Transparenter Mastschweinestall: Schadgasentwicklung-Ammoniak bei unterschiedlicher Proteinversorgung von Mastschweinen

Erste Ergebnisse aus den Durchgängen 1, 2 und 3.

1. Einleitung / Zielstellung

Die LUFA Nord-West führt in dem Transparenten Stall begleitend zu den unterschiedlichen Versuchsanordnungen Emissionsmessungen durch. Die LUFA Nord-West ist für die Emissionsmessung von Gasen, Stäuben und Geruch akkreditiert und nach §29b BImSchG anerkannte Messstelle. Das interdisziplinäre Prüfkonzept mit den verschiedenen Bausteinen wird im folgenden Artikel dargestellt:

Transparenter Mastschweinestall - Interdisziplinäres Prüfkonzept für Nährstoffströme, Reduzierung von Emissionen, Input-Output-Faktoren und nachhaltige biologische Leistungen (Webcode: 01037668).

Der erste Mastdurchgang wurde Anfang April 2019 eingestallt. Eine einphasige gefütterte Kontrollgruppe (16,5 % Rohprotein) wurde mit einer extrem proteinreduzierten Versuchsgruppe verglichen. Der Rohproteingehalt im Mastfutter der Versuchsgruppe wurde ab 60 kg LG auf 14 % und ab 80 kg LG auf 12 % abgesenkt. Der Fokus liegt auf den biologischen Leistungen und der Ammoniakreduzierung. In diesem Artikel werden die Emissionsmessungen näher beschrieben.

2. Durchführung der Mastversuche mit Fokus Schadgasmessung

Der Gruppenstall bietet für 200 Tiere Platz und ist in fünf baugleiche Abteile untergliedert. Die Untersuchung, welche in Anlehnung an das internationale VERA-Prüfprotokoll für Tierhaltungs- und Management-Systeme durchgeführt wurde, erstreckte sich über drei Durchgänge über ein Jahr. Die Messungen fanden an allen fünf Abteilen statt.

Als Grundlage für exakte Emissionsmessungen wurde jedes Abteil mit einer separaten Abluftführung und normkonformen Messplätzen ausgestattet, wie in Abbildung 1 dargestellt. Wie dort zu sehen ist, weist die Messebene eine ausreichend beruhigte Ein- und Auslaufstrecke auf. Die Anforderungen an Messstrecken und Messplätze gemäß DIN EN 15259 sind gegeben. Ausreichend genormte Entnahmestutzen wurden bei der Errichtung berücksichtigt. Somit sind neben Gasmessungen auch Partikelmessungen normenkonform möglich.

Die Gasuntersuchungen fanden mittels FTIR-Analysator (Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie) statt, welcher alle infrarotaktiven Gase messen kann. Es können bis zu 50 Komponenten, wie z.B. Kohlenstoffdioxid, Ammoniak und Methan, gleichzeitig analysiert werden. Durch Kombination des Messgerätes mit einem Messstellenumschalter ist es möglich, bis zu acht verschiedene Messpunkte anzusteuern. Neben den fünf Abteilen, welche auf unterschiedliche Weise betrieben und aufgrund der gleichen Bauweise miteinander verglichen werden können, können so auch die Zuluftkonzentrationen gemessen werden.

Zur genauen Erfassung des Abluftvolumenstromes eines Abluftkamins wurden zwei Sensoren, die den Luftdruck im Abteil und außerhalb des Stalles erfassen, verbaut. Mit Hilfe der Druckdifferenz beider Sensoren und im Labor kalibrierter Abluftkamine lässt sich die Abluftmenge genau ermitteln. Der Vorteil gegenüber Messventilatoren liegt darin, dass dieses System nahezu wartungsfrei ist und unveränderbare exakte Messdaten liefert.

Neben der kontinuierlichen Abgasmessung wurden mehrere Ammoniak-, Kohlenstoffdioxid-, Luftfeuchte- und Temperatursensoren innerhalb der Abteile verbaut, sodass auch die Klimaverhältnisse innerhalb der Abteile dargestellt und zur Ergebnisdarstellung herangezogen werden können. Mit Hilfe der Stallsensoren kann so auch die Einhaltung der Vorgaben der Nutztierhaltungsverordnung überprüft werden.

3. Versuchsergebnisse und Diskussion 

Um einen Emissionsfaktor für ein bestimmtes Haltungssystem ableiten zu können, sieht das VERA-Prüfprotokoll die Messung im Fall-Kontroll-Ansatz von mindestens zwei Betrieben gleicher Haltungsform vor.

Da hier nur ein Stall gemessen wird, wird vom VERA-Protokoll abgewichen und daher nur von einem Emissionswert gesprochen.

Gemäß VERA-Protokoll soll an sechs unabhängigen Messperioden jeweils mindestens 24 Stunden verteilt über ein Jahr gemessen werden. Jede Jahreszeit ist dabei mit gleichen Zeitanteilen zu berücksichtigen, ebenfalls sollen je 50 % der Probenahmetage in der ersten und zweiten Hälfte der Produktionszyklen berücksichtigt werden. Da die Messungen kontinuierlich über drei Mastdurchgänge, über ein ganzes Jahr mit Unterbrechungen nur zu den Stallleerzeiten, durchgeführt wurden, sind die Bedingungen hinsichtlich der Häufigkeit mit dem Ziel einer höheren Aussage weit übertroffen. Es handelt sich bei dem Emissionswert um einen tatsächlichen Jahresmittelwert.

Für die Ermittlung der Ammoniakemissionen wurden die Ammoniakkonzentrationen mit den Abluftvolumenströmen multipliziert und auf den Tierplatz (TP) und das Jahr bezogen (NH₃-Emissionswert kg/Jahr/TP). Hierbei wurden die gemessenen Ammoniakfrachten unter Berücksichtigung der Tierplätze auf 348 Tage (17 Tage Leerstand) im Jahr bezogen. Die so ermittelten Ammoniakemissionswerte der zwei Referenzabteile und der drei Versuchsabteile wurden jeweils gemittelt und in Abbildung 2 für die einzelnen Durchgänge dargestellt. Dabei zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen den Referenzabteilen, in denen die Tiere einphasig mit 16,5 % Rohprotein gefüttert wurden, und den Versuchsabteilen mit nährstoffreduziertem Futter.

Es wurde bei allen drei Durchgängen eine deutliche Emissionsminderung der Versuchsabteile gegenüber den Referenzabteilen von bis zu 26 % ermittelt. Der mittlere Minderungsgrad lag mit einer Reduktion von 0,65 kg/(TP*a) bei 22 % und dies alleine durch die Futterumstellung ab einem Lebendgewicht von 60 kg bzw. 80 kg je Tier. Vor der Futterumstellung konnten keine größeren Unterschiede zwischen den Versuchs- und den Referenzabteilen festgestellt werden.

Beachtlich ist, dass die ersten Gülleuntersuchungen den Minderbefund bestätigen konnten.

4. Fazit/ Ergebnisverwertung

Mit diesen Untersuchungen konnten bei allen drei Mastduchgängen eindeutige Reduzierungen der Ammoniakfrachten in den Versuchsabteilen, welche mit einer extrem proteinreduzierten Fütterung ausgestattet wurden, gegenüber den Referenzabteilen nachgewiesen werden. Die genauen Werte, die mit hochpräzisen Messgeräten erfasst wurden, haben für die Referenzställe mit 2,94 kg/Jahr/TP den Ammoniakemissionswert von 2,91 kg/Jahr/TP gemäß VDI 3894 Blatt 1 sehr genau bestätigt. Mit der extrem proteinreduzierten Fütterung in den Versuchsabteilen konnte der Wert nochmals deutlich auf 2,29 kg/Jahr/TP reduziert werden.