Wege zur Reduzierung von Ammoniakverlusten bei der Ausbringung von Gülle und Biogasgärre sten

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1 Wege zur Reduzierung von Ammoniakverlusten bei der Ausbringung von Gülle und Biogasgärre sten Helmut Döhler KTBL Darmstadt Fachtagung Erhöhung der Nährstoffeffizienz von Gülle und Biogasgärresten und Maschinenvorführung zur Gülle- und Gärrestausbringung Dummerstorf, Was erwartet Sie? Internationale Vereinbarungen zur Emissionsminderung und nationale Emissionshöchstmengen Eige nschaften von Gülle und Gärre sten Ammoniakemissionen bei der Düngung von Gülle und Gärresten Emissions-Minderungstechniken Koste n der Ausbringung und der Em issionsminderung Klimaschutz und Emissionsminderung Zusammenfassung 1

2 Übersicht zu den für die Landwirtschaft relevanten Luftreinhaltebestimmungen Rechtsbereich Luftqualität U mweltverschmut -zung, Risiko- Management Rechtsakt UN/ECE Übereinkommen über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigung - Multikomponenten-Protokoll (UN/ECE 1999) EU-Richtlinie über nationale Emissionshöchstgrenzen für bestimmte Luftschadstoffe - NEC-Richtlinie (EU 2001) 1) EC NEC- Richtlinie und UN/ECE Protokoll verpflichten zur Einhaltung der Ammoniak- Emissionsobergrenze von t/a bis 2010 EU-Richtlinie über die Beurteilung und die Kontrolle der Luftqualität - Luftqualitäts- Richtlinie (EU 1996b) und EU-Richtlinie über Grenzwerte für Schwefeldioxid, Stickstoffdi-oxid und Stickstoffoxide, Partikel und Blei in der Luft - 1. Luftqualitäts-Tochterrichtlinie (EU 1999) 2) Verhandlungen über höhere Anforderungen zum Zieljahr 2020 sind derzeit im Gang EU-Richtlinie über die integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung - IVU-Richtlinie (EU 1996) Emissionen räumlich aufgelöst (2007) [kg ha -1 ] 2

3 Trend der Ammoniak-Emissionen in D kt/a NEC (2010) 550 kt NH3-emissions [kt/a] Entwicklung der Tierbestände seit 1990 Animal number [% of 1990] 3

4 Diskussion um Minderungsmaßnahmen zum Bericht 2010 Modelländerungen und Minderungsoptionen Ergebnis: Umsetzbares Potenzial NH3 (kt) 1) Sondererhebung Wirtschaftsdüngerausbringung 2011 Gesamtemission Landwirtschaft NH3 (kt) Ausgangssituation 596,0 Modelländerungen -35,7 560,3 Dünger - Schwankung +10,0 570,3 2) Änderung Düngeverordnung +10, ,6 Verpflichtung zur Einarbeitung nicht mehr unverzüglich, sondern spätestens innerhalb von 4 h nach der Ausbringung) Gärrückstände (aus Nawaros) Harnstoffersatz 0 580,6 Filter (Mastschweine, 5%) -1,8 578,8 Abdeckung Güllelager -4,7 574,1 Einarbeitung Gülle (4 h) -32,3 541,8 Einarbeitung Geflügelkot(4h) -13,0 528,8 N-Überschuss (-20 kg/ha) -13,2 515,6 nach Emissionsreduktion 515,6 Sollwert (Landwirtschaft): 5 21,8 k Trend der Ammoniak-Emissionen in D kt/a NEC (2010) 550 kt NH3-emissions [kt/a] 4

5 Was erwartet Sie? Internationale Vereinbarungen zur Emissionsminderung und nationale Emissionshöchstmengen Eige nschaften von Gülle und Gärre sten Ammoniakemissionen bei der Düngung von Gülle und Gärresten Emissions-Minderungstechniken Koste n der Ausbringung und der Em issionsminderung Klimaschutz und Emissionsminderung Zusammenfassung Eigenschaften von Rohgülle und Biogasgülle im Vergleich Rindergülle Biogasgülle Trockenmasse % FM 8,9 6,0 ph - 7,3 7,9 C/N Verhältnis N total kg/t FM 4,0 = 4,1 NH 4 -N kg/t FM 2,2 2,5 Anteil NH 4 -N am Gesamt-N % P 2O 5 kg/t FM 1,7 = 1,8 K 2O kg/t FM 5,0 = 5,3 (Döhler 1989, Döhler and Haring 1989; Meßner 1988) 5

6 Nährstoffgehalte von Gärresten im Vergleich zu Wirtschaftsdüngern Wirtschaftsdünger Gärreste Einheit überwiegend Rindergülle Rindergülle und NawaRo Schweinegülle und NawaRo Gärrest und NawaRo Trockenmasse % FM 9,1 7,3 5,6 7,0 Säuregrad ph 7,3 8,3 8,3 8,3 Verhältnis Kohlenstoff/ Stickstoff C/N 10,8 6,8 5,1 6,4 Stickstoff (N t ) kg/t FM 4,1 4,6 4,6 4,7 Ammonium-N (NH4-N) Phosphor (P 2 O 5 ) Organische Masse kg/t FM kg/t FM kg/t FM 1,8 2,6 3,1 2,7 1,9 2,5 3,5 1,8 74,3 53,3 41,4 51,0 (LTZ, 2008) Was erwartet Sie? Internationale Vereinbarungen zur Emissionsminderung und nationale Emissionshöchstmengen Eige nschaften von Gülle und Gärre sten Ammoniakemissionen bei der Düngung von Gülle und Gärresten Emissions-Minderungstechniken Koste n der Ausbringung und der Em issionsminderung Klimaschutz und Emissionsminderung Zusammenfassung 6

7 Gärrestausbringung Breitverteiler Breitflächige Verteilung der Gärreste auf Boden- oder P flanzenoberfläche große Kontaktfläche hohe NH 3-Freisetzung Ammoniakfreisetzung von oberflächig ausgebrachtem Rind- und Schweineflüssigmist bei unterschiedlichen Temperaturen (Döhler, 1990) 7

8 Ammoniakverluste nach Ausbringung von Rinderund Schweinegülle auf Strohhäcksel (Döhler, 1989) Ammoniakverluste von Gülle und Biogasgülle nach der Ausbringung Gülle Biogasgülle Zeit (h) (Döhler 1989, verändert) 8

9 Ammoniakverluste von Gülle und Biogasgülle nach der Ausbringung Gülle Biogasgülle Zeit (h) (Döhler 1989, verändert) Ammoniakverluste in (% des appl NH4-N) Ammoniakverluste von Rohgülle und Biogasgülle im Vergleich Bullengülle Gülle Biogasgülle Milchviehgülle Milchviehgülle Schweinegülle (Döhler 1989, Messner 1988) 9

10 Spanne der Ammoniakverluste von Energiepflanzen- Gärresten im Vergleich zu Gülle Ammoniakverluste [% NH4-N] Rindergülle Schwei negülle Gärrest (Gülle und Energiepflanz en) Gärrest (nur Energie pflanzen) DM [% FM] 4,1 5,8 5,6 3,8 ph 7 7,2 7,6 7,6 NH4-N [kg/t FM] 1,8 2,6 2,0 1,9 (Pacholski, 2010) Was erwartet Sie? Internationale Vereinbarungen zur Emissionsminderung und nationale Emissionshöchstmengen Eige nschaften von Gülle und Gärre sten Ammoniakemissionen bei der Düngung von Gülle und Gärresten Emissions-Minderungstechniken Koste n der Ausbringung und der Em issionsminderung Klimaschutz und Emissionsminderung Zusammenfassung 10

11 Regelungen Dünge-Verordnung Geräte zur Düngung von Gülle müssen den anerkannten Regeln der Technik entsprechen - Nach oben abstrahlende Verteiltechniken entsprechen nicht dem Stand der Technik - Diese sind ab dem verboten (Ausnahme: bis zum in Betrieb genommene Technik k ann bis zum genutzt we rden Gewässerabstand von 3 m ist einzuhalten - Ausnahme: 1 m bei Geräten, bei denen Streubreite der Arbeitsbreite entspricht oder mit Streubreitenbegrenzung (= Schleppschlauch, Schleppschuh, Schlitz ) Regelungen Dünge-Verordnung folie prallteller scher 11

12 Güllemengen und darin enthaltene Nährstoffe Einheit Milchkuhbetrieb mit Nachzucht Güllemenge t/jahr x x N kg/t x x P 2 O 5 kg/t x 3,1 K 2 O kg/t x x Nährstoffwert /Jahr x x Regelungen Dünge-Verordnung folie prallteller scher 12

13 Inhalt Ausbringung - unverzügliche Einarbeitung- 13

14 Logistik und Technik Ausbringketten Trennung Ausbringen- Einarbeiten Foto: Fa. Lemken N-Ausnutzung von Roh- und Biogasgülle im Gefäßversuch mit W. Weidelgras (auf Basis des Ammonium N) N-Ausnutzung Basis NH4N [%] N appl. = 100 % Rohgülle nicht eingearbeitet Rohgülle, flach eingearbeitet Rohgülle 5cm tief Biogasgülle 5 cm tief Nitratdünger (Döhler, 1988, verändert) 14

15 Gärrestausbringung Schle ppschlauchverteiler Gärrestablage bandförmig in unmittelbar auf den Boden im V ergleich zur Breitverteilung geringere NH 3 - V erluste (10 70 %) 15

16 Gärrestablage direkt auf Boden (nicht auf grüne Blattmasse) Ammoniumbindung an Sorptionsträger keine Pflanzenverschmutzung Emissionsminderung (30 50 %) Gärrestausbringung Schle ppschuhverteiler 16

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18 Logistik und Technik Vakuumtankwagen mit Einarbeitungswerkzeug Foto: Fa. Kotte Logistik und Technik Ausbringketten Trennung Feld-Straße mit Puffer Foto: LU Strehle 18

19 (schnelle Bindung des NH4-N an Ton/Humus) je tiefer die Einarbeitung, desto größer die NH 3 - Reduzierung (bis 90 % ) Gärrestausbringung Gülle schlitzverteiler 19

20 Inhalt 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Inhalt 21

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24 Gärrestausbringung Güllegrubber / Rollkhacke Gärresteinarbeitung in einem A rbeitsgang Gärrest über Schläuche im Erdstrom abgelegt NH 3 - Emissionsminderung bis zu 90 % X Till Vogelsang 24

25 Gülle-/ Gärrestausbringung Ansäuerung während der Ausbringung / Biocover herkömmliche A pplikationstechnik Gülle / Gärrest wird vor dem V erteiler Sc hwefelsäure zudosiert NH 3 -Emissionsminderung bis zu 90 % Minderung der NH3-Verluste (in % d. appl. NH4) nach der Ausbringung von Gülle und Gärresten (Referenz Prallte ller) Ammoniakverluste [%] des appl. NH4- N % Prallteller Schleppschlauch Schleppschuh Gülleschlitz Ansäuerung Güllegrubber (Döhler et al / KTBL, 2009) 25

26 Verbleib des Güllestickstoffs (NH 4 -N) nach unterschiedlichen Anwendungsstrategien - V erluste, Festlegung, V erwertungspotenzial - Dosch und Gutser, 1996 Wechselwirkung zwischen NH 3 - und N 2 O- Emissionen nach unterschiedlichen Einsatzstrategien von Gülle zu Mais Messperiode: bis 4 Wochen nach Düngung Dosch,

27 Verlauf der mittelfristigen N-Ausnutzung nach einmaliger Gärrest-Applikation Jährliche N-Ausnutzung in % kg N t /ha aus Gärrest gutes Management schlechtes Management Jahr Annahmen: jährliche Applikation von 93 kg N/ha NH 4 -N + 48 kg N/ha org. geb. N mit 10 % Mineralisation im 1. Jahr, 5 % Mineralisation im 2. Jahr und 3 % Mineralisation ab dem 3. Jahr rote Linie: 90 % NH 3 -Verlust bei Ausbringung blaue Linie: 10 % NH 3-Verlust bei Ausbringung (nach Döhler 1996) Was erwartet Sie? Internationale Vereinbarungen zur Emissionsminderung und nationale Emissionshöchstmengen Eige nschaften von Gülle und Gärre sten Ammoniakemissionen bei der Düngung von Gülle und Gärresten Emissions-Minderungstechniken Koste n der Ausbringung und der Em issionsminderung Klimaschutz und Emissionsminderung Zusammenfassung 27

28 Ausbringung -Verfahren- Mechanisierung abhängig von Verfahren und Güllemenge Jährliche Güllemenge [m³/a] Verfahren Technik- / Verfahrenskomponenten kontinuierlich traktorgezogener Pumptankwagen, 10 m kontinuierlich traktorgezogener Pumptankwagen, 10 m kontinuierlich traktorgezogener Pumptankwagen, 15 m geteilt geteilt Transport: traktorgez. Pumptankwagen, 21 m 3 Ausbringung: traktorgez. Pumptankwagen, 10m 3 Transport: traktorgez. Pumptankwagen, 21 m 3 Ausbringung: Trägerfahrzeug, 21 m 3 Ausbringung: - Kostenstruktur m³/a kontinuierlich m³/a geteilt Arbeit 11 Reparatur Ausbringkosten [ /m 3 ] Grubber Transportanhänger Pumptankwagen oder Trägerfahrzeug Traktoren Bonus Bodenbearb. -5 Bonus N-Wert Br eitverteiler G üllegrubber Einarb. (4h) Prallteller Gülle grubber Ei narb. (4h) Nettokosten 28

29 Ausbringung: - Kostenstruktur m³/a kontinuierlich m³/a geteilt Arbeit 11 Reparatur Ausbringkosten [ /m 3 ] Grubber Transportanhänger Pumptankwagen oder Trägerfahrzeug Traktoren Bonus Bodenbearb. -5 Bonus N-Wert Br eitverteiler G üllegrubber Einarb. (4h) Prallteller Gülle grubber Ei narb. (4h) Nettokosten Ausbringung: - Kostenstruktur m³/a kontinuierlich m³/a geteilt Arbeit 11 Reparatur Ausbringkosten [ /m 3 ] ,61 10,38 8,26 2,47 3,02 4,12 Grubber Transportanhänger Pumptankwagen oder Trägerfahrzeug Traktoren Bonus Bodenbearb. -5 Bonus N-Wert Br eitverteiler G üllegrubber Einarb. (4h) Prallteller Gülle grubber Ei narb. (4h) Nettokosten 29

30 Ausbringung: - Kostenstruktur m³/a kontinuierlich m³/a geteilt Arbeit 11 Reparatur Ausbringkosten [ /m 3 ] ,61 9,55 7,43 2,47 2,19 3,29 Grubber Transportanhänger Pumptankwagen oder Trägerfahrzeug Traktoren Bonus Bodenbearb. -5 Bonus N-Wert Br eitverteiler G üllegrubber Einarb. (4h) Prallteller Gülle grubber Ei narb. (4h) Nettokosten Ausbringung: - Kostenstruktur m³/a kontinuierlich m³/a geteilt Arbeit 11 Reparatur Ausbringkosten [ /m 3 ] ,61 8,74 6,8 2,47 1,38 2,66 Grubber Transportanhänger Pumptankwagen oder Trägerfahrzeug Traktoren Bonus Bodenbearb. -5 Bonus N-Wert Br eitverteiler G üllegrubber Einarb. (4h) Prallteller Gülle grubber Ei narb. (4h) Nettokosten 30

31 Kostenstruktur Ausbringung mit Schlitzgerät /m ³ Arbeit Reparatur Traktoren Gülletransportanhänger Tauchmotorpumpe Elektromotor, 25 kw Schlitz (Scheibensech) Pumptankwagen/Trägerfahrz eug Referenz Breitverteilung m³/a Ausbringung - Rindergülle- Referenztechnik Breitverteiler: 50 % Verlust an NH 3 Variante Jährliche Verfa hrensleistung [m³/a] Minderungskosten [ /kg NH3] Schleppschlauch 7,08 2,54 1,14 0,41 0,28 Schlit z (Scheiben) 3,70 2,04 1,47 1,63 0,44 Grubber 2,16 1,72 0,80 0,93-0,2 0 Einarbeit ung innerh. 1h 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 Einarbeit ung innerh. 4h 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 Verdünnung 1: 1 5,93 5,93 4,55 3,63 2,52 Kosten größtenteils < 1 /kg NH 3 möglich Einarbeitung oder überbetriebliche Ausbringung 31

32 Ausbringung - Schweinegülle- Referenztechnik Breitverteiler: 25 % Verlust an NH 3 Variante Jährliche Verfa hrensleistung [m³/a] Minderungskosten [ /kg NH3] Schleppschlauch 5,87 2,11 0,95 0,34 0,23 Schlit z (Scheiben) 4,60 2,53 1,82 2,02 0,55 Grubber 2,68 2,14 1,00 1,16-0,2 5 Einarbeit ung innerh. 1h 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 Einarbeit ung innerh. 4h 0,58 0,58 0,58 0,58 0,58 Minderungskosten etwas höher, als bei Rindergülle, wegen etwas geringerer Emission des Referenzverfahrens Was erwartet Sie? Internationale Vereinbarungen zur Emissionsminderung und nationale Emissionshöchstmengen Eige nschaften von Gülle und Gärre sten Ammoniakemissionen bei der Düngung von Gülle und Gärresten Emissions-Minderungstechniken Koste n der Ausbringung und der Em issionsminderung Klimaschutz und Emissionsminderung Zusammenfassung 32

33 Kosten einer Gärrest-Düngungsstrategie im Vergleich (4-gliedrige Fruchtfolge) Org. Dünger Lagern Min. Dünger Lagern Mineraldünger Kosten [ /ha] Zins Afa Repa raturkosten 400 Arbeitskosten 200 Schmierö lverbrauch 0 Gärrest/Gülle Mineraldünger Diesel CO 2 äq. -Emissionen einer Gärrest-Düngungsstrategie im Vergleich (4-gliedrige Fruchtfolge) 8000 Dünge rlagerung CO2 äq.-em issionen [kg/ha] Gärrest/Gülle Mineraldünger Mineraldüngerherstellung Transport - Ind. CO2 äq.- Emissionen Ausbringung - Ind. CO2 äq.-emissionen Transport - Dir. CO2 äq.- Emissionen Ausbringung - Dir.CO2 äq.- Emissionen 33

34 Was erwartet Sie? Internationale Vereinbarungen zur Emissionsminderung und nationale Emissionshöchstmengen Eige nschaften von Gülle und Gärre sten Ammoniakemissionen bei der Düngung von Gülle und Gärresten Emissions-Minderungstechniken Koste n der Ausbringung und der Em issionsminderung Klimaschutz und Emissionsminderung Zusammenfassung Zusammenfassung Internationale Vereinbarungen fordern Maßnahmen zur A mmoniak-emissionsminderung. Die Zügel werden wahrscheinlich angezogen. Gärreste (Biogasanlagen) und Güllen (Tierhaltung) enthalten hochwirksame Nährstoffe. Das A mmoniak -Verlustpotenzial ist etwa gleich hoch. Die V ermeidung von A mmoniakemissionen ist daher oberstes Gebot für eine hohe Düngungswirkung. Einarbeitung auf unbewachsenem Feld ist ein MUSS! (lieber nach 1 h als nach 4 h) Die A usbringung bei feucht kalter Witterung ist eine wirkungs volle organisatorische M aßnahme. 34

35 Zusammenfassung Die Technik zur Emissionsminderung ist weit fortgeschritten, vielleicht noch nicht perfekt, das sollte aber nicht darin hindern noch länger mit deren Einsatz zu warten. Die Kosten für die Emissionsmindernde Ausbringung hängen sehr von der A uslastung der Technik ab. Bei Verfahren ab ca m3 Ausbringungsleistung werden Kostenschwellen für den Zukauf von Mineraldünger -N erreicht. Mit der Gärrestdüngung kann sowohl die Energiebilanz als auch die Klimagasbilanz im V ergleich zur Mineraldüngung deutlich verbessert werden. Der Ersatz von Mineraldünger durch Gülledüngung führt darüber hinaus zu geringeren Produktionskosten von etwa 100 /ha und Jahr Wege zur Reduzierung von Ammoniakverlusten bei der Ausbringung von Gülle und Biogasgärre sten Helmut Döhler KTBL Darmstadt Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fachtagung Erhöhung der Nährstoffeffizienz von Gülle und Biogasgärresten und Maschinenvorführung zur Gülle- und Gärrestausbringung Dummerstorf,