Ammoniakemissionen aus Milchviehställen und ... - LUFA Nord-West
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Eidgenössisches Volkswirtschaftsdepartement EVD<br />
Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon ART<br />
<strong>Ammoniakemissionen</strong> <strong>aus</strong><br />
<strong>Milchviehställen</strong> <strong>und</strong><br />
Minderungsansätze<br />
Sabine Schrade<br />
<strong>LUFA</strong>-Seminar<br />
„Emissionen <strong>aus</strong> der Landwirtschaft – messen <strong>und</strong> bewerten“<br />
22. September 2011, Oldenburg<br />
Finanzielle Unterstützung vom<br />
B<strong>und</strong>esamt für Umwelt, BAFU, Schweiz
Ammoniak (NH 3) Rindviehhaltung<br />
Stickstoff-Input<br />
Verwertung:<br />
Verdauung,<br />
Leistung...<br />
Stickstoff-<br />
Output:<br />
Harn & Kot<br />
Emission<br />
Freisetzung<br />
Bildung von Ammoniak<br />
Verschmutzte Fläche<br />
Verfrachtung<br />
Seminar <strong>LUFA</strong> NORD-WEST "Emissionen <strong>aus</strong> der Landwirtschaft - messen <strong>und</strong> bewerten"| 22.9.2011<br />
Sabine Schrade: <strong>Ammoniakemissionen</strong> <strong>aus</strong> <strong>Milchviehställen</strong> <strong>und</strong> Minderungsansätze<br />
Hintergr<strong>und</strong><br />
Immission<br />
Stickstoff-<br />
Anreicherung,<br />
Versauerung<br />
2
NH 3-Emissionen Schweiz<br />
~ 43‘000 t Stickstoff pro Jahr<br />
40-50 % Reduktion: Umweltziele Landwirtschaft<br />
BLW & BAFU 2008; BBl 1999, EKL 2005<br />
~ 94 % der NH3-Emissionen <strong>aus</strong> der Landwirtschaft,<br />
vor allem Tierhaltung<br />
Ausbringung > Stall > Lagerung<br />
regionale Unterschiede<br />
BAFU 2007; Kupper et al. 2010<br />
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Sabine Schrade: <strong>Ammoniakemissionen</strong> <strong>aus</strong> <strong>Milchviehställen</strong> <strong>und</strong> Minderungsansätze<br />
Hintergr<strong>und</strong><br />
3
Ausgangssituation<br />
Veränderung Haltungssysteme<br />
Anbindestall ���� Laufstall + Laufhof<br />
Emissionsdaten NH 3<br />
große Streubreite<br />
Jahreszeiten nicht systematisch<br />
beschreibende Parameter fehlen<br />
Haltungssysteme mit freier Lüftung<br />
u. Laufhof nicht untersucht<br />
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Hintergr<strong>und</strong><br />
4
Ziel<br />
NH 3-Emissionen sind für das<br />
Haltungssystem Laufstall mit<br />
Laufhof für Milchvieh bestimmt.<br />
���� ���� Emissionsinventar,<br />
Entscheidungshilfe für<br />
Planung…<br />
���� Hinweise zur NH 3-Minderung<br />
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Sabine Schrade: <strong>Ammoniakemissionen</strong> <strong>aus</strong> <strong>Milchviehställen</strong> <strong>und</strong> Minderungsansätze<br />
Ziel<br />
5
Messkonzept<br />
6 Betriebe x 2 Jahreszeiten ���� 12 Messperioden<br />
Häufigste Situation Laufstall CH<br />
freie Lüftung<br />
nicht wärmegedämmt<br />
planbefestigte Laufflächen<br />
Laufhof am Rand<br />
Liegeboxen<br />
Laufhof<br />
getrennt<br />
vom Stall<br />
Laufhof =<br />
Liegegang<br />
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Sabine Schrade: <strong>Ammoniakemissionen</strong> <strong>aus</strong> <strong>Milchviehställen</strong> <strong>und</strong> Minderungsansätze<br />
Futtertisch<br />
Futtertisch<br />
Fressgang<br />
Fressgang<br />
Liegegang<br />
Liegegang/<br />
Laufhof<br />
Methode<br />
Laufhof<br />
6
Tracer-Ratio-Methode<br />
���� indirekte Bestimmung der Emissionen<br />
m&<br />
NH 3<br />
=<br />
∑<br />
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i<br />
m&<br />
t<br />
(i) ⋅<br />
∑<br />
j<br />
c<br />
c Konzentration<br />
&<br />
m Massenfluss<br />
NH 3 Ammoniak<br />
t Tracergas<br />
∑<br />
t<br />
j<br />
Methode<br />
c<br />
NH 3<br />
i Zudosierung Tracergas<br />
j Probenahme<br />
7
Tracer Ratio Methode mit zwei Tracergasen<br />
Verschiedene Bereiche<br />
unterschiedliche Einflussgrößen auf Emission<br />
Verfrachtung<br />
� 2 Tracergase<br />
SF 6 (Schwefelhexafluorid)<br />
SF 5CF 3 (Trifluormethylschwefelpentafluorid)<br />
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Methode<br />
8
Zudosierung Tracergase<br />
Liegegang/Laufhof<br />
Fressgang<br />
Fressgang<br />
Futtertisch<br />
Futtertisch<br />
Hohe Kotkante,<br />
Fressgitter<br />
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Laufhof<br />
Kotkante<br />
Liegeboxen<br />
Stahlrohre mit kritischen Kapillaren<br />
Methode<br />
9
NH 3 <strong>und</strong> Tracergase: Luftsammelproben<br />
Liegegang/Laufhof<br />
Fressgang<br />
Fressgang<br />
Futtertisch<br />
Futtertisch<br />
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Methode<br />
Probenahme: Teflon-Schläuche mit krit. Kapillaren<br />
Analytik NH 3: Photoakust. Sensor (Omnisens PAS)<br />
Tracergase: Gaschromatographie (GC ECD)<br />
10
Messanhänger (klimatisiert)<br />
Online-Analytik NH 3 + Tracergase<br />
Klimadaten, Tieraufenthalt<br />
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Methode<br />
11
Begleitparameter<br />
Futter<br />
Input<br />
Milch<br />
Tiere<br />
Output<br />
Harn Laufflächen-<br />
Gülle Verschm.<br />
Betriebliche<br />
Abläufe<br />
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Außenklima<br />
NH3- Emission<br />
Stallklima<br />
Baul. Ausführung<br />
+ betriebl. Abläufe Klima<br />
Methode<br />
12
NH 3-Emissionen<br />
NH3 -Emission [g/GV·d]<br />
120<br />
80<br />
40<br />
0<br />
B 1 (Sommer)<br />
B 3 (Winter)<br />
B 1 (Übergang)<br />
B 3 (Übergang)<br />
Sommer 31 - 67 g/GV·d<br />
Übergang 16 - 44 g/GV·d<br />
Winter 6 - 23 g/GV·d<br />
120<br />
80<br />
40<br />
0<br />
B 2 (Winter)<br />
B 4 (Winter)<br />
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B 2 (Sommer)<br />
B 4 (Übergang)<br />
B 5 (Winter) B 5 (Sommer) B 6 (Sommer) B 6 (Übergang)<br />
1 2 3 MW 1 2 3 MW 1 2 3 MW 1 2 3 MW<br />
Messtag<br />
Ergebnisse<br />
120<br />
GV = Großvieheinheit = 500 kg Lebendmasse<br />
80<br />
40<br />
0<br />
13
Statistische Auswertung<br />
Lineares Gemischte-Effekte-Modell<br />
mit zufälligen Effekten: Betrieb – Messperiode – Messtag<br />
NH3-Emission Emission<br />
Windgeschwindigkeit im Stall<br />
p < 0.0001<br />
Außentemperatur<br />
p < 0.0001<br />
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Ergebnisse<br />
Harnstoffgehalt in der Tankmilch<br />
p = 0.0466<br />
Fütterung, Verwertung, Ausscheidung von N<br />
14
NH3 -Emission [g/GV·d]<br />
Einflussgrößen auf NH 3-Emission:<br />
Außentemperatur<br />
120<br />
80<br />
40<br />
0<br />
-10<br />
Betrieb 1<br />
Betrieb 2<br />
Betrieb 3<br />
Betrieb 4<br />
Betrieb 5<br />
Betrieb 6<br />
0<br />
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10<br />
20<br />
Außentemperatur [°C]<br />
30<br />
Ergebnisse<br />
15
Einflussgrößen auf NH 3-Emission:<br />
Windgeschwindigkeit im Stall<br />
log(NH3 -Emission) [g/GV·d]<br />
4<br />
2<br />
0.0 0.5 1.0 1.5<br />
Betrieb 1 Betrieb 2<br />
Betrieb 3<br />
Betrieb 4<br />
Betrieb 5<br />
Betrieb 6<br />
Sommer<br />
Übergangszeit<br />
Winter<br />
0.0 0.5 1.0 1.5 0.0 0.5 1.0 1.5<br />
Windgeschwindigkeit Stall (oben) [m/s]<br />
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4<br />
2<br />
Ergebnisse<br />
16
Modellbasierte Kalkulation (Bootstraps)<br />
2 Höhenlagen (Tal, Berg)<br />
2 Windgeschwindigkeitsstufen<br />
Lufttemperatur<br />
Tagesverläufe pro Woche<br />
43 Wetterstationen (2004-2008)<br />
Windgeschwindigkeit Stall<br />
eigene Messungen <strong>und</strong> Literatur<br />
(Mačuhová et al. 2008; Zähner 2001)<br />
Harnstoffgehalt Milch<br />
Einzeltierwerte von<br />
3 Zuchtverbänden (2004-2008)<br />
Temperatur Temperatur [°C] Mittelwert Talgebiet [°C]<br />
Harnstoffgehalt<br />
Milch [mg/100 ml]<br />
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30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
-10<br />
40<br />
30<br />
20<br />
Emissionsfaktoren<br />
2008<br />
01 05 09 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49<br />
2008<br />
Woche<br />
10<br />
0 100 200 300<br />
Tag<br />
17
Emissionsfaktoren<br />
Parameter, Haltungssystem, Variante<br />
Tal-, Berggebiet;<br />
Windgeschwindigkeit in m/s<br />
Emissionsfaktor<br />
[g/Tier·d] [g/GV·d]<br />
Liegeboxenlaufstall mit Tal-Wind_0,3 30,1 22,7<br />
planb. Laufflächen<br />
<strong>und</strong> Laufhof<br />
Tal-Wind_0,5 32,6 24,5<br />
(eigene Messungen, Berg-Wind_0,3 28,9 21,8<br />
modellbasierte Kalkulation)<br />
Berg-Wind_0,5 31,1 23,4<br />
Histogramme der<br />
NH 3-Emission<br />
GV = Großvieheinheit = 500 kg Lebendmasse<br />
10 20 30 40 50<br />
<strong>Ammoniakemissionen</strong> [g/GV u. d]<br />
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Häufigkeit [n]<br />
0 50 100 150 200 250 300<br />
Häufigkeit [n]<br />
0 50 100 150 200 250 300<br />
Emissionsfaktoren<br />
Tal-Wind_0,3 Tal-Wind_0,5<br />
10 20 30 40 50<br />
<strong>Ammoniakemissionen</strong> [g/GV u. d]<br />
18
NH 3-Minderungsprinzipien<br />
Minimierung der<br />
N-Ausscheidung<br />
Minimierung der<br />
verschmutzten Fläche<br />
Rasches Abführen des Harns<br />
Saubere, trockene Aktivitäts- Aktivitäts<strong>und</strong><br />
Liegefläche<br />
Möglichst tiefe Temperatur<br />
<strong>und</strong> Luftgeschwindigkeit<br />
Kombination<br />
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baulich technisch<br />
organisatorisch<br />
Minderung<br />
19
Massnahmenkombinationen<br />
Kontrolle<br />
Neubau<br />
Umbau<br />
Deutliches<br />
Minderungspotential<br />
Aspekte für<br />
erfolgreiche<br />
Minderungsansätze<br />
Synergien zum<br />
Tierschutz<br />
Ohne ständige Abhängigkeit<br />
bei Betriebskosten<br />
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Minderung<br />
Hindernisse <strong>aus</strong>geräumt<br />
Akzeptanz in der Praxis<br />
Unerwünschte<br />
Effekte gering<br />
(z.B. Energie)<br />
CO 2<br />
Keine Verlagerung auf<br />
andere Verlustpfade<br />
N 2O<br />
20
Stallklima<br />
Niedrige Luftgeschwindigkeit<br />
über verschmutzten Flächen;<br />
möglichst tiefe Temperatur:<br />
Windschutz, Sonnenschutz,<br />
Dach, Vordach,<br />
flexible Fassaden<br />
Anforderungen in warmer &<br />
kalter Jahreszeit variieren<br />
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Minderung<br />
21
Rascher Harnabfluss<br />
Emissionsarm perforiert<br />
Rillenboden mit Drainageöffnungen,<br />
Kammschieber<br />
Gummilippen zum<br />
Schliessen der Spalten<br />
Planbefestigte Laufflächen<br />
mit Gefälle, Sammelrinne<br />
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3 % Gefälle<br />
Minderung<br />
22
Verschmutzte Fläche reduzieren:<br />
z.B. Fressstände<br />
Erhöhter Fressplatz<br />
mit Abtrennungen<br />
häufiger<br />
Schieberbetrieb<br />
ohne Tiere zu stören;<br />
trockene Klauen<br />
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Minderung<br />
23
Optimierte Reinigung<br />
Reinigungshäufigkeit:<br />
automatisierte Technik,<br />
tiergerecht<br />
Reinigungsqualität:<br />
optimierte Schieber,<br />
Schieber-Boden-Abstimmung<br />
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Sabine Schrade: <strong>Ammoniakemissionen</strong> <strong>aus</strong> <strong>Milchviehställen</strong> <strong>und</strong> Minderungsansätze<br />
Minderung<br />
24
Methode<br />
Ergebnisse<br />
Emissionsmessungen<br />
Messkonzept<br />
Vergleich zwischen Betrieben, Jahreszeiten<br />
Tracer-Ratio-Methode mit zwei Tracergasen<br />
Erfolgreich bei freier Lüftung u. Laufhof eingesetzt<br />
Begleitparameter<br />
Vielfalt u. Detailebene,<br />
Pl<strong>aus</strong>ibilisieren, interpretieren von Messwerten<br />
Betriebliche <strong>und</strong> jahreszeitliche Effekte<br />
Sign. Einflussgrößen: Außentemperatur<br />
Windgeschwindigkeit Stall<br />
Harnstoffgehalt Tankmilch<br />
Emissionsfaktoren: 22-25 g/GV·d<br />
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Sabine Schrade: <strong>Ammoniakemissionen</strong> <strong>aus</strong> <strong>Milchviehställen</strong> <strong>und</strong> Minderungsansätze<br />
NH 3<br />
Fazit<br />
25
NH 3-Minderung<br />
Prinzipien<br />
hohe Temperatur & Luftgeschwindigkeit vermeiden<br />
weniger verschmutzte Fläche<br />
rascher Harnabfluss<br />
optimierte Reinigung<br />
Praxistaugliche Massnahmen (weiter-) entwickeln,<br />
Minderungspotenzial messen <strong>und</strong> vergleichen<br />
Betriebliche Handlungsspielräume <strong>aus</strong>loten<br />
Auf mehreren Ebenen ansetzen<br />
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Sabine Schrade: <strong>Ammoniakemissionen</strong> <strong>aus</strong> <strong>Milchviehställen</strong> <strong>und</strong> Minderungsansätze<br />
baulich technisch<br />
organisatorisch<br />
Fazit<br />
26
Herzlichen Dank!<br />
Agroscope Reckenholz Tänikon ART<br />
– Forschung für<br />
Landwirtschaft <strong>und</strong> Natur<br />
sabine.schrade@art.admin.ch<br />
www.agroscope.ch<br />
27
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