Emissionsdatenermittlung: Grundlagen, Methoden und Beispiele EmiDat Projekt des KTBL

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1 Emissionsdatenermittlung: Grundlagen, Methoden und Beispiele EmiDat Projekt des KTBL B. Eurich-Menden U. Wolf G. Dehler E. Grimm S. Wulf Copyright-Vermerk Berlin, 26. April 2018 Gliederung Warum messen wir? Wer ist beteiligt? Was messen wir? Wo messen wir? Aktueller Stand im Projekt EmiDaT EmiMin Was soll hier gemacht werden? 1

2 NH 3 -Emissionsinventar Mit revidierten EMEP 2016-Emissionsfaktoren für Mineraldünger: NERC % NEC: 550 kt NERC % andere Sektoren Mineraldünger Energiepflanzen Weidegang Gesamtemission: 680 kt mit Gärresten aus Energiepflanzen 615 kt ohne Gärreste aus Energiepflanzen Lücke zu NEC: ca. 65 kt Minderungsbedarf NERC bis 2020 (-5%): - 85 kt bis 2030 (-29%): kt andere Tiere Geflügel Schweine Rinder Seit 2005 zunehmende Quellen: Geflügelhaltung Gärreste aus Energiepflanzen 3 Anlass für das Projekt Ermittlung von Emissionsgrunddaten zur Verbesserung der Emissionsberichterstattung im Rahmen nationaler und internationaler Regelungen zur Luftreinhaltung und zum Klimaschutz Beurteilung des Emissionsverhaltens und der Umweltwirkung von Tierhaltungsanlagen in Genehmigungsverfahren; hier: insb. innovative Haltungsverfahren mit freier Lüftung und Auslauf im Rahmen der Tierwohlinitiative, um deren Verbreitung und Akzeptanz in der Praxis zu steigern 2

3 Übersicht der Projektorganisation B. Eurich-Menden Grundlage der Messungen VERA-Messprotokoll Test Protocol für Livestock Housing and Management Systems Daraus für Deutschland abgeleitet: KTBL-Messprotokolle für offene und geschlossene Stallsysteme Darin sind alle relevanten Parameter festgelegt (Gase / Geruch / Staub / Rahmenparameter) Im Rahmen des Projekts ggf. noch genauer spezifiziert 3

4 Messprogramm I VERA-Messprotokoll Test Protocol für Livestock Housing and Management Systems KTBL Messumfang: je Haltungssystem Messungen an bis zu 4 möglichst gleichen Stallanlagen Tierkategorien: Milchvieh, Mastschweine Haltungssysteme: offene Ställe, bei Mastschweinen mit Auslauf Zeitplan Verlängerung beantragt Messprogramm II Messdauer: Die Messungen erfolgen an jedem Stall über den Zeitraum von einem Jahr an 6 verschiedenen Terminen, der Messzeitraum beträgt jeweils eine Woche. Messmethode: Der Luftvolumenstrom wird mit der CO 2 -Bilanz-Methode bestimmt, die Gaskonzentrationen mittels FTIR Technik. Bei Ställen mit Weidegang/Auslauf kommt die Tracer-Ratio- Methode (z.b. SF 6 ) zum Einsatz. Parameter: Neben NH 3, CH 4, und N 2 O werden auch Staub und Geruch (bei Milchvieh nur an ausgewählten Ställen), an allen Ställen u.a. die Windgeschwindigkeit, -richtung, die Temperatur, die Futter- und Wirtschaftsdüngerzusammensetzung, die Milchleistung und der Harnstoffgehalt der Milch erfasst. 8 4

5 Milchviehbetriebe Varianten: Laufgang mit Spaltenboden und ext. Lagerung Laufgang planbefestigt mit ext. Lagerung Güllekeller (Spaltenboden) Weidehaltung mit Spaltenboden (noch nicht in Messung ) 11 Standorte in Messung, werden im Jahr 2018 abgeschlossen Messinstitute: DLG: 2 BY, 1 BW LUFA Nord-West: 1 NRW, 2 NI Müller BBM: 2 BY SGS Fresenius: 2 RLP LfULG, Köllitsch: 1 SN Messungen an Weidebetrieben starten Sommer 2018 Spalte plan Güllekeller Weide Milchvieh Messaufbau - Update Zu Gunsten einer höheren zeitlichen Auflösung der Messungen werden die Gaskonzentrationen im Stall über eine Sammelleitung erfasst Beide Linien werden als Sammelleitung gemessen Im Außenbereich sind 2 Messpunkte installiert, so dass eine windrichtungsabhängige Auswertung der Daten möglich ist 10 5

6 Installation der Messleitungen B. Eurich-Menden B. Eurich-Menden KTBL EmiDaT Außenmesspunkt und Wetterstation B. Eurich-Menden LUFA Nord-West 12 6

7 Datenerfassung und aufbereitung Aufgenommen werden die Konzentrationen der folgenden Gase (innen und außen): CO 2, NH 3, CH 4, N 2 O, H 2 O, H 2 S, NO 2, NO, CO FTIR Später dann auch Tracergase (SF 6 und SF 5 CF 3 ) GC ECD Spektrum wird für jede Messung abgelegt um spätere Neuberechnung mit anderen Einstellungen zu ermöglichen Einheit der Gaskonzentrationen: ppm Daten werden in der jeweils höchstmöglichen zeitlichen Auflösung gemessen Mindestvorgabe: bei FTIR-Messungen ein Messwert pro Stunde 13 Datensatz: Prüfung auf Plausibilität 14 7

8 CO 2 Konzentration CO2 Innen 800 CO2 Außen (luv) 700 CO2 Außen (lee) CO 2 [ppm] Prüfung Daten auf Plausibilität Betrieb B NH 3 [ppm] 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 NH 3 Konzentration NH3 Innen NH3 Außen (luv) NH3 Außen (lee) 15 Prüfung Daten auf Plausibilität - Betrieb F 800 CO 2 Konzentration CO 2 [ppm] NH 3 [ppm] 2,0 1,5 1,0 0,5 Stallgebäude NH 3 Konzentration Hintergrundkonzentration Deutlich erkennbar: Ventilationslüftung vom eingeschaltet (Temperatursteuerung) NH 3 Konzentrationen im Stallgebäude geringer als außerhalb 0, Stallgebäude Hintergrundkonzentration 8

9 Berechnungsmaske Emissionen nach VERA 17 NH 3 Emissionen Betrieb G - Termin 1 (Februar) 18 9

10 Aufnahme Verschmutzung 19 Ermittlung von Jahresmittelwerten Milchvieh Berechnung von NH3-Frachten für die einzelnen Messperioden Betrachtung der Emissionswerte vor dem Hintergrund der aufgezeichneten Zusatzinformationen (Aktivität im Stall, Grad der Verschmutzung etc.) Berechnung von Jahresmittelwerten aus jeweils 6 Messperioden Vorgehen muss noch abgestimmt werden Danach erfolgt die Ableitung eines Emissionsfaktors für ein Haltungsverfahren (aus den parallelen Messungen an unterschiedlichen Standorten) 10

11 Foto: Wiedmann Mastschweineställe: Außenklimaställe mit Auslauf werden in EmiDaT gemessen Foto: Wiedmann Foto: Keck 21 Mastschweine Ausgewählte Haltungsverfahren: 1. Außenklimastall mit Auslauf planbefestigt mit Einstreu 2. Außenklimastall mit Auslauf Spalten 3. Offenfrontstall mit Auslauf planbefestigt mit Einstreu 4. Geschlossener Stall mit Auslauf planbefestigt mit Einstreu Betriebssuche läuft, bisher 5 geeignete Betriebe ausgewählt

12 Messung an frei gelüfteten Ställen mit Auslauf Was ändert sich gegenüber den Milchkuhställen? Es müssen künstliche Tracergase eingesetzt werden. Im Innen- und Außenbereich sind u.u. unterschiedliche Quellstärken vorhanden Repräsentative Probenahme ist bei langen Ställen und unterschiedlich belegten Buchten schwierig Die Schnittstelle zur Umgebung ist nicht klar definiert Leitungen und Düsen für das Tracergas müssen so aufgebaut sein, dass sie robust gegenüber Tieraktivität sind und das Entmisten nicht stören Es existiert kein abgestimmtes VERA-Protokoll, das man als Grundlage heranziehen kann. 23 Weiteres Vorgehen EmiDaT Auswertung der Daten Milchvieh nach Standorten begonnen Methodenweiterentwicklung Tracer-Gas-Messung! Derzeit noch in Bearbeitung Verzögerung der Messungen an den Milchviehställen mit Weide und an den Mastschweineställen Suche nach weiteren Mastschweineställen, bisher nur 5 geeignete Betriebe Verlängerungsantrag bis 9/2019 gestellt 24 12

13 Verbundvorhaben Emissionsminderung Nutztierhaltung (EmiMin) Projektdauer: 60 Monate Planzeitraum: bis Zielsetzung EmiMin Untersuchung der Wirksamkeit ausgewählter, auf dem Markt verfügbarer verfahrensintegrierter Maßnahmen zur Emissionsminderung nach VERA- Testprotokoll: Schweinehaltung Ureaseinhibitoren zur Oberflächenbehandlung Güllekühlung und Güllekanalverkleinerung (Einzelmaßnahme und in Kombination) Kot-Harn-Trennung mit Unterflurschieber (perforierter Auslauf), Ureaseinhibitoren (planbefestigter Auslauf) (Einzelmaßnahme und in Kombination; Entwicklung/Validierung der spez. Messmethodik Rinderhaltung modifizierter, emissionsarmer planbefestigter Boden im Laufbereich modifizierter, emissionsarmer perforierter Boden im Laufbereich Einrichtung einer Datenplattform (Forschungsdatenbank) 26 13

14 Verbundpartner EmiMin Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Institut für Landwirtschaftliche Verfahrenstechnik, Prof. Dr. habil. Eberhard Hartung Deutsche Zentralbibliothek für Medizin (ZB MED) Informationszentrum Lebenswissenschaften, Köln, Birte Lindstädt Kuratorium für Technik und Bauwesen in der Landwirtschaft e.v. (KTBL), Darmstadt, Dr. Martin Kunisch Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.v. (ATB), Abteilung Technik in der Tierhaltung, Univ.-Prof. Dr. Thomas Amon Universität Bonn, Institut für Landtechnik, Prof. Dr. Wolfgang Büscher Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik, apl. Prof. Dr. Eva Gallmann Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Die Förderung erfolgt aus Mitteln des Zweckvermögens des Bundes bei der Landwirtschaftlichen Rentenbank 14