Projekt 26363/01

Minderung von Ammoniakemissionen in Rinderställen durch die Entwicklung eines umweltfreundlichen Systems zur Spaltenbodenreinigung

Projektträger

Westermann GmbH & Co. KG Reinigungstechnik
Schützenhof 23
49716 Meppen
Telefon: 05931/49690-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Projekt soll einen Beitrag zur Verminderung der Ammoniakemissionen aus der Rinderhaltung liefern. Auf Basis der aus Literatur bekannten Daten kann für eine effiziente Spaltenreinigung mit einem Minderungspotential für Ammoniak in Höhe von 50 % gerechnet werden. Als Projektziel wurde daher eine 50 % Reduzierung der Ammoniakemissionen auf Spaltenböden mit Hilfe des zu entwickelnden Reinigungssystems definiert.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie praktische Versuchsdurchführung gliederte sich in folgende Abschnitte:
1. Vorentwicklung des Reinigungsgeräts unter Berücksichtigung des Wasserverbrauchs, Geschwindig-keit und universeller Verwendung (Modularer Aufbau) für unterschiedliche Trägerfahrzeuge. Dauer ca. 6 Monate
2. Vorversuchsphase: In diesem Zeitraum werden Methoden und Geräte erprobt, Kalibrierungen durch-geführt sowie eine landwirtschaftlicher Betrieb für die Versuchsdurchführung ausgewählt. Vorversu-che zur gravimetrischen Reinigungswirkung sowie das nasschemische Verfahren zur Ammoniak-messung wurden aufgebaut und erprobt. Dauer: ca. 5 Monate
3. Versuchsphase 1: Dient der Bestimmung der optimalen Reinigungsfrequenz, variiert wird zwischen täglicher, 2tägl., 4tägl. bis 10 tägl. Reinigungsabstand Im Prüfstand wird parallel dazu das Reini-gungsaggregat getestet und weiter optimiert, die aktuellen Einstellungen am Gerät im Stall aber nicht geändert. Diese Phase dient ausschließlich dem o. g. Zweck der Bestimmung der Reinigungshäufigkeit. Dauer der Versuchsphase 1 ca. 6 Monate, 6 Messzyklen mit jeweils 1 Woche Dauer
4. Zwischenauswertung zur Festlegung der optimalen Reinigungshäufigkeit. Dauer ca. 2 Monate
5. Versuchsphase 2: Die Reinigungsfrequenz wird auf den in Phase 1 ermittelten Wert festgesetzt. Auf Basis der Prüfstandversuche, die parallel durchgeführt wurden, wurden die Reinigungskomponenten Gummischieber, Räumstern, und Hochdruckreinigung sowie eine Trocknung mit Druckluft auf die Reinigungswirkung und Ammoniakminderung hin untersucht. Dauer ca. 6 Monate mit 6 – 7 Messzyk-len von einer Woche Dauer
6. Auswertephase: Auswertung aller Daten, Erstellung der Statistik, Grafik und Schreiben des Endbe-richts. Dauer: ca. 5 Monate



Ergebnisse und Diskussion

Die Ammoniakemissionen während der Weidesaison lagen zwischen 3,8 mg NH3 h-1 m-2 (gereinigt, vier Stunden nach der Reinigung) und 7,5 mg NH3 h-1 m-2 (gereinigt, zwei Stunden nach der Reinigung), wobei die Kontrollmessungen zwischen 6,0 mg NH3 h-1 m-2 (direkt nach der Reinigung) und 7,0 mg NH3 h-1 m-2 (sechs Stunden nach der Reinigung) ergaben. Ein statistisch signifikanter Unterschied (p <=0,05) zwischen den gereinigten Flächen und den Kontrollspalten ergab sich jedoch erst nach 4 Stunden. Tabelle 1 gibt die Relation der Ammoniakemissionen zwischen gereinigten und nicht gereinigten Spaltenbodenelementen in Prozent an. Der positive Reinigungseffekt von -43,8 % bzw. -32,7 % tritt erst nach vier bzw. nach sechs Stunden.
Tabelle 1: Ammoniakreduzierung in Abhängigkeit des saisonalen Effekts und zeitlichen Abstands nach der Reinigung des Spaltenbodens
Saison Zeitpunkt der Messung nach der Reinigung Reinigungswirkung auf NH3-Emissionen (%)
Weidegang 0 Std. + 6,1
2 Std. + 9,7
4 Std. - 43,8
6 Std. - 32,7
ganztägige Stallhaltung 0 Std. - 1,8
2 Std. - 29,6
4 Std. -42.5
6 Std. + 0,6

Die Ammoniakminderungseffekt war bei den Prüfstanduntersuchungen bei der Nassreinigung mit Gummischieber, Räumsternen und Hochdruckreiniger mit einem mittleren Wert von 4,5 mg NH3 h-1 m-2 im Vergleich zu 17,0 mg NH3 h-1 m-2 der ungereinigten Kontrollspalten am höchsten. Eine zusätzliche Trocknung der Spalten mit Druckluft erbrachte keine große Minderung von Ammoniak.
Die Werte aus den gravimetrischen Messungen auf dem Prüfstand zeigten wie auch schon die Ammoniakwerte eine deutliche Reduktion der Gülle auf den künstlich verschmutzten Versuchsspalten durch die Reinigung. Verglichen mit der Menge Gülle auf den Kontrollspalten (3,0 kg) ist die Menge Gülle auf den Spalten bei der Reinigungsvariante C (0,4 kg) um 87,3 %
Die mechanische oberflächliche Reinigung des Spaltenbodens ist nach einer Abtrocknungsphase zufriedenstellend. Wenn der Spaltenboden während der Weidesaison bei höheren Temperaturen abtrocknen kann, kommt es zu einer Reduktion der Ammoniakemissionen um 43,8 % vier Stunden nach der Reinigung. Jedoch verbleibt ein großer Teil der Gülle an den Seitenrändern der Spaltschlitze. Dies führt zu einer ungenügenden Reduktionswirkung direkt nach der Reinigung. Auch führt die zusätzliche Wasserzufuhr zu einer verminderten Emissionsreduktion durch die erhöhte biologische Aktivität. Auch die Vermischung von Harn und Kot begünstigt eine erhöhte Ureaseaktivität, was zu einem verspäteten Reinigungseffekt führt. Im Winter findet sich daher eine auf die Emissionen positiv wirkende Reinigungswirkung erst nach vier Stunden, welche nach sechs Stunden durch die erneute Verschmutzung der Laufflächen durch die Tiere schon wieder aufgehoben wird. Der Versuchsstand und die Simulation der einzelnen Reinigungselemente zeigten, dass die Reinigung mit den Räumsternen eine Reduktion der Menge Gülle auf den Spalten ergibt, wenn die Viskosität der Gülle nicht zu niedrig ist. Dies ist bei natürlich verschmutzten Spaltenböden für normal der Fall. Der Einsatz der Hochdruckreinigung hingegen zeigte nur einen positiven Reinigungseffekt wenn die Gülleviskosität niedrig ist und somit von den Spalten gespült werden kann.




Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Vorträge national und international
Veröffentlichungen



Fazit

Eine reduzierende Wirkung des dargestellten Reinigungsverfahrens auf die Ammoniakemissionen konnte nachgewiesen werden. Allerdings setzt diese Wirkung erst zeitversetzt ein. Trotz der Vereinfachung der Messmethodik durch die ausschließliche Betrachtung des Spaltenbodens bleibt aufgrund der dreidimen-sionalen Oberfläche (Spaltenzwischenraum) eine gewisse Komplexität der Faktoren vorhanden. Der sai-sonal Effekt der Ammoniakreduzierung ist beispielsweise nicht nur auf den Weidegang zurückzuführen, sondern auch auf die veränderte Kotkonsistenz und die damit verbundene höhere Kotdurchgang durch den Spaltenboden.
Die Umweltwirkung des Systems könnte verbessert werden, wenn zusätzlich zu den Geräteoptimierungen die Selbstreinigungsfähigkeit des Betonspaltenbodens erhöht werden könnte.