einem unterhalb des Strippers angeordneten HempCut-Modul.

Innerhalb des EU-Vorhabens MultiHemp wird vom Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB) in Kooperation mit der Firma Kranemann ein Verfahren entwickelt, mit dem die Samenernte während des Schwadens erfolgen soll. Um eine gleichmäßige Abtrocknung und Röste der Biomasse zu ermöglichen, ist es erforderlich, das Gut mindestens einmal zu wenden bzw. zu schwaden. Der Grundgedanke des neuen Ansatzes zur Samengewinnung ist, dass bei entsprechend gewähltem Mahdzeitpunkt eine zusätzliche Nachreife der Samen an den gemähten und auf dem Feld abgelegten Pflanzen statt-findet. Dadurch soll ein höherer Samenertrag, eine gleichmäßigere Abreife sowie eine bessere Qualität der Samen erreicht werden.

Zur Umsetzung des neuen Verfahrens soll eine neue Maschine eingesetzt werden, die die Hanfstrohschwade schonend über einen Bandförderer aufnimmt, die Samen über einen fremd erregten Schwingboden ausschüttelt und anschließend gewendet wieder auf dem Feld ablegt. Damit kann der Einsatz kostenintensiver, teils spezieller Mähdruschtechnik ersetzt werden.

Double-Cut-Combine auf Basis eines John Deere Mähdreschers.

Double-Cut-Combine auf Basis eines John Deere Mähdreschers.

Erntesystem für die Ganzpflanzennutzung

Bereits seit einigen Jahren wird am ATB an einem neuen Verfahren zur Bereitstellung und Verarbeitung von feucht konservierten Hanfganzpflanzen gearbeitet. Zur Ernte der Hanfpflanzen können nach bisherigen Erfahrungen übliche Feldhäcksler eingesetzt werden.

Aus den Niederlanden ist der praktische Einsatz eines Gespannes aus selbstfahrendem Feldhäcksler und Quaderballenpresse bekannt. Die aus dem Schwad aufgenommenen Hanfpflanzen werden auf Partikelgrößen bis 50 mm zerkleinert und über den Auswurfbogen direkt in das Presswerk der angehängten Ballenpresse gefördert. Die Quaderballen werden anschließend mit Folie umwickelt und dienen u. a. Milchviehbetrieben als Rationsanteile in der Fütterung.

Mithilfe von Herstellerangaben, Informationen aus der landwirtschaftlichen Praxis sowie eigenen Datenerhebungen wurde der Versuch einer vergleichenden Kapazitäts- und Aufwandsanalyse der Erntesysteme unternommen, ohne nachfolgende Prozessschritte wie z. B. Bergung und Lagerung zu betrachten. Grundlage bei der Ermittlung der Maschinenkosten waren nach KTBL (2014) empfohlene Einsatzzeiten bzw. Abschreibungsdaten. Zur besseren Vergleichbarkeit wurde ausschließlich der Bezug zur Einsatzfläche hergestellt. Für den Lohnkostenansatz wurden 17,50 €/h berücksichtigt.

Claas Xerion mit Hemp-Stripper.

Claas Xerion mit Hemp-Stripper.

Schwadhäckseln mit angehängter Ballenpresse.

Schwadhäckseln mit angehängter Ballenpresse.

Verfahrenstechnischer Bewertungsansatz

Eine Bewertung der vorgestellten Erntesysteme zur Parallelablage der Stängel für eine textile Verwertung sowie des Prototypen zur Schwadentsamung war nicht möglich, da es sich nicht um Serienmaschinen im praktischen Einsatz handelte. Angaben zu den Investitionskosten sowie Flächenleistungen sind daher nicht verifizierbar.

Einen deutlichen Einfluss auf den Arbeitszeitbedarf, aber auch auf die Verfahrenskosten haben die Arbeitsbreite sowie die Arbeitsgeschwindigkeit. Die höchsten Verfahrenskosten wurden für die beiden auf Mähdreschern basierten Erntesysteme mit 146 Euro/ha (Double-Cut-Combine) bzw. 155 Euro/ha (Hanfvollernter) ermittelt. Trotz Arbeitsbreiten von maximal 4,55 m ist aufgrund hoher Masseströme von einer vergleichsweise geringeren Arbeitsgeschwindigkeit auszugehen.

Bei Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette ist jedoch zu berücksichtigen, dass im Gegensatz zu den Ernte- systemen für die ausschließliche Stängelnutzung (HMG, Blücher, HempCut) bei den auf Mähdreschern basierten Erntesystemen je nach Ertrag (0,7 bis 1,5 t/ha) und Qualität eine deutlich höhere Wertschöpfung aus der Samengewinnung von bis zu 50 % realisiert wird (900 bis 1.500 Euro/ t).

Mit dem Xerion-Hemp-Stripper sind bei einer Arbeitsbreite von bis zu 6 m die höchsten Flächenleistungen (2,9 ha/ h) erreichbar. Der ertragsbedingt hohe Massestrom und eine notwendige starke Zerkleinerung des Erntegutes bei der Bereitung der Hanf-Ganzpflanzensilage führen zu einem vergleichsweise hohen Arbeitszeitbedarf von 0,71 h/ha.

Hanfernte zur Feuchtkonservierung.

Hanfernte zur Feuchtkonservierung.

Zweistufiges Hanfmähgerät mit Doppelmesserbalken System Kunzelmann.

Zweistufiges Hanfmähgerät mit Doppelmesserbalken System Kunzelmann.

Fazit

Etwa zwanzig Jahre nach der Wiederzulassung des Hanfanbaus in Deutschland steht eine Vielzahl unterschiedlicher Ernteverfahren zur Verfügung. Etablierte, aber auch neuere Maschinenentwicklungen erlauben die Bereitstellung von Rohstoffen für die industrielle Weiterverarbeitung oder für die Ver- wendung als Nahrungs- oder Futtermittel. Es wird in aller Regel versucht, auf landwirtschaftsübliche Trägerfahrzeuge zurückzugreifen, jedoch sind aufgrund der erheblichen Wickelgefahr teils umfangreiche Modifikationen bzw. Gerätekopplungen erforderlich. Der erforderliche Spezialisierungsgrad führt zwar zu hohen, aber – im Vergleich zu etablierten Kulturen – nicht außergewöhnlichen Verfahrenskosten.

Dr. Hans-Jörg Gusovius, Dr. Jörn Budde, Carsten Lühr und Dr. Thomas Hoffmann, Leibniz-Institut für Agrartechnik Potsdam-Bornim e.V. (ATB)


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