Vergleich von Haltungssystemen. Emissionen und Immissionen

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1 Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung WBF Agroscope Vergleich von Haltungssystemen in Bezug auf Emissionen und Immissionen Dr. Margret Keck, Dr. Sabine Schrade KTBL-Fachgespräch Emissionsminderung und Abluftreinigung 11./ , Hannover I gutes Essen, gesunde Umwelt Inhalt Datenbasis in der Literatur zu Emissionsfaktoren Haltungssysteme in der Schweinehaltung Geruch: Konzentration und Immission Methoden Ergebnisse - Fazit NH 3 - und PM10-Emission: Geruch Nachbarschaft Methoden Ergebnisse Einflussgrössen - Fazit Partikel Lösungsansätze zur Emissionsminderung Gesundheit Forschungsbedarf NH 3 Versauerung, Eutrophierung Sekundärpartikel 2 1

2 Datenbasis in der Literatur: Geruch D, GIRL (2008): «Daten für frei gelüftete Ställe fehlen weitgehend, Schwierigkeiten bei der Luftwechselbestimmung» D, VDI 3894 (2012): «Konventionswerte als Emissionsfaktoren», «Untersuchungen zur Validierung erforderlich», «Haltungsverfahren mit» fehlen z.b. Rindvieh, Geflügel, Schweine, «keine Angaben» z.b. Ausläufe, Silage, Hofdüngerlager NL, Ogink (2010): Emissionsfaktoren auf Basis Tierkategorie, bei Geruch kaum Differenzierung nach Haltungssystem, Minderung bisher nur im Bereich Abluftreinigung 3 Datenbasis Emissionsforschung Tänikon NH3 Laufhoffläche Milchvieh (1995/96): Vgl. Verschmutzung, halbtechnischer Massstab, Windtunnel-Methode NH3 u. PM10 Schweinemast (2002/03): BAFU Mehrflächenstall mit, traditionelles Haltungs- EMPA system (Teil-/Vollspalten, Trocken-/Flüssigfütterung), Praxis, Tracer-Ratio u. Messventilator NH3 u. PM10 Milchvieh (2007/08): 1 Haltungssystem: Laufstall mit Laufhof, 6 Praxisbetriebe, Tracer-Ratio mit 2 Tracern, Modellierung Emissionsfaktor o Minderung NH3 u. THG Milchvieh (2014ff.): baulich-techn. und organ. Massnahmen, CH4-senkende Ration, Emissionsversuchsstall, Praxis, Tracer-Ratio mit 2 Tracern BAFU EMPA CAU BAFU EMPA SNF ETH 4 2

3 Geruchsforschung Tänikon Datenbasis Immission Milchvieh Laufstall (1995/96): Testfläche, mit/ohne Laufhof, 11 Praxisbetriebe, Olfaktometrie, Fahnenbegehung Konzentration u. Emission Milchvieh (2008): Laufstall mit Laufhof, 5 Praxisbetriebe, Olfaktometrie, Tracer-Ratio BAFU EMPA Konzentration und Immission Schweinehaltung (2002): Stall geschlossen/offen, mit/ohne, 33 Betriebe, Olfaktometrie, Fahnenbegehung BAFU Konzentration Legehennen und Masthähnchen (2013): Aussenklimabereich, 10 Betriebe, Olfaktometrie CAU Konzentration und Immission landwirtschaftl. Biogasanlagen mit Tierhaltung (2011/12): 8 Betriebe, Olfaktometrie, Fahnenbegehung BFE EMPA 5 Geruchserhebung: Systeme Haltungssysteme Stalltyp Do Dm Nm Lüftung Zwangs-, über Dach Zwangs-, über Dach Freie, Nicht über Dach ohne mit mit Stallsystem Anzahl Betriebe Vollspalten, Warmstall 10 Mehrflächen, Warmstall 10 Mehrflächen, Aussenklima, Offenfront 13 Anzahl Tiere GVE = Referenz GVE GVE 6 3

4 Geruchsimmission Do Abluftführung D Dach N Nicht über Dach Dm o ohne m mit Nm Fahnenbegehung Meteostation Geruchshäufigkeit, -intensität in versch. Distanzen 7 Geruchsimmission: Abklingkurven von Fahnenbegehungen Geruch Geruchsintensität Beispiel von einem Betrieb Stalltyp Nm Entfernung [m] 8 4

5 Geruchsimmission: Modell Geruch Lineares Gemischte-Effekte-Modell mit zufälligen Effekten: Betrieb Datum Begehung Sign. Einflussgrössen auf die Geruchsintensität: Stalltyp Entfernung Grossvieheinheiten Windgeschwindigkeit Testperson Intensität GVE = 60 Windgeschwindigkeit = 1 m/s Stalltyp Nm Dm Do Entfernung [m] Nm > Dm > Do Stalltyp: mit > ohne Abluftführung: nicht über Dach > über Dach 9 Geruchsstoffkonzentration: Methoden Geruch Flächenquelle Probenahme u. Olfaktometrie Bodenausführung: planbefestigt, perforiert Verschmutzungsgrad: schwach, mittel, stark 10 5

6 Geruchsstoffkonzentration: Relativer Vergleich Geruch Geruchsstoffkonzentration [GE/m 3 ] wenig mittel stark wenig mittel stark planbefestigt perforiert Bodenausführung, Verschmutzungsgrad Bodenausführung Verschmutzungsgrad 11 NH 3, PM10 Haltungssysteme in der Schweinemast Zwangslüftung Voll- /Teilspalten 0,7 bzw. 1 m 2 /Tier Mehrflächensystem mit 1,7 m 2 /Tier 12 6

7 Emissionsmessung Schweinemast: Systeme, Tiere, Temperatur Stallsystem Fläche pro Tier [m 2 ] Tiere Anzahl Lebendmasse [kg] Sommer Winter 14 35/61/98 25/48/84 Teilperforiert 1, /59/92 26/50/86 Berry et al NH 3, PM10 Mehrflächensystem mit 1,7-1,8 80/74 78/84 92/101 Fütterung Flüssig Trocken Flüssig Temperatur [ C] Sommer (min-max) Winter (min-max) 19,8 25,6 (16 30) 14,5 18,5 (13 21) 20,1 25,4 (15 31) 16,8 19,9 (15 23) Liegebereich 26,5 (22 31) 14,4 (11 17) 27,5 (19 40) -4,5 (-11 14) Messumfang Je 4 aufeinanderfolgende Tage 7/13 Tage Sommer/Winter 13 Traditionelles Stallsystem NH 3 NH 3 NH 3 -Emission [mg/tier Std.] Mittelwert Sommer 413 mg/tier Std. Mittelwert Winter 109 mg/tier Std. Einflussgrössen: Lebendmasse Tiere, Temperatur Zuluft, Rel. Luftfeuchte Zuluft 0 VM MM EM VM MM EM VM MM EM VM MM Trocken Flüssig Trocken Flüssig Sommer Winter : Teilspaltenboden; VM/MM/EM: Vor-, Mittel-, Endmast EM 14 7

8 Traditionelles Stallsystem PM10 PM10 PM10-Emission [mg/tier Std.] Mittelwert Sommer 19.4 mg/tier Std. VM MM EM VM MM EM VM MM EM VM MM Trocken Flüssig Trocken Flüssig Sommer Mittelwert Winter 10.5 mg/tier Std. Einflussgrössen: Lebendmasse Tiere Temperatur Zuluft Rel. Luftfeuchte Abluft NH 4 -N-Gehalt Gülle Anteil nasse Bodenfläche Winter EM : Teilspaltenboden; VM/MM/EM: Vor-, Mittel-, Endmast 15 NH 3 Mehrflächenstall mit : Endmast 3000 NH 3 -Emission [mg/tier Stunde] Sommer Winter Sommer Winter Teilspaltenboden Mehrflächen + Korrelation der NH 3 -Emission im mit: Lufttemperatur, Rel. Luftfeuchte Windgeschwindigkeit Anteil ~87 % ~18 % 16 8

9 PM10 Mehrflächenstall mit : Endmast PM10-Emission [mg/tier Std.] Sommer Winter Sommer Winter Teilspaltenboden Mehrflächen + Anteil ~86 % ~16 % Korrelation der PM10-Emission im mit: Lufttemperatur, Rel. Luftfeuchte Windgeschwindigkeit 17 NH 3, PM10 Vergleich Haltungssysteme: Endmast NH 3 -Emission [mg/tier Stunde] Sommer Winter Sommer Winter Teilspaltenboden Mehrflächen + Anteil ~87 % ~18 % Mehrflächenstall mit : NH 3 - und PM10-Emission vor allem im Sommer deutlich höher als Teilspaltenboden; dominiert im Sommer 18 9

10 Mast: Einordnung in Literatur NH 3, PM10 NH 3 -Emission [g/gv d] Messwert international CH CH Fläche ~1,0 m 2 /Tier Grosse Streuung ~1,7 m 2 /Tier Zwangslüftung ZL Vollspalten Zwangslüftung ZL Teilspalten Aussenklima AK Label+ 19 Zusammenfassung Minderung Parameter NH 3 - Emission PM10- Emission Teilspaltenboden Zwangslüftung Einflussgrössen: Lebendmasse Zulufttemperatur rel. Luftfeuchte NH 4 -N Gülle Anteil nasse Fläche Mehrflächenstall u. Korrelation zur Emission vom : Lufttemperatur Rel. Luftfeuchte Windgeschwindigkeit Vergleich Endmast Mehrflächen Teilspalten u. Zwangslüft. So > Wi dominiert Geruch Geruchsstoffkonzentration im Einflussgrössen: Bodenausführung, Verschmutzungsgrad So > Wi dominiert > > Geruchsimmission Abluft nicht über Dach mit > Abluft über Dach mit > Abluft über Dach ohne Einflussgrössen: GVE, Fläche, bodennah/austrittshöhe, Fütterung 20 10

11 Ansätze zur NH 3 -Minderung Minderung Stallkonzept Rascher Harnabfluss (planbefestigt) Saubere, trockene Aktivitätsflächen Umgang mit Gülle Quantifizierung? Grösse der Flächen dem Bedarf je nach Altersabschnitt anpassen Getrennte Klima- und Funktionsbereiche: Aussenklima kombiniert mit Mikroklimabereich Harn (Gefälle ~rund 3 %) auf möglichst kurzem Weg von der Oberfläche abführen und sammeln Entmistung häufig und mit hoher Reinigungsqualität Gülle aus Kanälen häufig ins gedeckte Lager ablassen, Lagerung vor allem im kühlen Bereich, anstatt im Warmstall Vermeiden intensiver Güllebewegung Aufrühren nur gezielt zum Ausbringen 21 Geruchsminderung...nicht nur Abluftreinigung Minderung Futterration Fütterungsverfahren Fläche Tiere Einstreu Bodenausführung Aussenklima Stallklima Lüftung Abluftaustritt..Höhe Management..Geschwindigkeit Verschmutzung Entmistung Lagerung Anhand von Einflussgrössen ist eine Differenzierung zwischen Systemen zu erwarten. Mit einer breit abgestützten Datengrundlage zur Geruchsemission/-immission Gezielte Optimierung und Systemwahl mit Blick auf Geruchsminderung 22 11

12 Forschungsbedarf Emissions- bzw. Immissionsdaten Forschung Vergleichende Erhebungen zu Einzelquellen und Gesamtanlagen emissions- und immissionsseitig Erst Vielfalt der Parameter erlaubt Gesamtbewertung: NH 3, THG s, PM, Geruch (spezifisch für Tierart, -kategorie, Haltungssystem) Differenzierung zwischen Haltungssystemen ist zu erwarten; Potenzial zur Minderung ist systemimmanent vorhanden Validierung von Konventionswerten und Ausbreitungsmodellierung mit fundierten, systematischen Erhebungen: Betriebe, Jahres-, Tageszeiten, Einflussgrössen 23 Forschungs- und Handlungsbedarf zur Minderung Forschung Quantifizierung der emissionsmindernden Wirkung Gezielte Entwicklungsschritte und Optimierungen für zugleich tier- und umweltgerechte Lösungen Umsetzung in praxistaugliche Lösungen unter Berücksichtigung ökonomischer Aspekte sowie Akzeptanz bei der Bevölkerung Emissionsdaten Einflussgrössen Massnahmen Umsetzung Umweltziele 24 12

13 Weiterführende Literatur Ammoniak Literatur Berry N.R. et al., Emissionen von Staub (PM10) und Ammoniak (NH 3 ) aus traditionellen und neuen Stallsystemen mit Untersuchungen im Bereich der Mastschweinehaltung. Agroscope FAT Tänikon u. Empa, Dübendorf, Schlussbericht, 108 S. Keck M. et al., Emissionen von Ammoniak und PM10 aus der Schweinemast im Vergleich zwischen Haltungssystemen. In: Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon. 24. IGN-Tagung 2010, Nachhaltigkeit in der Wiederkäuer- und Schweinehaltung, Juni 2010, Tänikon, Bundesamt für Umwelt & Bundesamt für Landwirtschaft, Baulicher Umweltschutz in der Landwirtschaft - Ein Modul der Vollzugshilfe Umweltschutz in der Landwirtschaft. Bern. Keck M. u. Schrade S., Lösungsansätze zu weniger Ammoniak-Emissionen. Suisseporcs Information 11, Keck M. u. Schrade S., Anforderungen an Massnahmen zur Minderung von Ammoniak-emissionen in der Rindviehhaltung. In: KTBL: Emissionen der Tierhaltung - Treibhausgase, Umweltbewertung, Stand der Technik, , KTBL-Schrift 491, Schrade S.et al., Haltungssysteme und Messkonzept für Ammoniakemissionen bei freier Lüftung. Agrarforschung Schweiz, 2, Schrade S.et al., Ammoniak-Emissionen von Milchviehlaufställen mit Laufhof: Im Winter weniger Verluste. ART-Bericht Schrade S. et al., Ammonia emissions and emission factors of naturally ventilated dairy housing with solid floors and an outdoor exercise area in Switzerland. Atmospheric Environment 47, Schrade S. et al., Ammoniakemissionen aus Milchviehställen und Maßnahmen zur Minderung. Bautagung Raumberg- Gumpenstein 2013, Poteko J. et al., Development and validation of a measuring method for quantifying the residual soiling mass after the removal of dung from solid floor surfaces, and results of comparative measurements at pilot-plant scale. Intern. Conf. of Agricultural Engineering, AgEng2014, C0489, Zurich, 8p. Schrade S. et al., PM-10 emission measurements in six Swiss dairy cubicle-housing systems with natural ventilation and an outdoor exercise area. Intern. Conf. of Agricultural Engineering, AgEng2014, C0315, Zurich, 8p. 25 Weiterführende Literatur Geruch Literatur Keck M. et al., Mehr Geruch von Milchviehställen mit Laufhöfen? Agrarforschung 6 (1), 5-7. Keck M. u. Schmidlin A., Ansätze zur Minderung der Geruchsbelastung bei einem Offenstall für Mastschweine. In: KTBL. Bewertung von Geruchsbelastungen aus der Landwirtschaft nach einem einheitlichen Massstab - aber wie? Braunschweig, Sonderveröffentlichung 031, Koutny L., 2002: Geruchsausbreitung aus der Tierhaltung: Standorteinfluss. Agrarforschung 9 (8), Keck M. et al., 2004: Minimum distances in Switzerland for pig housing systems with exercise yards and natural ventilation. VDI-Berichte Nr. 1850, Keck M. et al., Geruch von Schweineställen mit und freier Lüftung. Agrarforschung 12 (2), Keck M. et al., Odour Concentration and Emission from Naturally Ventilated Dairy Loose Housings with an Outdoor Exercise Area. Chemical Engineering Transactions 23, Keck M. et al., Geruchskonzentration und -emission von Milchviehställen mit Laufhof. Agrarforschung Schweiz, 2 (3), Keck M. et al., Odour Concentration of Agricultural Biogas Facilities: Substrates and Biogas. Intern. Conf. of Agricultural Engineering, AgEng2014, C0519, Zurich, 6p. Keck et al. M., Odour Impact by Field Inspections: Method and Results from an Agricultural Biogas Facility. Chemical Engineering Transactions 40,

14 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Agroscope gutes Essen, gesunde Umwelt 27 14