Gülleansäuerung

Luftbild Schwarzenau

Grundlagen und Konzepte zur Etablierung eines Systems zur Ansäuerung von Güllen im Stall

Insgesamt 95 % der Ammoniakemissionen in Deutschland stammen aus der Landwirtschaft. Einen Anteil von 83 % nimmt dabei die Tierhaltung ein, während der Mineraldüngung 15 % zukommen. Die Ammoniakemissionen in der Milchviehhaltung lassen sich mit 57 % überwiegend auf die Ausbringung zurückführen während in der Mastschweinehaltung mit 66 % der überwiegende Anteil auf die Stallhaltung zurückgeht (Haenel et al., 2016).
Umfrage zum Thema "Interesse und Akzeptanz von Ansäuerungsverfahren im Stall"

Hintergrund

Hohe Ammoniakemissionen können zu einer Eutrophierung von Ökosystemen, Bodenversauerung (Flessa et al., 2004), sowie zu einer Beeinträchtigung der Tiergesundheit (Bachmann et al., 2007) führen. Zudem verringert sich durch die Stickstoffverluste die Düngeeffizienz im gesamten Nährstoffkreislauf. Um all diesen Emissionsquellen entgegen zu wirken finden in der Praxis mehrere Maßnahmen Anwendung, u.a.: eine emissionsmindernde Ausbringung, unmittelbare Einarbeitung von Wirtschaftsdüngern, Stallabluftreinigung sowie Gülleabdeckungen (Flessa et al., 2014). Jedoch konnten trotz dieser Bemühungen die Ziele zur Erreichung der nationalen Emissionshöchstgrenzen nicht erreicht werden (Haenel et al., 2016).
Dissoziationsgleichgewicht zwischen Ammonium und AmmoniakZoombild vorhanden

Abbildung 1: Dissoziationsgleichgewicht zwischen Ammonium und Ammoniak

In der wässrigen Phase von flüssigen Wirtschaftsdüngern besteht ein temperatur- und pH-Wert abhängiges Dissoziationsgleichgewicht zwischen Ammonium und Ammoniak. Mit zunehmendem pH-Wert und Temperaturen verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung Ammoniak. Durch eine Zugabe von Säure (z.B. Schwefelsäure, H2SO4) kann der pH-Wert gesenkt, sowie die Ammoniakemissionen reduziert werden. In Dänemark haben sich in den letzten Jahren weitere Methoden zur Minderung der Ammoniakemissionen im Stall und während der Ausbringung etabliert. Durch die Ansäuerung von Wirtschaftsdüngern mittels Säurezugabe im Stall, bei der Lagerung und Ausbringung konnten bereits Reduktionspotentiale von 40-60% je nach Tierart sowie Technik ermittelt werden (Kureck, 2014 und Döhler, 2002). Problematisch sind jedoch die Arbeitssicherheit im Umgang mit Schwefelsäure, sowie die Freisetzung von Schwefelwasserstoff zu Beginn der Schwefelsäurezugabe (Dai und Blanes-Vidal, 2013). Der Kontakt mit konzentrierter Schwefelsäure kann schwere Verletzungen hervorrufen.
Schwefelwasserstoff beeinträchtigt zudem die Gesundheit von Mensch und Tier und kann in hohen Konzentrationen sogar eine tödliche Wirkung erzielen (Umweltbundesamt, 2006), weshalb auch Alternativen in Betracht gezogen werden. Salze und leicht abbaubare Substanzen können ebenfalls eine Senkung des pH-Wertes bewirken (Fanguiero et al., 2015), jedoch ist bisher wenig über ihre emissionsmindernde Wirkung bekannt.
Wichtig ist hierbei auch die Betrachtung von Einflussparametern (z.B. Pufferkapazität), die nicht außer Acht gelassen werden dürfen. Für die letztendliche Umsetzung der Gülleansäuerung unter Praxisbedingungen besteht zudem Forschungsbedarf über die Korrosivität von angesäuerter Gülle auf Bauteile welche mit dieser in Kontakt kommen.

Zielsetzung

Zur Umsetzung der Gülleansäuerung unter bayerischen Strukturbedingungen muss noch ein dringender Erkenntnisgewinn in folgenden Bereichen erlangt werden:
  • Gibt es Alternativen zu Schwefelsäure, um die Gefahren im Umgang mit Säuren zu minimieren?
  • Wie hoch ist die emissionsmindernde Wirkung von angesäuerten Wirtschaftsdüngern unterschiedlicher Herkunft?
  • Welche Einflussparameter (z.B. Pufferkapazität) gilt es bei der Ansäuerung von tierartspezifischen Güllen zu beachten?
  • Welche Auswirkung hat angesäuerte Gülle auf das Gasbildungspotential in Biogasanlagen?
  • Wie verändert sich die Korrosivität angesäuerter Güllen auf Betonbehälter und Stahl?
  • Welche rechtlichen Konsequenzen müssen bei der Anwendung angesäuerter Güllen im landwirtschaftlichen Betrieb beachtet werden?
Ziel ist die Erarbeitung eines Realisierungskonzeptes zur Gülleansäuerung unter bayerischen Praxisbedingungen.

Methode

Landwirtschaftlicher BetriebZoombild vorhanden

Abbildung 2: Konzeptstall mit Erweiterungen

Ausgehend von einer gezielten Literaturrecherche soll die Durchführung unter bayerischen Strukturbedingungen unter Miteinbeziehung der Düngeverordnung und Düngemittelverordnung geprüft werden. Anschließend wird eine Betriebsumfrage bei Landwirten zu Interesse und Akzeptanz gegenüber Ansäuerungsverfahren im Stall und/oder Feld durchgeführt. Für die Umsetzung des Projektes unter bayerischen Strukturbedingungen sollen in Vorversuchen Praxisbedingungen simuliert werden. Demnach soll die Gülle aus dem Stall in einem Mischtank befördert werden, wo die Säurezugabe erfolgt. Anschließend wird ein Teil der Gülle in den Lagerbehälter geleitet, der andere zurück in den Stall.
Zu Beginn soll die Pufferwirkung von Güllen unterschiedlicher Herkunft durch Titration ermittelt werden, um die Aufwandmenge zur Senkung des pH-Wertes zu bestimmen, sowie eine anschließende Eingruppierung der Güllen vorzunehmen. In Batchversuchen soll die Schwefelwasserstoffbildung mittels eines Gasanalysegerätes gemessen, sowie die verlustmindernde Wirkung durch Ansäuerung quantifiziert werden. Dabei sollen bei den einzelnen Güllen unterschiedliche Verfahren der Ansäuerung angewendet, sowie der Verlauf der Gasproduktion dokumentiert werden. Begleitend dazu erfolgt eine nasschemische Analyse, um eine Veränderung der Eigenschaften der Gülle durch Ansäuerung zu analysieren.
Projektinformation
Projektleitung: Dr. Fabian Lichti
Projektbearbeitung: M. Sc. Susanne Höcherl
Laufzeit: 01.03.2017 - 30.06.2018
Finanzierung: Bayerisches Staatministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
Förderkennzeichen: A/17/03