Emissionsminderung Tierhaltung durch verfahrenstechnische Ansätze

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11 14.10.2021 | © apl. Prof. Dr. Eva Gallmann I Verfahrenstechnik der Tierhaltungssysteme I DAF Jahrestagung 2021

DAF Jahrestagung 2021

„Klimaschutz mit Land- und Forstwirtschaft“

apl. Prof. Dr. Eva Gallmann

Institut für Agrartechnik, Verfahrenstechnik der Tierhaltungssysteme

 Startpunkte

 Etappenziele

 Weiterreise

Emissionsminderung Tierhaltung durch verfahrenstechnische

Ansätze

https://www.agroscope.admin.ch/agroscope/de/home/aktuell/dossiers/tieremissionen1/_jcr_content/par/columncontrols/i tems/0/column/image_1008227919/image.imagespooler.jpg/1539251008929/Emission_im_Tierbereich_d.jpg

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Startpunkte Technische Ansätze

Grafik: K. Wagner, KTBL 2020

https://www.ktbl.de/fileadmin/user_upload/Allgemeines/Download/EmiMin/EmiMin2021.pdf

Untersuchung von verfahrensintegrierten, baulich-technischen Emissionsminderungs- maßnahmen

https://www.ktbl.de/the men/emimin

Uni Bonn

Uni Hohenheim Uni Kiel

ATB Potsdam KTBL

ZB Med

Jeweils Untersuchung an zwei bis vier Standorten über mindestens 6 Messwochen und alle Jahreszeiten.

Die Förderung erfolgt aus Mitteln des Zweckvermögens des Bundes bei der

Landwirtschaftlichen

Rentenbank, Frankfurt am Main.

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Ureaseinhibitoren Schwein

K. Wagner, KTBL 2020 https://www.ktbl.de/fileadmin/user _upload/Allgemeines/Download/E miMin/EmiMin2021.pdf

Foto: H. Schulte, Uni Foto: H. Schulte, Uni Kiel

Kiel

 Drei Applikationsarten

 Oberflur per Rückenspritze (manuell)

 Oberflur mit Applikationsscheibe (automatisch)

 Unterflur mit Düsen (automatisch)

 erwartetes Minderungspotenzial: 40-50% Team CAU Kiel

H. Schulte

F. Hagenkamp-Korth

E. Hartung

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Ureaseinhibitoren Schwein

 Relative Minderungsleistung der

Minderungstechnik von vielen Faktoren abhängig

 Zielgröße: Emissionsfracht [𝑔 ℎ 𝐺𝑉

 Auswertungsoptionen: Vergleich Abteile, Vergleich im Zeitverlauf,

Verhältnisabweichung

 Tendenz zeigt,

 Rückenspritze (stabile) Minderungsleistung

 Ober- und Unterflur geringere Minderung und größere Streuung

 Verbesserung und weitere Automatisierung Applikationstechnik (Sprühbild,

Gleichmäßigkeit, Düsen, Anmischverfahren)

(A. Bobrowski, 2018)

Abb.:© H. Schulte, CAU Kiel [g h^-1GV^-1]

• Referenzabteil • UI-Versuchsabteil

Applikationsart:

Tagesmittelwerte

Team CAU Kiel H. Schulte

F. Hagenkamp-Korth

E. Hartung

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Güllekühlung

K. Wagner, KTBL 2020 https://www.ktbl.de/fileadmin/user _upload/Allgemeines/Download/E miMin/EmiMin2021.pdf

 Zieltemperatur der Güllekühlung beträgt <15 °C

 Einsatz einer Wärmepumpe zur Kühlung der Kühlflüssigkeit in Schläuchen, bzw. Kühlrippen

 Die Abwärme kann zum Heizen anderer Stallbereiche (z.B.

Ferkelnest) verwendet werden

Foto: T. Heidenreich, LfULG

 Minderungseffekt ist abhängig von der Kühlleistung: 30-60%

(DK, NL)

Foto: L. Wokel, Uni Hohenheim

Team

Uni Hohenheim L. Wokel

E. Gallmann

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NH

3

-Emissionen [g/h]

X = Versuchsabteil mit Kühlung Y = Kontrollabteil ohne Kühlung

Mastdurchgang und Messzeitraum

Winter Winter Übergang und Sommer Übergang und Sommer

Güllekühlung

Foto: T. Heidenreich, LfULG

Foto: L. Wokel, Uni Hohenheim

Foto: L. Wokel Uni Hohenheim

Standort Düsse – Emissionen verschiedene Messzeiträume

Team

Uni Hohenheim L. Wokel

E. Gallmann

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CH

4

-Emissionen [g/h]

Mastdurchgang und Messzeitraum

Winter Winter Übergang und Sommer Übergang und Sommer

X = Versuchsabteil mit Kühlung Y = Kontrollabteil ohne Kühlung

Güllekühlung

Foto: L. Wokel, Uni Hohenheim

Foto: L. Wokel Uni Hohenheim

Standort Düsse – Emissionen verschiedene Messzeiträume

Team

Uni Hohenheim L. Wokel

E. Gallmann

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Güllekanalverkleinerung

K. Wagner, KTBL 2020 https://www.ktbl.de/fileadmin/user _upload/Allgemeines/Download/E miMin/EmiMin2021.pdf

Foto: T. Heidenreich, LfULG

 Glatte, V-förmige Kunststoffwannen mit geneigten, glatten Wänden

bewirken einen raschen Abfluss der Gülle

 Teilspaltenboden und Vakuumentmistung

 Mehrflächenbucht mit mittigem, planbefestigtem Liegebereich

 das Verfahren um so wirksamer, je sauberer das System gehalten wird (regelmäßiges Entleeren der

Güllewannen)

 Emissionsminderung (abgel. aus BVT-Ref.): bis zu 50 %

Grafik: K. Wagner, KTBL

Foto: L. Wokel, Uni Hohenheim

Team

Uni Hohenheim L. Wokel

E. Gallmann

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Güllekanalverkleinerung

Foto: T. Heidenreich, LfULG

Foto: L. Wokel, Uni Hohenheim

Fotos: L. Wokel Uni Hohenheim

Standort Hohenheim – Emissionen verschiedene Messzeiträume (n = Anzahl Stundenmittelwerte)

Foto: L. Wokel, Uni Hohenheim

NH3-Emis si onen [g/h]

n = 178

Dez. 2019 Jan. 2020

n = 188

n = 344

n = 343

n = 289

Jul. 2020 Jul./Aug. 2020

X = Versuchsabteil Y = Kontrollabteil

Team

Uni Hohenheim L. Wokel

E. Gallmann

Mastdurchgang und Messzeitraum

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1010 14.10.2021 | © apl. Prof. Dr. Eva Gallmann I Verfahrenstechnik der Tierhaltungssysteme I DAF Jahrestagung 2021

Unterflurschieber / Kot-Harn Trennung

K. Wagner, KTBL 2020 https://www.ktbl.de/fileadmin/user _upload/Allgemeines/Download/E miMin/EmiMin2021.pdf

Foto: T. Heidenreich, LfULG

 Einsatz in freigelüfteten Mastschweineställen mit perforiertem Auslauf möglich

 V- förmiger Güllekanal mit 5° - 10° Gefälle und abgedeckter Harnrinne

 schnelle Trennung von Kot und Harn

 angepasster Unterflurschieber

 erwartete Emissionsminderung: 40-50%

Foto: F. Hagenkamp- Korth, Uni Kiel Foto: L. Wokel, Uni

Hohenheim

Perforierter Kotbereit im Auslauf

abgedeckte Harnrinne V-förmiger

Schieber Güllekanalsohle mit

~ 5°- 10° Gefälle Foto: K. Wagner, KTBL

Grafik: K. Wagner, KTBL

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Planbefestigter Auslauf mit Oberflächenbehandlung (Ureaseinhibitoren)

Foto: T. Heidenreich, LfULG

Foto: F. Hagenkamp- Korth, Uni Kiel

EmiMin Messungen auf zwei baden-württembergischen EIP Betrieben (www.eip-schwein.de) ab Sommer 21

 374 Mastplätze  600 Mastplätze Team CAU Kiel

E. Hartung

F. Hagenkamp-Korth

H. Schulte

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Schweinetoiletten

www.eip-rind.de www.eip-rind.de

Wageningen Livestock Research (2012). Research in one minute: the pig toilet. https://www.youtube.com/watch?v=i0IkJUg2DhM, Letzter Zugriff 12.07.2019

Big Dutchman (2018): Weniger Ammoniak, mehr Tierwohl: Eine Toilette macht's

möglich. https://www.bigdutchman.de/de/schweinehaltung/aktuelles/detail/weniger-

ammoniak-mehr-tierwohl-eine-toilette-machts-moeglich/, Letzter Zugriff 30.04.2020

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Emissionsarmer Spaltenboden

K. Wagner, KTBL 2020 https://www.ktbl.de/fileadmin/user _upload/Allgemeines/Download/E miMin/EmiMin2021.pdf

Foto: T. Heidenreich, LfULG

Foto: F. Hagenkamp- Korth, Uni Kiel

 Dichtungsklappen lassen Kot und Harn in den Güllekeller fallen

 Luftaustausch zwischen Stallluft und Luftraum über dem Güllekeller wird verringert.

 Regelmäßige Reinigung der Laufflächen durch einen Reinigungsroboter mit Sprühvorrichtung

 Emissionsminderung ca. 45 % (NL) (NH ₃ -Emission 7,9 kg NH ₃ /Tier /Jahr)

Foto: K. Wagner, KTBL

Zeichnung: KTBL Zeichnung: KTBL

Anders Beton EcoBoden

https://www.vera-verification.eu/app/uploads/sites/9/2021/05/Verification-

Statement_Proflex-Meadow-Floor-final.pdf

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Emissionsarmer plangefestigter Boden Prinzip Kot-Harn Trennung

K. Wagner, KTBL 2020 https://www.ktbl.de/fileadmin/user _upload/Allgemeines/Download/E miMin/EmiMin2021.pdf

Foto: K. Wagner, KTBL

 Bodenbelag aus Gummi mit Rillenprofil

 Profil hat ein leichtes, beidseitiges Gefälle

 Harn wird schnell in die Harnrille abgeführt

 regelmäßige Reinigung der Laufflächen mit angepasstem Fingerschieber

 Emissionsminderung 40 % (theoretisch abgeleitet)

Foto: D. Janke, ATB

Foto: K. Wagner, KTBL Foto: D. Janke, ATB Foto: D. Janke, ATB

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Verschmutze Oberflächen

Flächenanteil und Luftbewegung reduzieren

 Integrierte Laufhöfe

 Strukturierte Laufhöfe

 Beschattung

 Entmistungsachsen

 Erhöhte Fressstände

 Laufflächenbefeuchtung

(Schmierschichten, Festtrocknen)

 Saugmistroboter

 Gefälle

https://www.eip-rind.de/innovative_massnahmen.php?handlungsfeld=Emissionsminderung

www.eip-rind.de www.eip-rind.de www.eip-rind.de

www.eip-rind.de

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Erhöhte Fressstände

https://alb-bw.uni-

hohenheim.de/fileadmin/einrichtungen/alb-

bw/Archiv/2020/Emissionsmessungen_Sabi

neSchrade.pdf

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Vergleich Böden

Perforiert:

Roboterentmistung mit Wasser

Planbefestigt:

12 x tgl. Entmistungsschieber

https://alb-bw.uni-

hohenheim.de/fileadmin/einrichtungen/alb- bw/Archiv/2020/Emissionsmessungen_Sabi neSchrade.pdf

! CH4-Emissionen waren bei

perforierten Böden erhöht!

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Vergleich mit/ohne Gefälle

https://alb-bw.uni-

hohenheim.de/fileadmin/einrichtungen/alb-

bw/Archiv/2020/Emissionsmessungen_Sabi

neSchrade.pdf

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Vergleich mit/ohne Gefälle

https://alb-bw.uni-

hohenheim.de/fileadmin/einrichtungen/alb-

bw/Archiv/2020/Emissionsmessungen_Sabi

neSchrade.pdf

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Kuhtoilette

www.eip-rind.de www.eip-rind.de

Firma Hanskamp (2019): https://www.hanskamp.nl/en/cowtoilet, Letzter Zugriff 12.07.2019 Firma Hanskamp (2020): https://hanskamp.nl/en/cowtoilet, Letzter Zugriff 30.04.2020 Galama et al. (2020): Symposium review: Future of housing for dairy cattle*. J Dairy Sci.

Firma Hanskamp (2020) letzter Abruf Flyer 13.10.2021

https://hanskamp.nl/uploads/webshop/products/2020/dec/hkcowtoiletflyer2020dezonder.pdf

 Motivation Kraftfutterstation

 Auslösen Urinierreflex durch Massage Zentralband Euter

 Auffangen und Ableiten

https://www.youtube.com/watch?v=V_W6XqJncb4&t=2s

„Probeergebnisse in Testbetrieben haben gezeigt, dass gut 50 % des Urins einer Kuh mit der CowToilet aufgefangen wird. Somit erscheint auch eine Ammoniakreduktion um etwa 50% mehr als möglich. Die Wageningen Universiteit & Research erforscht diese Ergebnisse nun genauer.“

https://moderner-landwirt.de/goldmedaille-fuer-die-cowtoilet-von-hanskamp/

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https://www.fli.de/de/aktuelles/kurznachrichten/neues-einzelansicht/erfolgreiches- toiletten-training-fuer-rinder-koennte-ammoniakemissionen-verringern/

DOI : 10.1016/j.cub.2021.07.011

“Learned control of urinary reflexes in cattle to help reduce greenhouse gas

emissions” by Dirksen et al., 13 September 2021, Current Biology.

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Gülleansäuerung

S

TIERLI

P. (2016): Gülleansäuerung. Beurteilung der Gülleansäuerung als

Klimaschutzmassnahme in der Schweizer Landwirtschaft. AgroCleanTech Verein. c/o Schweizer Bauernverband, Bern. Zugriff am 22.06.2021

https://www.agrocleantech.ch/images/Fachleute/Wissen/Beurteilung_der_G%C3%BClleans%C3

%A4uerung_als_Klimaschutzmassnahme.pdf.

K

AUPENJOHANN

, M., S

CHNUG

, E., H

ANEKLAUS

, S., D

ÖHLER

, H. G., N

EBELSIECK

, R., F

OCK

, M. (2019):

Gutachten zur Anwendung von Minderungstechniken für Ammoniak durch “Ansäuerung von Gülle“ und

deren Wirkungen auf Boden und Umwelt. Umweltbundesamt: Dessau-Roßlau, Germany.

(23)

Gülleansäuerung

https://www.vera-verification.eu/app/uploads/sites/9/2019/05/VERA-Urkunde006_JH-

Forsuring-NH4-DE.pdf

(24)

Gülleansäuerung im Stall

S

TIERLI

P. (2016): Gülleansäuerung. Beurteilung der Gülleansäuerung als Klimaschutzmassnahme in der Schweizer Landwirtschaft. AgroCleanTech Verein. c/o Schweizer Bauernverband, Bern. Zugriff am 22.06.2021 https://www.agrocleantech.ch/images/Fachleute/Wissen/Beurteilung_der_G%C3%BClleans%C3%A4uerung_als_Klimaschutzmassnahme.pdf.

K

AUPENJOHANN

, M., S

CHNUG

, E., H

ANEKLAUS

, S., D

ÖHLER

, H. G., N

EBELSIECK

, R., F

OCK

, M. (2019): Gutachten zur Anwendung von Minderungstechniken für Ammoniak durch “Ansäuerung von Gülle“ und deren Wirkungen auf Boden und Umwelt. Umweltbundesamt: Dessau-Roßlau, Germany.

 pH-Wert steigt mit Lagerdauer wieder an;  ca. doppelt so viel Säure nötigt als bei Zugabe direkt bei Ausbringung

 Zudosierung und Einmischung problematisch; Gasbildung (Schwefelwasserstoff) und Schaumbildung (CO ₂ )

• Gefahr von Korrosion des Baumaterials

 vorhandene Betonqualitäten in Stall und Lager evtl. nicht geeignet

• JGS-Status geht verloren ( Anlage zum Behandeln und Verwenden von Jauche, Gülle und Sickersäften )  deutlich strengere Anforderungen für HBV-Anlagen benötigt ( Anlagen zum Herstellen, Behandeln und Verwenden

wassergefährdender Stoffe ) kann zu höheren Kosten führen

K

UPPER

, T. (2017): Beurteilung der Ansäuerung von Gülle als Massnahme zur Reduktion von

Ammoniakemissionen in der Schweiz-Aktueller Stand. Berner Fachhochschule. Hochschule für Agrar-,

Forst- und Lebensmittelwissenschaften HAFL, Bern.

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Hybride Lüftung / (Teilstrom)abluftreinigung

„Ca. 64 bis 83% der Ammoniakemission wurde durch die Unterflurlüftung gesammelt.“