Minderungen von (Ammoniak)Emissionen aus der Landwirtschaft · Deutschland: -28 % = von 740 kt...

Georg-August-Universität Göttingen

Tagung „Reine Luft“ des Umweltbundesamtes

am 16./17. September 2013 in Dessau 1 11. Oktober 2013

Minderungen von (Ammoniak)Emissionen

aus der Landwirtschaft

- Ziele und Wege zur Erreichung –

Department für Nutztierwissenschaften

Abteilung Verfahrenstechnik in der Veredelungswirtschaft

Universitätsstraße 7, 49377 Vechta

[email protected]

Prof. Dr. Herman Van den Weghe und Helmut Döhler (KTBL)




Gliederung

Internationale Vereinbarungen zur Emissionsminderung

Das landwirtschaftliche Emissionsinventar (Ursprung, Aufgaben,

Methoden)

Emissionen Tierhaltung und die Abstimmung der Emissionsfaktoren

Entwicklung der landwirtschaftlichen Aktivitäten und derzeitiger

Stand der Emissionen - Trends, Ursachen, Auswirkungen

Ansatzstellen und Minderungspotenziale bis 2020

Zusammenfassung und Ausblick




Internationale Abkommen

… zur Minderung von gasförmigen und partikelförmigen

Emissionen:

• Genfer Luftreinhalteabkommen mit Göteborg-Protokoll

(UNECE CLRTAP): Bekämpfung von Versauerung,

Eutrophierung und bodennahem Ozon, Multikomponenten-

Protokoll: SO2, NOx, NH3, NO, NMVOC, PM

• Klimarahmenkonvention mit Kyoto-Abkommen (UNFCCC):

CH4, CO2, N2O, F-Gase

• EG-Richtlinie über nationale Emissionshöchstgrenzen

(NEC-RL, 2001): SO2, NOx, NH3, NO, NMVOC, PM




UN-ECE-Protokoll vom 30.11..1999,

NEC-Richtlinie (2001/81/EG), nationale Obergrenzen

Ziel Reduzierung überhöhter Stickstoff-Einträge

Minderung der NH3-Emissionen, so dass Anteil kritisch belasteter Ökosysteme um 50 % reduziert wird:

Deutschland: -28 % = von 740 kt (1990) auf 550 kt (2010)

Maßnahmen a) Technische Minderungsmaßnahmen

Intensivtierhaltung 20 % bei der Tierhaltung im Stall

40 % bei der Lagerung von Wirt- schaftsdüngern

Wirtschaftsdünger 30 % bei der Ausbringung (Einarbeitung von Stallmist innerhalb von 24)

Düngemittelanwendung feste Harnstoffdünger, Verbot von Ammoniumcarbonatdüngern

b) Regelwerk “Gute fachliche Praxis“ (2003)

Optimierung des N-Managements in der gesamten Verfahrenskette




Nationales Emissionsinventar

Zur Feststellung der aktuellen Emissionssituation und zum

Erkennen von Minderungspotentialen werden

Emissionsinventare erarbeitet.

Zweck national:

● Erkennen von Schwerpunkten der Emissionen

● Potentiale der Emissionsminderung (umfassend)

● Abwägen von erwünschten Effekten und

unerwünschten Nebenwirkungen

● Schätzen der Kosten und Gewinne




Nationales Emissionsinventar Landwirtschaft

Zweck international:

Berichterstattung innerhalb von Verträgen

● Genfer Luftreinhalteabkommen mit Göteborg-

Protokoll:

SO2, NOx, NH3, NMVOC

● Klimakonvention mit Kyoto-Abkommen

CO2, CH4, N2O,

● EU: Nationale Emissionsobergrenzen

SO2, NOx, NH3, NMVOC, PM10, PM2.5




Landwirtschaftliches Emissionsinventar - Anforderungen

• Regelwerke:

– IPCC-Guideline 1996 / 2006

– IPCC Good Practice Guidance 2000

– EMEP 2007/2009

• Qualitätskriterien (IPCC):

– Transparenz (der Berichterstattung selbst)

– Vergleichbarkeit (mit anderen Ländern)

– Konsistenz (Datensatz, Methode, in der Zeitreihe)

– Vollständigkeit (alle Quellen)

– Genauigkeit




Abgeleitete Emissionsfaktoren

Mastschweine

Emissionsfaktoren kg Platz-1 a-1 NH3-N

Wärmegedämmter Stall, Vollspaltenboden/ Teilspaltenboden, einstreulos

3

Wärmegedämmter Stall, Zweiflächenbucht eingestreut, plan befestigt,

4

Wärmegedämmter Stall, Schrägboden, (ein Teil planbefestigt, ein Teil Spalten, Einstreu nur als Beschäftigungsmaterial),

2

Wärmegedämmter Stall Tiefstreu 4




Abgeleitete Emissionsfaktoren

Mastschweine

Emissionsfaktoren kg Platz-1 a-1 NH3-N

Außenklimastall, getrennte Klimabereiche, einstreulos,

2

Außenklimastall, getrennte Klimabereiche, eingestreut, nicht im nBR

2

Außenklima, Tiefstreustall 3,5

Tiefstreu 1 kg pro Tier und Tag

Einstreu 0,3 kg pro Tier und Tag




Haltungssystem – Milchkühe Emissionsfaktor

kg Platz-1 a-1 NH3-N

Einstreumenge

kg/TP und Tag

Anbindehaltung, Flüssigmist 4 -

Anbindehaltung, Festmist 4 5

Liegeboxenlaufstall,

Flüssigmistverfahren 12 -

Liegeboxenlaufstall,

Festmistverfahren 12 5

Laufstall, Tiefstreuverfahren 12 8

Laufstall, Tretmistverfahren 13 5

Ammoniakemissionsfaktoren für die Milchviehhaltung




Legehennenhaltung NH3 kg/TP und Jahr

(in Klammern: Inventarwerte)

Käfighaltung, unbelüftetes Kotband 0,15 (0,12)

Käfighaltung, belüftetes Kotband 0,04 (0,032)

Ausgestalteter Käfig / Kleinvoliere,

unbelüftetes Kotband

0,15

Ausgestalteter Käfig / Kleinvoliere,

belüftetes Kotband

0,04

Bodenhaltung mit Volierengestellen,

unbelüftetes Kotband, Kotabfuhr

zwei Mal je Woche

0,09 (0,075)

Bodenhaltung mit Volierengestellen,

belüftetes Kotband

0,06

Bodenhaltung, Kotgrube 0,32 (0,26)

Emissionsfaktoren Legehennenhaltung




Kategorien von Minderungsmaßnahmen

Kategorie1

Es besteht ein nachgewiesener Emissionsminderungseffekt. Die Minderungsmaßnahme ist

praxistauglich und gut zu kontrollieren.

Kategorie 2

Die Minderungswirkung der Maßnahme ist zwar im Praxismaßstab nachgewiesen, aber nicht einfach zu

kontrollieren.

Kategorie 3

Emissionsminderungspotenzial vorhanden, Reduktionspotential aber (noch) nicht immer festlegbar. Einer der

nachfolgend genannten Punkte trifft zu:

Die emissionsmindernde Wirkung ist nicht immer nachweisbar bzw. unzureichend nachgewiesen.

Die Umsetzung in die Praxis erscheint wenig realistisch.

Die Kosten der Maßnahme sind zu hoch (?)

Es können unerwünschte Nebeneffekte auftreten.

Reduktionspotenzial nicht abschätzbar oder kein Reduktionspotenzial nachweisbar: keine Einstufung




Maßnahme Reduktions-potential

Anmerkungen

Referenz: Einphasenfütterung: 18% RP Rohprotein-angepasste Fütterung durch: Phasenfütterung (2 Phasen)

Bis 10 % Anpassung von Vor- auf Hauptmast

(von 18 auf 15% RP)

Mehrphasenfütterung (3-4 Phasen)

Bis 20 % Anpassung in mehrwöchigen

Abständen (von 18 auf 13% RP)

Minderungsmaßnahmen Schweinehaltung

Kategorie 1




Abteil

Zentralgang

Außenluft

Maßnahme Reduktions-potential

Anmerkungen

Zuluftkühlung 10 – ( 25) % u. a. durch Einsatz eines

Erdwärmetauschers; in Abhängigkeit von Standort und Δ T

Minderungsmaßnahme Schweinehaltung Kategorie 1




Reduzierung der emittierenden Oberfläche / Bodengestaltung

10 % bei Aufzucht-ferkeln

Funktioniert nur in der Ferkelaufzucht, im Mastbereich nicht; z. B. plan befestigter, konvexer bzw. geneigter Boden mit Harnrinnen oder anderen Ableitungseinrichtungen, Trennung der Funktionsbereiche

Abluftreinigung (chemischer Wäscher, Rieselbettreaktor, 2 und 3 stufige Verfahren)

70 - 90 % Mit hohen Kosten verbunden.

Lagerungsdauer der Gülle Referenz: Eine Mastperiode Maßnahme: Güllekanäle ein bis zweimal während Mastperiode entleeren

Reduktions-potential

nicht festlegbar

Die emissionsmindernde Wirkung ist nicht immer nachweisbar bzw. unzureichend nachgewiesen, Aufwand, Arbeitskosten

Minderungsmaßnahmen Schweinehaltung Kategorie 3




Multiphasen-fütterung plus Aminosäureausgleich

Bis 40 % tägliche Anpassung; evtl. mit Aminosäurenausgleich (von 18 auf 13% RP)

Futterzusätze/ Futterkomponenten z. B. zur Reduzierung des pH-Wertes im Urin, Verbesserung der N-Ausnutzung


nicht abschätzbar

Mit Kosten verbunden, EU-rechtliche Vorgaben zur Zugabe in Futtermitteln muss gewährleistet sein.

Säurezugabe Flüssigmist


nicht festlegbar

Hohe Kosten, Risiken bei der Handhabung, Korrosion kann auftreten

Optimierung der Luftführung im Stall


nicht festlegbar

Minimierung der Konzentrationsgradienten im bodennahen Bereich des Stalles

Minderungsmaßnahmen Schweinehaltung Kategorie 3




Spülsysteme Höhe des

Reduktions-potentials ?

Hoher technischer Aufwand, hoher Wasserbedarf, mit Kosten verbunden

Abdeckung der Gülle unter den Spalten

Reduktions-potential nicht abschätzbar

Es existieren keine praktikablen Lösungen.

Großgruppe (> 30) statt Kleingruppe (10 – 15)

Reduktions-potential nicht abschätzbar

Reduktionspotenzial nicht wissenschaftlich nachgewiesen

Minderungsmaßnahmen Schweinehaltung – ohne Einstufung




Maßnahme Reduktions-

potential Anmerkungen

Kate-

gorie

Bedarfsgerechte Fütterung

- nach nXP-Bedarf füttern,

- positive ruminale Stickstoffbilanz (RNB)

bei Grasprodukten etc. ausgleichen,

- mikrobielle Stickstoff-Ausnutzung

verbessern,

- Start in die Laktation optimieren,

- Energieversorgung der Mikroben

verbessern,

- Synchronisation von Energie und

Protein,

- Einsatz „geschützter“ Proteine

Bis 25 % Gut kontrollierbar durch Harnstoffgehalt in

der Milch (wird in Frage gestellt !!) 1 (?)

Bauliche Ausführung der Laufflächen

Bis 20 %

Plan befestigt mit 3% Gefälle und optimierte

Entmistung 2

Rillenbodensystem, mehrmaliges Abschieben am Tag 3

Spülen der Laufflächen mit Wasser Bis 20 %

Ungünstige Einstufung aufgrund des hohen

Wasserverbrauchs, höhere Kosten auch bei

Lagerung und Ausbringung

3

Weide Bis 15 %

Nur bei mind. 6 Stunden Weidehaltung, Stall

weiterhin Emissionsquelle; führt insgesamt zu

geringeren Ammoniakemissionen,

2

Reduktionspotentiale Milchvieh




Temperatur- und Zeiteffekt bei der Ammoniakfreisetzung

(Döhler 1990)




Minderung der NH3-Verluste (in % appl. NH4) nach der

Ausbringung von Gülle und Gärresten (Referenz

Prallteller)

0

20

40

60

80

100

120

Pra

lltel

ler

Sch

lepps

chla

uch

Sch

lepps

chuh

Gülle

schlit

z

Gülle

grubb

er




0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Ammoniakverluste von Gülle nach der Ausbringung /Stundenzahl

(Döhler 1989)




• Entwicklung der landwirtschaftlichen

Aktivitäten

• Stand der Emissionen

• Trends

• Handlungsoptionen




Emissionen räumlich aufgelöst (2007) [kg ha-1]




NEC (2010) 550 kt

Ammoniakemissionen in D (kt/a)




50

60

70

80

90

100

110

120

dairy cows other cattle pigs poultry

+13%

- 35%

- 16%

- 28%

+10%

- 27%

Emissionen

Entwicklung der Tierbestände seit 1990




Entwicklung der Haltungsverfahren Milchvieh

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1990 1999 2010

loose, slurry

loose, solid

tied, slurry

tied, solid




Entwicklung der Haltungsverfahren

Mastschweine

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1990 1999 2010

deep litter

litter based, solid storage

partly slatted floor, slurry

fully slatted floor, slurry




0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1990 1999 2010

free range

floor/aviary

small group

cages

Entwicklung der Haltungsverfahren Legehennen




pigs

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1990 1999 2010

cattle

Entwicklung der Ausbringungstechnik

1990 1999 2010

th veg/grass

bc veg/grass

other

< 1 h

< 4 h

< 8 h

< 24 h

withoutincorporation




Hauptquellen für Ammoniak in der Nutztierhaltung in D (kt)




0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1990 1999 2010

grazing

application

storage

housing

Entwicklung der Emissionen nach Verfahrensabschnitten

in der Milchviehhaltung (kt)

28 % Abnahme

1990 - 2010




0

20

40

60

80

100

120

140

160

1990 1999 2010

application

storage

housing

Entwicklung der Emissionen

nach Verfahrensabschnitten - Schwein

27 % Minderung

1990 - 2010




Minderungsoptionen

Umsetzbares

Potenzial NH3 (kt)

Gesamtemission

Landwirtschaft NH3 (kt)

Ausgangssituation 596,0

Modelländerungen -35,7 560,3

Dünger - Schwankung +10,0 570,3

Gärrückstände (aus Nawaros)

+10,3 580,6

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): 521,8 kt




Minderungsszenarien

Umsetzbares

Potenzial NH3 (kt)

Gesamtemission

Landwirtschaft NH3 (kt)

Ausgangssituation 515

Biogasgärrest + 20 535

Dünger – Schwankung +15,0 550

Abdeckung Gülle -5 545

Einarbeitung Geflügelmist (4h) - 10 535

Einarbeitung Gülle (4 h) -5 530

Emissionsarme Gülledüngung Grünland

-10 520

Emissionsarme Gülledüngung in wachsende Bestände

-35 485

Einarbeitung Festmist (4h) - 5 480

nach Emissionsreduktion 480




Zusammenfassung, Schlussfolgerungen

2010 wurden die NH3–Emissionsminderungsziele knapp erreicht, seitdem ist es

sehr schwer, diese Schwelle zu unterschreiten.

Tierbestände nehmen in Teilbereichen eher zu als ab (Schweine, Geflügel).

Rückgang der Rinderhaltung wird durch die Fleischproduktion (Schweine- und

Geflügelhaltung) kompensiert,

Prognostisch ist für das Jahr 2020 mit einer Emission von 545 kt, davon 517 kt

aus der Landwirtschaft zu rechnen,

Zukünftig erhöhte Anforderungen an die Emissionsminderung über die

internationalen Vereinbarungen und Gesetze. Landwirtschaft als Hauptemittent

stark gefordert, weitere Emissionsminderungen zu realisieren.




Kurzfristig bis mittelfristig umsetzbar wären

- angepasste Fütterungsstrategien bei monogastrischen Nutztieren,

- die Abdeckung von Güllebehältern

- die Senkung von N-Überschüssen in Tierhaltungsbetrieben

- die flächendeckende Einführung von emissionsarmen Ausbringungstechniken.

Die „neue“ Quellgruppe Biogasgärrest (Emissionspotenzial bis 30 kt pro Jahr ) ist zu

beachten. Derzeit ist diese Quellgruppe nicht Bestandteil der Berichterstattung.

Integrierte Konzepte in der Tierhaltung sind dringend geboten.

Mehr Forschung im „Emissionskompartiment Stall“ zur besseren Vereinbarkeit von

Tier-und Umweltschutz!



am 16./17. September 2013 in Dessau

Verfahrenstechnik in der Veredelungswirtschaft Leiter: Prof. Dr. Ir. Herman Van den Weghe, Universitätsstr. 7, Tel:

04441 15 435 , E-Mail: [email protected]

Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit !

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