Ammoniak und Intensiv-Tierhaltung

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1 Ammoniak und Intensiv-Tierhaltung Uwe Hartmann und Dr. Barbara Köllner Gesetzliche Grundlagen Die Bundesregierung hat am das Gesetz zur Umsetzung der UVP- Änderungsrichtlinie (Umweltverträglichkeitsprüfung) beschlossen. Durch die Einführung mittels "Artikelgesetz" (Juli 2001) gilt diese europäische Richtlinie nun auch in Deutschland unmittelbar. Demzufolge müssen bei allen UVP-pflichtigen Vorhaben die Auswirkungen auf die Vegetation sowie mögliche Wechselwirkungen der Schutzgüter Mensch, Fauna, Flora, Boden, Wasser, Landschaft und Sachgüter erfasst werden. Entsprechend der ebenfalls im Juli 2001 eingeführten Änderung der Bemessungsgrenzen (4. BImSchV) für die Genehmigung von Errichtung, Betrieb und wesentlichen Änderungen einer (Tierhaltungs-) Anlage sind nun bereits Anlagen mit mehr als 1500 Mastschweineplätzen, 560 Sauenplätzen und 250 Plätzen für Rinder gemäß der Vorgaben im Bundes- Immissionsschutzgesetz genehmigungsbedürftig. Das bedeutet, dass der Betreiber der geplanten Anlage mittels einer UVP nachweisen muss, dass durch Errichtung und Betrieb der (Tierhaltungs-) Anlage keine schädlichen Umweltauswirkungen von dem Vorhaben ausgehen. Insbesondere die Regelung, dass hierzu nun auch Anlagen größer als 50 GV und einem Flächenbesatz von über 2 GV/ha zählen, hat dazu geführt, dass zahlreiche Betriebe, die bisher nach Baugesetzbuch genehmigt worden waren, nun in den Anwendungsbereich des BImSchG fallen. Aktuelle Genehmigungspraxis Vielfach stehen derzeit bei der Genehmigung landwirtschaftlicher Anlagen noch die Gerüche im Mittelpunkt des Vollzugs. Aufgrund der geschilderten Änderungen der immissionsschutzrechtlichen Bestimmungen, aber auch durch aktuelle internationale Regelungen wie z.b. der europäischen Flora-Fauna-Habitat-Richtlinie, wird die Ermittlung und Bewertung der Auswirkungen auf die Vegetation immer häufiger notwendig. Hierbei kommt der Bewertung der von landwirtschaftlichen Anlagen ausgehenden Ammoniakbelastung eine zentrale Rolle zu. Bei Zulassungsverfahren von landwirtschaftlichen Anlagen ist die geforderte Beurteilung schädlicher Umweltauswirkungen hinsichtlich der Vegetation durch das geplante Vorhaben zzt. aufgrund fehlender national verbindlicher Regelungen und Bewertungsmaßstäbe für Ammoniak erschwert. In den bei der Genehmigung von Anlagen zur Intensivtierhaltung heranzuziehenden Regelwerken (z.b. [1]) werden bisher lediglich bei Anlagen zum Halten und zur Aufzucht von Geflügel Mindestabstände zum Wald gefordert. Auch in der aktuellen Version der TA Luft neu [2] wird auf Immissionswerte für Ammoniak zum Schutz der Vegetation verzichtet. Ob Anhaltspunkte für schädliche Einwirkungen der Ammoniakimmission (und Stickstoffdeposition) auf empfindliche Pflanzen und Ökosysteme vorliegen, muss demnach im Einzelfall geprüft werden (Sonderfallprüfung). Dazu enthält die 116 Jahresbericht 2001 Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen

2 aktuelle Version der TA Luftneu [2] eine Abstandskurve, die für die jeweilige jährliche Ammoniakemission einen Mindestabstand der Anlage zu empfindlichen Pflanzen und Ökosystemen festlegt, dessen Unterschreiten einen Anhaltspunkt für das Vorliegen erheblicher Nachteile gibt. Des Weiteren soll in Zukunft bei der Errichtung von Tierhaltungsanlagen auch ein Mindestabstand zu stickstoffempfindlichen Pflanzen und Ökosystemen (z.b. Wald) von in der Regel 150 m nicht unterschritten werden. In Nordrhein-Westfalen gelten seit Juni 1999 schutzgutbezogene Orientierungswerte für Ammoniakimmissionen [3], dementsprechend darf zum Schutz der Vegetation der Tagesmittelwert von 350 µg/m³ und der Jahresmittelwert von 75 µg/m³ (für landwirtschaftliche Kulturen) bzw. 10 µg/m³ (empfindliche Ökosysteme) nicht überschritten werden. Die Bewertung der vorhabenspezifischen Ammoniakimmissionen an Hand dieser Orientierungswerte setzt gem. TA Luft [1] grundsätzlich die Kenntnis der anlagenspezifischen Zusatzbelastung (ermittelt durch Prognose) sowie die komponentenspezifische Vorbelastung am Planungsstandort (ermittelt durch Immissionsmessungen am Standort) voraus. Nur dann kann die Summe aus Vor- und Zusatzbelastung (Gesamtbelastung) mit dem Orientierungswert nach dem gem. Rd. Erlass [3] für das jeweilige Schutzgut beurteilt werden. Messdaten zur NH 3 -Vorbelastung stehen allerdings in NRW nicht zur Verfügung und sind somit im Genehmigungsverfahren durch die Antragstellerin zu ermitteln. Die Durchführung dieser Messungen ist relativ aufwändig und die daraus resultierenden Kosten sind insbesondere bei Genehmigungsanträgen kleinerer Anlagen nicht verhältnismäßig. Screening-Modell zur Bewertung von anlagenspezifischen Ammoniakimmissionen Mit dem Ziel, eine landesweit einheitliche Vorgehensweise zur Ermittlung und Bewertung der anlagenspezifischen Ammoniakimmissionen festzulegen, wurde unter Federführung des LUA NRW unter Beteiligung von Genehmigungs- und Überwachungsbehörden sowie der Landwirtschaftskammer Westfalen-Lippe das im Folgenden dargestellte "Screening-Verfahren" entwickelt. Dieses weist allein in Abhängigkeit von der NH 3 -Emission der Anlage einen Schutzabstand aus, bei dem der zusätzliche Eintrag durch NH 3 als irrelevant zu bewerten ist. Bei Einhaltung dieses Schutzabstandes ist die Genehmigungsfähigkeit ohne Ermittlung der vorhandenen NH 3 -Belastung gemäß der Vorgehensweise nach TA Luft gegeben. Die zur Ermittlung der Schutzabstände festgelegten Randbedingungen wurden derart gewählt, dass eine konservative Abschätzung der Immissionssituation ermöglicht wird. Die Festlegung der Zielkonzentration, die bei Einhaltung des Abstandes nicht überschritten wird, erfolgte in Anlehnung an die o.g. Orientierungswerte des Landes NRW zum Schutz der Vegetation [3]. Für landwirtschaftliche Kulturen wurden ein Zehntel des Orientierungswerts von 75 µg/m³ in Ansatz gebracht ( = 7,5 µg/m³). Es wird in Anlehnung an die allgemeine Vorgehensweise gem. TA Luft `86 [1] ein Zehntel des Orientierungswertes als Zielgröße in Ansatz gebracht, was formal als irrelevante Zusatzbelastung für das jeweilige Schutzgut anzusehen ist. An den ausgewiesenen Abständen liegt demnach eine Zusatzbelastung von weniger als 7,5 µg/m³ vor. Jahresbericht 2001 Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen 117

3 Um die Auswirkungen auf stickstoffempfindliche Ökosysteme beurteilen zu können, wird darüber hinaus eine Abstandkurve vorgestellt, der als Zielwert 3,0 µg/m³ zugrunde gelegt wurde. Ausgehend von dem Orientierungswert 10 µg/m³ für empfindliche Ökosysteme wurde die Zielgröße 3 µg/m³ als Wert der Zusatzbelastung festgelegt, da Immissionsmessungen in ländlichen Gebieten anderer europäischer Länder (siehe z. B. [4-7]) gezeigt haben, dass die NH 3 -Vorbelastung in ländlichen Gebieten i.a. nicht höher als 7 µg/m³ ist. Zur Ermittlung der Abstände werden Ausbreitungsrechnungen mit dem Modell AUSTAL2000 (Version 0.9) durchgeführt, das in zukünftigen Genehmigungsverfahren nach TA Luft [2,8] eingesetzt werden wird. Das Modell befindet sich allerdings zzt. noch in einer Testphase. Der Rechenkern ist für die benötigte Anwendung in mehr als ausreichendem Maße verifiziert und validiert, so dass die hier vorgestellten Ergebnisse belastbar sind. Es wird eine vertikal ausgedehnte Quelle modelliert mit einer Höhe von 2 bis 8 m. Bei realen Anlagen sind üblicherweise mehrere Auslässe vorhanden, die im Rahmen der vorliegenden Studie jedoch nicht behandelt werden können. Eine detaillierte Betrachtung der Emissionsverhältnisse ist im Sinne dieses Verfahrens nicht erforderlich, da aus Gründen der Praxisnähe und einfachen Handhabbarkeit angestrebt wurde, dass möglichst pauschalisierte Eingaben (Emissionsfaktoren) zu einer hohen Aussagesicherheit führen. Da der überwiegende Teil (> 90 %) der zu genehmigenden Anlagen im Münsterland bzw. am Niederrhein liegt, werden die meteorologischen Bedingungen durch Verwendung einer für das Münsterland repräsentativen meteorologischen Häufigkeitsverteilung berücksichtigt. Abbildung 1 zeigt die durch Ausbreitungsrechnung ermittelte Abstandskurve in Abhängigkeit der Emission der gesamten Intensivtierhaltungsanlage in Tonnen pro Jahr (t/a) zum Schutz der Vegetation (linke Abbildung) sowie zum Schutz empfindlicher Ökosysteme (rechte Abbildung). Vegetation empfindliche Ökosysteme Abstand in m Abstand in m NH 3 -Emission in t/a NH 3 -Emission in t/a Abbildung 1: Abstandsdiagramme zum Schutz der Vegetation (links) und empfindlichen Ökosystemen. 118 Jahresbericht 2001 Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen

4 Der Abstand X in m kann auch gemäß folgender Rechenvorschrift ermittelt werden: Schutz der Vegetation: Schutz empfindlicher Ökosysteme: X X = 5376 = Q Q Hier ist der Emissionsmassenstrom Q in t/a einzusetzen. Das vorgestellte Verfahren ermöglicht den Genehmigungsbehörden somit, bei Berücksichtigung der aufgeführten Randbedingungen, eine wirkungsorientierte, praxistaugliche Bewertung möglicher Vegetationsschäden durch Ammoniakimmissionen von landwirtschaftlichen Anlagen. Stickstoff-Depositionen Wie in Abbildung 1 dargestellt, ist von den anlagenspezifisch erhöhten Ammoniakimmissionen, die zu direkten Pflanzenschäden führen können, schwerpunktmäßig die Vegetation im direkten Umfeld der Anlage betroffen. Bei der Bewertung möglicher Auswirkungen eines geplanten Vorhabens auf die Vegetation kommt darüber hinaus auch der Stickstoff-Deposition eine sehr wichtige Rolle zu, da diese durch Versauerung und Nährstoffanreicherung der Böden zu dauerhaften Schäden an Pflanzen und Ökosystemen, v.a. bei Wäldern und an nährstoffarme Bedingungen angepasste Ökosysteme (z. B. magere Wiesen, Moore) führen können. Da der überwiegende Teil der Ammoniakemission (ca. 90%) aus der Landwirtschaft, insbesondere aus der Intensivtierhaltung stammt [9], weisen die Böden in Gegenden mit hoher Dichte an Betrieben mit Tierhaltung mittlerweile sehr hohe Stickstoffgehalte auf. So haben z.b. Erhebungen der aktuellen Belastung (Vorbelastung) auf nordrhein-westfälischen Waldstandorten nördlich einer Linie Mönchengladbach-Bielefeld erhebliche Überschreitungen der kritischen Belastungsgrenzen [10] gezeigt, die auf überdurchschnittlich hohe NHy- Depositionen in diesen Gebieten zurückzuführen sind [11]. Somit besteht erheblicher Handlungsbedarf zur Minderung der hohen Stickstoff-Depositionen insbesondere zum Schutz der vielfach als ökologisch besonders wertvoll bewerteten stickstoff-empfindlichen Ökosysteme. Dennoch existiert zzt. keine einheitliche, rechtsverbindliche Vorgehensweise zur Bewertung der aus dem Betrieb einer geplanten landwirtschaftlichen Anlage resultierenden Stickstoffdepositionen. Zur Ermittlung der anlagenspezifischen Deposition im Rahmen von Genehmigungsverfahren ist somit ein dem vorgestellten "Screening-Modell" vergleichbares Verfahren erforderlich. Ermittlung der anlagenspezifischen Stickstoff-Deposition In den 80-iger Jahren war zur Minimierung der Stickstoff-Depositionen aus landwirtschaftlichen Anlagen in den Niederlanden ein Rechenverfahren entwickelt worden, welches den Schutzabstand schematisch aus der (Gesamt)-Emission der Anlage und einem Abstandsfaktor ermittelt (sog. Holländische Richtlinie (NL-RL) siehe [12]). Der Abstandsfaktor ergibt sich aus Ausbreitungsrechnungen, die von Asman und Maas (1987) [13] auf Grundlage eines Jahresbericht 2001 Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen 119

5 Gauß-Modells und einer für die Niederlande repräsentativen Ausbreitungsklassenstatistik durchgeführt worden sind. Da die Bewertung für das Ökosystem Wald gelten soll, wird zur Ermittlung der Deposition eine Depositionsgeschwindigkeit von 2,4 cm/s in Ansatz gebracht. Die Bewertung erfolgt anhand der formalen Zusatzbelastung von 4 kg/(ha a), die jedoch weder die Rezeptorabhängigkeit berücksichtigt, noch aus Wirkungsuntersuchungen gewonnen wurde. Im Folgenden werden Ergebnisse, die mittels des Rechenverfahrens der "Holländischen Richtlinie" [12] bzw. mittels des in Genehmigungsverfahren anzuwendenden Ausbreitungsmodells AUSTAL2000 ermittelt wurden, anhand zweier Praxisbeispiele (Emissionsdaten landwirtschaftlicher Tierintensivhaltungen) verglichen. Grundlage für die Ausbreitungsrechnungen mit AUSTAL2000 ist wie bei der Erstellung der Abstandskurven im vorhergehenden Abschnitt, eine für das Münsterland repräsentative Ausbreitungsklassenstatistik. Die Emissionen beider Anlagen werden quellscharf berücksichtigt (siehe Tabelle 1). Tabelle 1: Emissionen der für die beispielhafte Ermittlung der Depositionen verwendeten Anlagen Anlage NH 3 -Emission in t/a Anzahl der Quellen A1 7,7 26 A2 25,3 8 Zur Ermittlung eines Schutzabstandes ist die Festlegung einer Zielkonzentration notwendig. Entsprechend der "Holländischen Richtlinie" ergibt sich eine maximale Immissionszusatzbelastung von 0,5 µg/m³ als Zielkonzentration zur Einhaltung der vorgegebenen maximal zulässigen Depositions-Zusatzbelastung von 4 kg/(ha a) bei der dort ebenfalls zugrundegelegten Depositionsgeschwindigkeit von 2,4 cm/s (Wald). Dabei tritt hinsichtlich der Abstände, die demnach zwischen einer landwirtschaftlichen Tierintensivhaltung und stickstoffempfindlichen Ökosystemen (Schutzgut hier: Wald) eingehalten werden müssen, eine deutliche Diskrepanz auf, wenn diese für die in Tabelle 1 widergegebenen Anlagen mittels der "Holländischen Richtlinie" bzw. mittels AUSTAL 2000 ermittelt werden. Während die Zielgröße von 4 kg/(ha a) (gem. "Holländischen Richtlinie") bei 492 bzw. 883 m eingehalten ist, ergibt sich für die Einhaltung der aus der "Holländischen Richtlinie" abgeleiteten maximale Immissionszusatzbelastung von 0,5 µg/m³ mittels AUSTAL 2000 ein Abstand von 820 bzw m (s. Tabelle 2). Tabelle 2: Abstand zum Schutz empfindlicher Ökosysteme vor Stickstoff-Depositionen, ermittelt mit der Rechenvorschrift der "Holländischen Richtlinie" (max. Zusatzbel. 4 kg/(ha a)) bzw. mit Hilfe von Ausbreitungsrechnungen mit AUSTAL2000 mit der Zielkonzentration 0,5 µg/m³ (entspricht 4 kg/(ha a) für Wald). Anlage NL-RL / (4 kg/(ha a) AUSTAL2000 / c=0.5 µg/m³ A1 492 m 820 m A2 883 m 1420 m 120 Jahresbericht 2001 Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen

6 Die unterschiedlichen Abstände lassen sich dadurch erklären, dass den Simulationen unterschiedliche meteorologische Eingabedaten zu Grunde gelegt werden. Die Abstandsfaktoren der holländischen Richtlinie basieren auf einer vergleichsweise windreichen Statistik, die zwar für die Niederlande repräsentativ ist, aber keinesfalls für Nordrhein-Westfalen. Dies führt dazu, dass durch die höhere Verdünnung bei Verwendung einer windreichen Statistik im Vergleich zur verwendeten Ausbreitungsklassenstatistik für das Münsterland geringere Konzentrationen bei gleichen Abständen ermittelt werden und somit auch weniger deponiert wird. Bei gleichen Zielwerten (hier: 4 kg/(ha a)) werden daher höhere Schutzabstände durch Ausbreitungsrechnung ermittelt, als durch die Regelung der holländischen Richtlinie. Dadurch, dass die anlagen- und standortbezogenen Gegebenheiten wie Emission, Meteorologie und Orographie (in diesem Beispiel durch Berücksichtigung der Rauhigkeitslänge) bei der Ausbreitungsrechung Anwendung finden, stellen die Ergebnisse die für den Standort realitätsnähere Lösung im Vergleich zur holländischen Richtlinie dar. Keinesfalls kann davon ausgegangen werden, dass bei den mittels Holländischer Richtlinie ermittelten Abständen tatsächlich nur 4 kg/(ha a) NH 3 deponiert wird. Die für die Zielkonzentration von 0,5 µg/m³ (entspricht 4 kg/(ha a) für Wald) simulierten Abstände sind jedoch sehr hoch und in NRW kaum praxistauglich. Dadurch, dass der Depositionswert von 4 kg/(ha a) nicht wirkungsseitig abgeleitet wurde, stellt er damit zum heutigen Zeitpunkt weder eine praxisgerechte noch sachgerechte Lösung zur Bewertung von Ammoniakdepositionen dar. Im Rahmen des vorgestellten "Screening-Modells" wurde eine max. Zusatzbelastung von 3 µg NH 3 /m³ zum Schutz stickstoffempfindlicher Ökosysteme festgelegt. Unter zu Grunde legen der Deposition die der unter Wirkungsgesichtpunkten für empfindliche Ökosysteme festgelegten Immissions-Zusatzkonzentration von 3 µg/m³ entspricht (vgl. Zielkonzentrationen im "Screening-Modell") ergibt sich mit AUSTAL2000 für die in Tabelle 1 aufgeführte Anlage A1 zum Schutz von stickstoff-empfindlichen Ökosystemen ein Abstand von 320 m. Für die Anlage A2 beträgt dieser Abstand 580 m. Es wird deutlich, dass für beide Anlagen die so (AUSTAL2000, Zielgröße: 3 µg/m³) ermittelten Abstände wesentlich geringer sind als die in Tabelle 2 aufgeführten. Mit dem vorgestellten Verfahren (AUSTAL2000, 3 µg/m³) kann bei der Genehmigung landwirtschaftlicher Anlagen der zum Schutz stickstoffempfindlicher Ökosysteme erforderliche Abstand ermittelt werden. Dabei wurde die aus Wirkungsgesichtspunkten abgeleitete maximale zusätzliche Immissionskonzentration von 3 µg/m³ auch als Bezugsgröße zur Ermittlung der maximalen anlagenspezifischen Deposition verwendet. Im Vollzug muss beachtet werden, dass im Verfahren lediglich die Meteorologie für das Münsterland eingegangen ist. Die Schutzabstände sind bei Vorhandensein davon abweichender Gegebenheiten i. a. nicht gültig. Liegen ferner Erkenntnisse vor, dass die Vorbelastung, z.b. in Regionen mit hoher Dichte an Tierhaltungsbetrieben, sehr hoch ist, sind im Rahmen der Genehmigung weitere über die Prüfung der Abstandseinhaltung hinausgehende Schritte erforderlich (Messung, Ausbreitungsrechnung). Mit dem Ziel den Genehmigungsbehörden ein "Werkzeug" zur Verfügung zu stellen, das eine einheitliche, praxisnahe und wirkungsbezogene Beurteilung möglicher Pflanzenschäden im Umkreis von Tierhaltungsbetrieben ermöglicht, soll das hier beschriebene Verfahren zur Er- Jahresbericht 2001 Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen 121

7 mittlung der anlagenspezifischen Deposition (mittels AUSTAL 2000) in den nächsten Monaten so erweitert werden, dass damit auch eine rezeptorspezifische Aussage zur Belastung einzelner Ökosystemtypen getroffen werden kann (vgl. [14]). Literatur [1] Erste allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundesimmissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft), Gemeinsames Ministerialblatt [2] Erste allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundesimmissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft), Kabinettsbeschluß vom [3] Gem. RdErl. d. Ministers für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft - V B (V Nr. 08/86) u. d. Ministers für Wirtschaft, Mittelstand und Technologie (19/86) v [4] [5] van Jaarsveld, J.A., Bleeker, A., Hoogervorst, N.J.P., 2000: Evaluatie ammoniak emissieredukties met behulp van metingen en modelberekeningen. RIVM Rapport , 61 p., Bilthoven. [6] [7] [8] [9] Emissionskataster Luft NRW 1996/97, Landesumweltamt NRW, 42 S., siehe auch: [10] Nagel, H.-D. und Gregor, H.-D. (Hrsg.), 1999: Ökologische Belastungsgrenzen. Springer Verlag Berlin Heidelberg ISBN x, S [11] Gehrmann, J. und Becker, R., 2000: Stickstoff- und Schwefeldeposition im Wald. LÖBF-Jahresbericht 1999, Hrsg.: Landesanstalt für Ökologie, Bodenordnung und Forsten/Landesamt für Agrarordnung NRW, Recklinghausen. [12] Bericht des Arbeitskreises des UA Luft/Technik des LAI: Abstandsregelung gegenüber Wald bei Geflügelhaltung. Juli [13] Asman, W.A.H. und H.F.M. Maas, 1987: Schatting van de depositie van ammoniak en ammonium in Nederland t.b.v. het beleid in het kadar van de Hinderwet.- Instituut voor Meteorologie en Oceanografie, Rijksuniversiteit Utrecht. [14] Köllner, B. und Gärtner, A., 2001: Relevanz der Ammoniak-Emission für die Immissionsbelastung mit Schwebstaub (PM2.5/PM10) und Vegetationsschäden. LUA- Jahresbericht 2001, Essen. 122 Jahresbericht 2001 Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen