RT Dissertation/Thesis T1 Untersuchungen zum Emissionsgeschehen von Ammoniak und Methan in der Mastschweinehaltung A1 Gronow-Schubert,Stephanie WP 2017/05/18 AB Der Anbau von Futtermitteln, die Haltung von Nutztieren, die Verarbeitung der tierischen Produkte und die dadurch ausgeprägte Flächennutzung durch die gesamte landwirtschaftliche Tierhaltung führen weltweit zu Treibhausgasemissionen. In direktem Zusammenhang mit der Haltung von Nutztieren und somit auch in der Mastschweinehaltung stehen die Ammoniak- und Methanemissionen. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit waren Untersuchungen zum Emissionsgeschehen und zu ausgewählten Ansätzen zur Emissionsminderung von Ammoniak und Methan, insbesondere beim Flüssigmistmanagement in der Mastschweinehaltung. In diesem Kontext standen die drei Herangehensweisen Messen – Analysieren – Modellieren im Fokus und wurden entsprechend als Teilziele festgelegt: • Durchführung von Emissionsminderungsstrategien beim Flüssigmistmanagement in einem konventionellen Schweinemaststall und Vergleich der Emissionen mit einem Referenzsystem ohne Emissionsminderungsmaßnahmen. Die ausgewählten Emissionsminderungsstrategien sollten praxistauglich und nachträglich in vorhandenen Stallbauten anwendbar sein. • Analyse der Haupteinflussfaktoren auf die Emissionen im Mastverlauf in unterschiedlichen Jahreszeiten unter besonderen Berücksichtigung von Zeitreiheneffekten und Regressionen. • Prüfung der Möglichkeiten einer Stoffflussmodellierung, Anwendung auf die eigenen Messdaten bzw. zur Potentialabschätzung von Emissionsminderungsmaßnahmen sowie Evaluierung des gewählten Ansatzes zur Stoffflussmodellierung. Das Flüssigmistmanagement im Stall beeinflusst in der Mastschweinehaltung die Emissionen von Ammoniak und Methan entscheidend, obgleich die konkreten Minderungspotentiale noch nicht hinreichend geklärt sind. In dieser Arbeit wurden im ersten Arbeitspaket in einem Case-Control-Ansatz über je einen Mastdurchgang die Flüssigmistmanagementmaßnahmen - wöchentliche Entleerung des Flüssigmistkanals, Abdeckung des unterflur gelagerten Flüssigmists sowie die Zugabe von Effektiven Mikroorganismen als Flüssigmistadditive - auf ihr Emissionsminderungspotential untersucht und mit dem Staumistverfahren als Referenz verglichen. Der Versuchsstall für Mastschweine war in zwei Abteile (Versuchs- und Referenzabteil) mit je 50 Tieren unterteilt. Quasi-kontinuierlich wurden die Zuluft,- Abteil- sowie Abluftkonzentrationen von Ammoniak und Methan, die Zuluft,- Abteil- sowie Ablufttemperaturen sowie die Temperatur und der pH-Wert des Flüssigmists erfasst. Ergänzend wurden im 14- täglichen Rhythmus Flüssigmistproben analysiert, der Flüssigmistpegel gemessen sowie der Verschmutzungsgrad der Buchtenböden, die Tiergewichte und Leistungs- bzw. Fütterungsdaten erhoben. Zwischen dem Versuchs- und Referenzabteil bestanden keine weiteren Unterschiede hinsichtlich der Fütterung, Lüftung, Haltung. Die angewendeten Minderungsstrategien konnten die Ammoniak- und Methanemissionen teilweise reduzieren (wöchentliche Entleerung des Flüssigmistkanals: Emissionsminderung bei Methan um 39,4 % bezogen auf die Emissionsrate in Gramm je Tag und GV; Flüssigmistabdeckung: 13,8 % Minderung bei den Ammoniakemissionsraten in Gramm je Tag und GV), hatten zum Teil keinen Effekt oder sogar einen negativen Einfluss auf die Emissionen (wöchentliche Entleerung des Flüssigmistkanals: kein Effekt auf die Ammoniakemissionen; Flüssigmistabdeckung: 111,9 %-iger Anstieg bei den Methanemissionsraten in Gramm je Tag und GV). Das gewählte wöchentliche Intervall für die Entleerung des Flüssigmistkanals reichte als Minderungsstrategie nicht aus. Bei der Abdeckung der Flüssigmistoberfläche unterflur muss bedacht werden, dass durch den fast luftdichten Abschluss der Flüssigmistoberfläche die Voraussetzungen für die Methanogenese begünstigt werden. Die Zugabe von Effektiven Mikroorganismen zum Flüssigmist hatte sowohl auf die Ammoniak- als auch auf die Methanemissionen nur einen geringen Einfluss. Die Ammoniakemissionen stiegen um 8,3 % und die Methanemissionen um 5,9 %. Die Auswertungen (Zeitreihen- und Regressionsanalyse) der Daten aus den Referenzabteilen von insgesamt vier Mastdurchgängen (zwei Sommer- und zwei Winterdurchgänge) umfassten das zweite Arbeitspaket. Die Zeitreihenanalyse ermöglichte Einblicke in die zeitlichen Zusammenhänge zwischen den Ammoniak- und Methanemissionen und den Einflussfaktoren, welche die Freisetzung und den Transport der Gase beeinflussen. Beispielweise konnte graphisch gezeigt werden, welchen zeitlichen Einfluss hohe Außentemperaturen auf das System „Mastschweinestall“ und die Freisetzung von Emissionen haben. Die Zeitreihenanalyse gab Hinweise darauf, wie dynamisch bzw. stabil das klimatische Geschehen in einem Mastschweinestall sein kann. Die Regressionsanalysen zeigten deutlich, dass das Emissionsgeschehen, sowohl bei Ammoniak als auch bei Methan, im Besonderen durch die vorhandene Menge an Flüssigmist, die Temperatur und den Luftvolumenstrom beeinflusst wird. Ebenso hatte der Abstand zwischen der Flüssigmistoberfläche und dem Spaltenboden (‚headspace‘) direkten Einfluss auf die Freisetzung von Ammoniak und Methan aus dem Flüssigmist. Ein großer ‚headspace‘ korrelierte mit geringeren Emissionen und umgekehrt. Anknüpfend an die Erhebung der Emissionsdaten und den statistischen Auswertungen wurde im dritten Arbeitspaket untersucht, welchen Beitrag die Stoffflussmodellierung der Ammoniakemissionen für den Erkenntnisgewinn hinsichtlich des Emissionsgeschehens und der Minderungsmaßnahmen im Mastschweinestall leisten kann. Dafür wurden ausgewählte Messdaten in ein Stoffflussmodell überführt. Als Basis diente das Modell von CORTUS et al. (2010a), welches in drei Schritten an die Bedingungen im eigenen Versuchsstall angepasst wurde. Als Systemgrenze galten die baulichen Abgrenzungen des Versuchsstalls. Für die numerische Integration der Differentialgleichungssysteme wurde die Software Berkeley Madonna 8.3.18 verwendet. Die Kalibration und Validation erfolgte anhand der eigenen Daten, jeweils aus dem Referenzabteil zwei unterschiedlicher Mastdurchgänge. Das angepasste Modell war prinzipiell in der Lage Ammoniakkonzentrationen- und emissionen zu modellieren. Zudem konnte der Einfluss der Flüssigmisttemperatur und des pH-Werts des Flüssigmists abgebildet werden. Insgesamt reagierte das Modell aber zu temperatur- und zu pH-Wert-sensitiv. Aufgrund dessen über- oder unterschätze das Modell die gemessenen Werte teilweise deutlich. Einen wesentlichen Einfluss auf die Modellgüte scheint das Untermodell der Urinpfützen zu haben. Dieses wurde für die eigenen Modellierungen, im Zusammenhang der Modellanpassung auf die erhobenen Daten, aus dem Basismodell herausgekürzt. Die Modellierung von Gaskonzentrationen- und Emissionen bietet im Vergleich zu Messungen den Vorteil, kostengünstig und zeitsparend das Emissionspotential verschiedener Haltungssysteme z.B. für die Mastschweinehaltung abschätzen zu können. Die Kalibrierung und Validierung sowie Anpassung auf den Anwendungsfall bedürfen aber besonderer Sorgfalt und Expertise. Die Arbeit leistet einen Beitrag zum besseren Verständnis des Emissionsgeschehens und der Emissionsminderung, insbesondere beim Flüssigmistmanagement in der Mastschweinehaltung mit Hilfe verschiedener methodischer Ansätze über die Messung, Analyse und Modellierung. K1 Schweinemast K1 Ammoniak K1 Methan K1 Mastschweine PP Hohenheim PB Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim UL http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2017/1352