Schadgasemissionen

E M I SS I O N E N

G regor Brose, Eberhard Hartung und Thomas Jungbluth, Hohenheim

Schadgasemissionen

Ta g eszeitl i c h e Einflü sse bei e i n e m frei b e l üftete n M i l c hviehsta l l

Die Rinder- und Milchviehhaltung emittiert neben Ammoniak (NH3) und Gerüchen auch klimarelevante Gase (C H

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und C02) in die Um­

welt. Kontinuierlichen Messungen auf einem Praxisbetrieb mit Schwerkraftlüftung (Schachtlüf­

tung) zeigten, dass die Emissionen tageszeitliehen Einflüssen unterlie­

gen. Die Freisetzung von Ammoni­

ak aus den Exkrementen wird im Wesentlichen von den Witterungs­

bedingungen und der hiervon ab­

hängigen Luftströmung im Stall be­

einflusst. Demgegenüber werden erhöhte Emissionen von Kohlen­

dioxid und Methan unabhängig von den Umgebungsbedingungen während der Fütterungszeiten fest­

gestellt.

D ipl.-lng. G regor Brose ist wissenschaftlicher Mitarbeiter, Dr. Eberhard Hartung ist wissenschaftli­

cher Assistent und Prof. Dr. Thomas Jungbluth ist Leiter des Fa chgebietes Verfahrenstechnik in der Tierproduktion und landwirtschaftliches Bauwesen am Institut für Agrartechnik der Universität Hohen­

heim, Garbenstr. 9, 70599 Stuttga rt, e-mail: gbrose@uni-hohenheim.de

Schlüsselwörter

Emissionen, Ammoniak, klima relevante Gase, freie Lüftung, Milchviehhaltung

Keywords

Emissions, ammonia, greenhause gases, natural ventilation, dairy housing

U

m die tageszeitliehen Einflüsse auf die Emissionen von NH3, CH4 und C02 aus der Milchviehaltung zu bestimmen, wurden kontinuierliche Emissionsmessungen in ei­

nem Liegeboxenlaufstall für rund 55 Milch­

kühe und 20 Färsen durchgeführt. Im Lauf­

bereich war Spaltenboden verlegt. Die anfal­

lenden Exkremente gelangten nach dem Treibmistprinzip in das außen liegende Flüs­

sigmistlager. Die bis zu 1 2 cm breiten Zuluftöffnungen der Schwerkraftlüftung (Schachtlüftung) befanden sich traufseitig, wobei 3 Meter lange Luftleitplatten das tie­

fere Eindringen der Zuluft in den Stall be­

wirken. Als Abluftöffnungen dienten vier je 1 m2 und drei je 0,2 m2 große Abluftschäch­

te in der Stallmittelachse. Eine ausführliche Beschreibung des Versuchsstalles und der verwendeten Messtechnik ist dem vorausge­

gangenen Artikel in der Landtechnik l /98, S.

32 - 33, zu entnehmen.

Einflüsse auf das Lüftungssystem In Ställen mit Schwerkraftlüftung ist der Vo­

lumenstrom in starkem Maße von der Wind­

geschwindigkeit und der Temperaturdiffe­

renz zwischen Stallinnen- und -außenluft abhängig. Bei Windstille beträgt der Abluft­

volumenstrom des untersuchten Stalles etwa 1 1 000 bis 1 3000 m3/h, bei hohen Windge­

schwindigkeiten kann er auf über 30000 m3/h zunehmen. Der relativ schwache, posi­

tive Einfluss der Temperaturdifferenz auf die Höhe des Volumenstroms ist nur bei niedri­

gen Windgeschwindigkeiten unter 1,5 rnls

2000 1750 Bild 1: Erhähte ^E g; 1500 COrKonzentra- _·=

tionen in den ^c ₀ 1250 Zuluftäffnungen ^.. _{f 1000}

bei Auftreten 1:

von Lecksträ- ^{Cl) N} _{c 750} men _� ⁰

es

⁵⁰⁰

Fig. 1: Higher ^(..) COrconcentra- ²⁵⁰

festzustellen. Des Weiteren ist ein deutlicher Einfluss der Windrichtung auf die Höhe der Volumenströme durch die einzelnen Abluft­

schächte festzustellen. Bei südlicher Anströ­

mung des Stalls weist der nördliche Abluft­

schacht N l einen vielfach höheren Volu­

menstrom als die Schächte N2 bis N4 auf, bei westlicher Windrichtung werden deut­

lich höhere Volumenströme durch die Schächte N2 bis N4 gefördert. Entsprechend der windrichtungsabhängigen Verteilung der Volumenströme durch die verschiedenen Abluftschächte stellen sich im Stall unter­

schiedliche Luftströmungen ein, die einen erheblichen Einfluss auf die Höhe der NH3- Freisetzung aus den Exkrementen haben.

Während der Messungen zeigte sich, dass unter bestimmten Bedingungen auch durch die Zuluftöffnungen ein Teil der Emissionen aus dem Stall entwich. Diese Leckströme konnten durch eine gegenüber der Hinter­

grundkonzentration erhöhte C02-Konzen­

tration in den Zuluftöffnungen nachgewie­

sen werden (Bild 1). Die Leckströme traten insbesondere bei hohen Windgeschwindig­

keiten oder bei niedrigen Temperaturdiffe­

renzen zwischen innen und außen (etwa tagsüber an heißen Sommertagen) auf. Eine Abschätzung der Höhe des Leckvolumen­

stroms und damit der L eckemissionen ist je­

doch nur schwer möglich. Bei festgestellten Leckströmen wurden Emissionsdaten nicht zur Auswertung herangezogen.

Einflüsse auf die Emissionen

Die kontinuierliche Erfassung von Konzen­

trationen und Volumenstrom ermöglichte die Aufzeichnung des tageszeitliehen Verlaufs der NH3-, CH4- und C02-Emissionen.

Es zeigte sich, dass die Höhe der NHJ­

Emissionen im Tagesverlauf teilweise erheb­

lich schwankt. Dies kann auf die Schwan­

kungen der Einflussfaktoren auf die NH3- Freisetzung zurückgeführt werden. Sowohl die Stallinnentemperatur als auch die Luft­

strömung im Stall kann sich bei freier Lüf-

Literaturhinweise sind vom Verlag unter LT 99210 erhältlich oder ü ber I nternet http://www.landwirt­

schaftsverlag.com/landtech/local/fliteratur.htm abrufbar.

tions in the

incoming air ⁰ �---4---4---�---+ o during /eak 8.3.97 0:00 8.3.97 12:00

flows

1 1 0

9.3.97 0:00 Datum/Zeit

9.3.97 12:00 10.3 97 0:00

54. J a hrgang LANDTECH N I K 2/99

40Tr==��==����==�����--�-----, 60

__.,__ c NH3 unter Spaltenboden/under s/atted ^f/oor

--+-- T Zu/uft/incoming air -NH3·Emlsslon

o +---4���L_�---������ o

Bild 2: Zeitlicher Verlauf von Ammoniakemis­

sion, Ammoni·

akkonzentration unterm Spalten­

boden und Zulufttempera­

tur an zwei Tagen 1 2.4.97 1 2:00 13.4.97 0:00 1 3.4.97 1 2:00 1 4.4.97 0:00 1 4.4.97 1 2:00

Zeit/time

Fig. 2: Course of the dav of ammonia emissions, ammonia concentration und er the slatted f/oor and the temperature of the incoming air an two davs

25 �--�,---�----.---r---�---.----.---r 1 000

800 Bild 3: Tages-

�

verlauf der CH4·

.5 und GOr

c Emissionen

·0 u;

gemittelt über

"'

·e

400 _w acht Tage im

... Dezember

(,) :t:

Fig. 3: Course of the dav of CH4·

-o--C02-Emission ...,... DatenanzahVnumber of data -<>-CH4·Emission

und GOr

o o:oo 3:oo e:oo t= == � == � == =+==�

^{9:00 12:00}

� ==�

^{1 5:00}

==

^{1 8:00}

� == �===+ 21:oo o:oo o

emissions mean

Tageszeit/time _{of day} over eight days

'---l in december

- Dez 97 -Jan 98

5 +---+---�---r----+----+----+---�---1 Bild 4: Mitterer

Tagesverlauf der GOrEmissio­

nen zu verschie­

denen Jahres­

zeiten Fig. 4: Mean dailv course of

0 .J---+---+---+----+----+----+---1---1 the COremissi-

o:oo 3:oo s:oo 9:00 1 2:oo 1 5:oo 1 8:00 21 :oo

o:oo

ans during

Tageszeit/time of day different

L---__J seasons tung aufgrund variierender äußerer Witte­

mngsbedingungen kurzfristig ändern und damit zu einer Veränderung der Emissions­

höhe führen. Darüber hinaus kann eine NH3- Freisetzung auf dem Flüssigmistkanal zu ei­

ner Erhöhung der NH3-Emissionen fuhren.

Zur Verdeutlichung ist der Verlauf der NH3- Emissionen über zwei Tage im April in Bild 2 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die NH3-Emissionen in den Abendstunden zu­

nehmen. Gleichzeitig kann auch eine rapide Abnahme der Ammoniakkonzentration un­

ter dem Spaltenboden festgestellt werden.

Dies ist ein Hinweis dafür, dass in den Abendstunden ein erhöhter Luftaustausch

54. Jahrgang LANDTECHNIK 2/99

durch die Spalten einsetzt, der zur vermehr­

ten Freisetzung von Ammoniak aus dem Flüssigmistkanal führt. Als Ursache für den erhöhten Luftaustausch durch die Spalten kann die abends kälter werdende Zuluft an­

gesehen werden, die aufgrund ihrer höheren Dichte durch den Spaltenboden in den Flüs­

sigmistkanal gelangt [ 1 ] . Eine abendliche Emissionszunahme ist jedoch nur an Tagen festzustellen, wenn die Zulufttemperatur deutlich kleiner als die Stalltemperatur ist.

In Bild 3 sind die mittleren Tagesverläufe der CH4- und COz-Emissionen von acht Ta­

gen im Dezember 1 997 dargestellt. Die Tage waren windarm (mittlere Windgeschwindig-

keit: 1 m/s) und kalt (mittlere Außentempe­

ratur: -2 °C). Durch das Auftreten von Leck­

strömen ist die Datenanzahl für die Mittel­

wertsbildung zu verschiedenen Tageszeiten unterschiedlich. Die COz- und CH4-Emis­

sionen zeigen einen synchronen Tagesver­

lauf Zu den Hauptfütterungszeiten um 7 :00 und um 1 8:30 Uhr zeigen sich charakteristi­

sche Emissionszunahmen. Ein weiterer Peak der CH4- und COz-Emissionen zwischen 1 3 :00 und 1 5 :00 Uhr ist irrfolge eines unein­

heitlichen Fütterungsbeginns nicht so deut­

lich. An einem einzelnen Tag können die Emissionen während der Fütterung bis zu 50% ansteigen, aufgrund zeitlicher Ver­

schiebungen der Fütterungszeit von Tag zu

Tag fällt der Emissionsanstieg bei einer Mit­

telung über acht Tage jedoch niedriger aus.

In den frühen Morgenstunden treten irrfolge geringer Aktivität der Tiere die niedrigsten Emissionen auf. Bild 4 zeigt die mittleren Tagesverläufe der COz-Emissionen in vier verschiedenen Monaten (gemittelt aus acht Tagen im April, 22 Tagen im Juni, acht Tagen im Dezember, 1 6 Tagen im Januar). Zu allen Jahreszeiten ist eine Zunahme der C02-

Emissionen zu den Fütterungszeiten deut­

lich. Die Höhe der COz-Emissionen ist in den verschiedenen Monaten vergleichbar, nur im Juni treten tagsüber geringere C02- Emissionen auf. Dies ist wahrscheinlich auf Leckströme zurückzuftilu·en, die gerade in den Sommermonaten wegen der geringen Temperaturdifferenz vermehrt auftreten, an den vorhandenen Zuluftrnessstellen aber nicht festzustellen sind. Für die CH4-Emis­

sionen ergibt sich ein dem C02-Emissions­

verhalten entsprechender Zusammenhang.

Zusammenfassung

Zeitlich und räumlich variierende Abluftvo­

lumenströme in einem frei belüfteten Stall erfordern zur Emissionsbestimmung eine kontinuierliche Volumenstrommessung in jeder Abluftstelle. Bei hohen Windge­

schwindigkeiten oder einer geringen Tempe­

raturdifferenz zwischen innen und außen können Leckströme durch die Zuluftstellen auftreten, was zu einer Unterschätzung der tatsächlichen Emissionen fuhren würde. Die Ammoniakemission wird im Tagesverlauf neben dem Temperatureinfluss stark von ei­

ner veränderten Luftströmung beeinflusst.

Relativ kalte und nach unten strömende Zu­

luft kann in der Nacht zu einem vermehrten Luftaustausch durch den Spaltenboden und damit zu einer zusätzlichen NH3-Freiset­

zung aus dem Flüssigmistkanal führen, was ebenfalls die NH3-Emission erhöht. Demge­

genüber zeigen die Emissionen von C02 und CH4 einen typischen und synchronen Tages­

verlauf mit während der Fütterung um bis zu 50% erhöhten Emissionswerten.

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