Projekt 04275/01

Reduzierung und Quantifizierung der Ammoniakemission in geschlossenen Mastschweineställen mittels Luftkonditionierung durch Einsatz eines Erdwärmeaustauschers in Verbindung mit einer Deckenlüftung

Projektträger

Georg-August-Universität Göttingen - Außenstelle VechtaDepartment für NutztierwissenschaftenLehrstuhl für Verfahrenstechnik in derVeredelungswirtschaft
Universitätsstr. 7
49377 Vechta
Telefon: 0 44 41/15-435

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Etwa 90% der globalen Ammoniakemissionen in der BR Deutschland stammen aus der Landwirtschaft, ca. 27% davon entfallen auf die Schweinehaltung. Das Ammoniakemissionspotential aus Mastschweineställen wird durch eine Vielfalt von chemischen und physikalischen Einflußfaktoren bestimmt, bei denen die Temperatur in der Zuluft eine überragende Rolle spielt. Die Zuluftkonditionierung mittels Erdwärmetauscher (EWT) ermöglicht in dieser Hinsicht eine potentielle Beeinflussung durch Senkung der Zulufttemperatur und des Luftvolumenstroms im Sommer. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen einer Zuluftkonditionierung mittels EWT auf das Emissionsverhalten in einem einstreulosen Mastschweinestall untersucht und quantifiziert.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer Ammoniakmassenstrom aus dem Stall ist das Produkt aus den Ammoniakkonzentrationen in der Stalluft und dem Abluftvolumenstrom. Der Einsatz eines EWT nimmt Einfluß auf beide Determinanten des Ammoniakaustrages mit der Stalluft. In Folge dessen verschiebt sich das Phasengleichgewicht für Ammoniak von der flüssigen zur gasförmigen Phase so, daß die Ammoniakverflüchtigungsrate sinkt. Zweitens kann durch die abgesenkte Temperatur der Luftvolumenstrom im Sommer deutlich gesenkt werden. Die Untersuchungen wurden in einem einstreulosen Maststall mit zwei Abteilen durchgeführt. Das Referenzabteil wurde ohne EWT belüftet, das zweite Abteil mit EWT. Die Abteile wurden mit rechnergestützter Meßtechnik für kontinuierliche Messungen der einzelnen Klimaparameter (innen und außen), Gaskonzentration und Luftvolumenstrom ausgestattet. Untersucht wurden die jahreszeitlichen Einflüsse auf Ammoniakkonzentration und Ammoniakfrachten in beiden Abteilen. Anschließend wurden die Massenströme quantifiziert und die Verläufe interpretiert.


Ergebnisse und Diskussion

Temperaturverläufe
Die Temperaturverläufe im Sommer zeigen deutlich die Amplitudendämpfung und die Reduktion der mittleren Stallufttemperatur durch den Einsatz des EWT. Entsprechend unterscheiden auch die Stallufttemperaturen und die Gaskonzentration im Stall mit EWT bei gleichbleibendem Abluftvolumenstrom von durchschnittlich 15.000m3/h je Abteil bzw. 67m3 je Mastplatz. Der maximale Abluftvolumenstrom betrug 27.000m3/h je Abteil bzw. 114m3 je Mastplatz. Diese Messungen hinsichtlich des Temperaturverhaltens im Sommer 1995 konnten 1996 bestätigt werden, was als ein Indiz für die gute Wiederholbarkeit verstanden werden kann. Die Ergebnisse der Sommermessungen sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Während des untersuchten Winterzeitraumes herrschten mit einer mittleren Außentemperatur von -12,3 ± 1,91°C optimale Bedingungen, um die Wirkung des EWT zur Senkung und Vergleichmäßigung der Stalltemperatur zu untersuchen. Aus den Meßergebnissen geht hervor, daß der EWT zu einer gleichmäßigen Zulufttemperatur führte, die stets über dem Gefrierpunkt lag (3,8 ± 4,1°C). Dadurch konnte die Lüftungsrate im Stall drastisch gesteigert werden. Dennoch war die Stalltemperatur im Abteil mit EWT (20,2 ± 0,86°C) höher, vor allem aber gleichmäßiger als im Vergleichsabteil (18,3 ± 4.21°C) in dem durch das Wechselspiel zwischen Zuluft und Heizung erhebliche Temperaturschwankungen verursacht wurden.

Schadgaskonzentrationen
Der Verlauf der Ammoniak- und Lachgaskonzentrationen im August 1995 hat ergeben, daß im Vergleich zu einer konventionellen Lüftung der Einsatz des EWT kaum Einfluß auf die Gaskonzentrationen im Stall ausübt. Für Ammoniak lagen die durchschnittlichen Gaskonzentrationen bei 17,68 bzw. 17,85 ppm. Die korrespondierenden Werte für Lachgas lagen bei 1,22 bzw. 1,16 ppm. Auch eine Vergleichmäßigung konnte nicht erzielt werden. Die Standardabweichungen beliefen sich für NH3 auf 4,13 bzw. 3,33, für Lachgas auf 0,57 bzw. 0,52 ppm. Im Winter 1995 (18.12. - 28.12.95) ergab sich folgendes Bild für das Abteil ohne bzw. mit EWT: NH3: 34,29 ± 0,42 ppm bzw. 22,34 ± 4,68 ppm, hier wird im wesentlichen der Einfluß der Lüftungsintensität deutlich, welcher im Abteil mit EWT merklich höher lag.

Massenströme
Die Meßwerte für die Massenströme im Sommer (Juli 1995) zeigen, daß beide Abteile sich im Emissionsverhalten sehr ähneln. Auch für den Monat August 1995 ergibt sich das gleiche Bild. Die Ammoniakmassenströme beliefen sich im Zeitraum 08.08. - 31.08.1995 in den Abteilen ohne bzw. mit EWT auf 115,69 ± 37,20 bzw. 127,55 ± 30,84 g/h. Die korrespondierenden Werte für Lachgas betragen 12,31 ± 6,66 bzw. 11,74 ± 6,19 g/h. Die Messungen wurden im Sommer 1996 wiederholt. Die Ergebnisse der Messungen sind in Tabelle 2 dargestellt. Die Massenströme im Winter 1995 ergaben emittierte Ammoniakmengen von 101,53 ± 52,53 bzw. 119,75 ± 45,61 g/h im Abteil ohne bzw. mit EWT. Die korrespondierenden Werte für Lachgas beliefen sich auf 22,83 ± 12.45 bzw. 4,97 ± 8,80 g/h.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der Arbeit sind in Fortbildungsseminaren (1995 und 1996) und Vorträgen (1996, 1997 und 1998) vorgestellt worden. Gleichzeitig wurden die Ergebnisse im Internet (Homepage) der Öffentlichkeit dargestellt. Weitere Präsentationen erfolgten auf Fachmessen (EuroTier 1998, Tier und Technik 1996) und in Seminarform an der Georg-August-Universität Göttingen. Eine Publikation für die Fachzeitschrift Landtechnik ist in Vorbereitung.


Fazit

Als Fazit der Arbeit ist festzuhalten, daß alleine die Verwendung eines EWT nicht als Beleg für eine emissionsarme Produktion gelten kann. Als gesichert darf jedoch eine positive Wirkung auf den Temperaturverlauf im Stall angenommen werden. Besonders wertvoll erscheint diese Technologie während der Perioden mit einer sehr niedrigen Außentemperatur.
Weiterer Forschungsbedarf ergibt sich im Bereich der vielfältigen Interaktionen zwischen den Emittenten auf der einen Seite und solchen Faktoren wie den EWT, welche die Emissionen in ihrer Art, ihrem Ausmaß, ihrem Verlauf sowie ihrem Wirkungsort modifizieren, auf der anderen Seite.